Способ обработки титановых сплавов с малым и средним содержанием @ -стабилизаторов Советский патент 1992 года по МПК C22F1/18 

Изобретение относится к металловедению цветных сплавов и может быть использовано в различных областях машиностроения, авиапромышленности и судостроения. .

Предлагаемый способ обработки сплавов титана включает в себя их деформацию, последующую термообработку при разных температурах выше ТПп (Тпп-температура полиморфного превращения) и охлаждение на воздухе. Термообработки при указанных температурах позволяют регулировать величину наследственного / -зерна и тем самым управлять механическими свойствами титановых сплавов, если известна температура рекристаллизации высокотемпературной фазы (tp) р. Эта температура может быть отождествлена с температурой термообработки (отжига), при которой наблюдается переход от одного типа текстуры а -фазы к другому ее типу, вызванный ростом ft -зерен одних ориентации за счет ft -зерен других ориентации.

Известен способ определения (Мнд- температуры начала мартенситного превращения при деформации сплавов

ю

4 (Л СО

титана.заключающийся в деформации материала при разных температурах ниже Тпп охлаждения на воздухе и анализе текстуры, выявляющем температуры формирования текстуры мартенситного превращения. В предлагаемом способе обработки по сравнению с аналогом исследуется другое состояние материала (не после деформации, а после отжигов), тем самым выявляются другие его характеристики.

Для определения (tp) / в титановых сплавах с высоким содержанием / -стабилизаторов (количество/3-фазы в них составляют 50% и выше от общего объема) применяется рентгеновский метод анализа кристаллографической текстуры остаточной /S-фазы в катаных листах, подвергнутых отжигам при разных температурах. Общими существенными признаками определения tp в предлагаемом способе обработки и в прототипе является то, что в обоих случаях исследуется кристаллографическая текстура. Недостатком прототипа применительно к титановым сплавом с малым и средним количеством /3-стабилизаторов является малое количество фиксируемой в них jS-фа- зы, вследствие чего возникают трудности или даже полная невозможность изучения её текстуры.

Положительный эффект и новизна определения tp высокотемпературной фазы в предлагаемом способе обработки титановых сплавов заключается в том, что предлагается определять tp /3-фазы по изменениям текстуры низкотемпературной фазы (а), что не составляет больших технических трудностей.

Цель изобретения - в возможности управления механическими свойствами титановых сплавов за счет регулирования величины наследственного /J-зерна, для чего необходимы сведения о температуре ре- кристаллизации высокотемпературной фазы.

Определение температуры рекристаллизации достигается путем исследования эволюции кристаллографической текстуры фазового превращения / - а после прове- дения ряда отжигов с повышением температуры нагрева от Тпп примерно через каждые 20-30°С и охлаждением на воздухе. Известно, что отжиг титановых сплавов при температурах, когда происходит переход всего объема сплава в /S-структуру, с последующим охлаждением приводит к формированию кристаллографических ориентировок а-фазы, обусловленных ориентированным переходом . При этом тип кристаллографической текстуры а -фазы, образуюи

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

щейся из / -фазы, зависит от типа исходной кристаллографической текстуры @- фазы. Рекристаллизация металла в состоянии структуры при нагреве происходит с поглощением одних ориентировок другими, тем самым меняется текстура металла, что при охлаждении до комнатной температуры сопровождается появлением текстуры ориентированного фазового превращения уже нового типа, отличного от того, что формируется при фазовом превращении перекристаллизованной /J-фазы. Это явление и положено в основу определения температуры рекристаллизации/ -фазы сплавов титана с малым и средним-содержанием би л изаторо в.

Для этого катаные листовые образцы сплавов толщиной 1,5-3,0 мм нагревают до температур, превышающих Тпп, выдерживают при этих температурах в течение 20-15 с и охлаждают на воздухе. После ряда таких термообработок методом построения обратных полюсных фигур (ОПФ) по данным рентгеновских спектров, полученных в a излучении при комнатной температуре, определяют текстуру а -фазы сплавов в на- правлении НН-нормали к плоскости прокатки. На основе рассмотренных закономерностей превращения /3 - а в сплавах титана с характерными ориентировками р- фазы в изделиях из них:

(011) р- (QOQ1)a + (1011)a +(1010)а

(112) Ј- (1013)а+(1122)а + + (2132)а + (2133) а + (1010) а

(111) (1124) а+(1120)а +(2130)а

(001) Ј- (1012) а + (1120) а

определяют по типу текстуры а-фазы текстуру р -фазы. Температуру выдержки, после которой наблюдается переход от одного типа текстуры а -фазы к другому ее типу/отождествляют с температурой tp/3- фазы.

Пример. Листовые образцы сплава ОТ4 толщиной 1,5 мм, содержащие 1-2% Д-фазы, с базисной и отклоненной базисной текстурой (0001) и (1013) а-фазы выдерживали в соляных ваннах при температурах 940, 970, 1000, 1100,1150, 1200 и 1260°С в течение 20 с, охлаждали на воздухе и определяли текстуру поверхностных слоев металла. Изучали изменение полюсной плотности Р(1122)-текстурного компонента а -фазы, формирующегося при /3( переходе, а также изменение P(oooi). Зависимость их отношения от температуры отжига выявляет температуру начала рекристаллизации (3- фазы (фиг.2). Радикальное изменение текстуры а-фазы при переходе от температуры отжига 940°С к температуре

отжига 970°С соответствует точке Тпп при которой происходит смена текстуры прокатки а -фазы текстурой фазового прёвращеимя .

Идентичность полюсных фигур при тем- пературах отжига 970-1150°С говорит о том, что процесс рекристаллизации ft-фазы с ориентациями (011) и (112) в этом температурном интервале еще не начался. Повышение температуры нагрева до 1200°С приводит к усилению текстуры фазового перехода (Of 1) ослаблению ориентировки (1122) а, что вызвано поглощением ориентировок(112) ft ориентировками (011) ft в процессе начавшейся рекристаллша- ции -фазы. Выдержка сплава при 1260°С приводит к завершению указанного процесса. Таким образом, выявлен интервал температур рекристаллизации Д-фазы сплава ОТ4 1200-1260°С. При рекристаллизации ft-фазы сплава имеет место текстурное превращение (011) + (112)- ( 011 )й .

Микроструктурный анализ образцов показал, что в интервале температур отжига 1200-1260°С происходит рост величины на- следственного ft-зерна со 100-120 мкм до 200-300 мкм. Таким образом, температура 1200°С для сплава ОТ4 может рассматриваться как температура начала роста зерен ft-фазы.Приме р 2. Листовые образцы сплава ВТ23 толщиной 3 мм, содержащие 20% ft- фазы, с текстурой (0001)+(1013) а-фэзы на поверхности листов подвергали выдержкам в соляных ваннах при температурах 895, 930, 970, 1000, 1200 и 1260°С, охлаждали на воздухе и определяли текстуру о:-фазы в поверхностных слоях.

В сплаве ВТ23 о температурах начала и конца рекристаллизации высокотемпера- турной фазы, а также об особенностях про- текания процесса рекристаллизации в ft-фазе можно судить по изменению текстуры обеих фаз а и ft. Первичная рекристаллизация ft-фззы начинается сразу же после перехода через точку ТПп-(920°С), что обнаруживается по появлению и последующему усилению текстурного компонента (011) в ft-фазе, В текстуре а-фазы этому явлению соответствует усиление базисного компонента (0001). Максимальные значения полюсных плотностей P(oooi) в текстуре a -фазы и Р{о1-1) в текстуре ft -фаз ы набл-юда-. ются при температуре отжига 1000QC. При отжиге на 1100°С значения указанных noV люсных плотностей заметно падают, при этом в ft-фазе растут зерна ориентировок (112) и (113). Микроструктурно этот процесс обычно выглядит как разнозернистоеть.

5 5 0

5 0

5

.

0

5

При 1200°С наблюдается их второй максимум, т.е. зерна с ориентировкой (0.11) вновь поглощают зерна с другими ориентациями, что сказывается на росте полюсной плотности P(oooi) в текстуре а.-фазы.

Таким образом, процесс рекристаллизации зерен ft -фазы в сплаве ВТ23 происходит в широком интервале температур (930-1260°С) и характеризуется неоднократной сменой ориентировок. При этом с повышением температуры отжига наблюдается два цикла изменений текстуры как в остаточной ft-фазе, так и в а -фазе, образующейся при а переходе.

Если текстурные превращения при повышении температуры отжига отождествить с таковыми, имеющими место при увеличении времени отжига при постоянной температуре, то можно говорить о развитии в ft-фазе сплава ВТ23 первичной и вторичной рекристаллизации. Начало и конец процессов первичной и вторичной рекристаллизации ft -фазы сплава по перегибам на кривых зависимостей P(oooi) и Р(011) от температуры отжига оцениваются в 930, 1000 и 1150 ±50, 12.30 ±30°С соответственно.

М.икроструктурные исследования сплава ВТ23 показывают, что в интервале температур отжига 920-126 0°С в сплаве постоянно присутствует разнозернистоеть. Текстурный анализ показывает, что эта разнозернистоеть есть отражение последовательной смены разных стадий рекристаллизации, на которых происходит рост одних ориентации за счет вторых, затем вторых за счет первых. Таким образом, рентгеновский метод дает возможность, установить режим термообработки сплава ВТ23, обеспечивающий как нужную морфологию, так и определенную текстуру ft и a -фаз.

Полученные сведения о температурах начала рекристаллизации ft-фазы, а также о особенностях протекания процесса рекристаллизации при отжигах выше Тпп могут быть эффективно использованы при разработке режимов термообработки титановых сплавов для получения в них определенных структурных характеристик, в том числе нужной величины наследственного зерна высокотемпературной фазы. Регулирование этих характеристик позволяет повышать уровень механических свойств материала изделий.

Фор мула изобретения Способ обработки титановых сплавов с малым и средним содержанием уЗ-стабили

заторов, включающий деформацию и после-температуры и рентгенографического опре- дующую термическую обработку, отличаю-деления текстуры низкотемпературной а- щ и и с я тем, что, с целью обеспеченияфазы, причем температуру нагрева, при возможности управления механическимикоторой наблюдают переход от одного типа свойствами за счет регулирования величи-5 текстуры а-фазы к другому, принимают за ны наследственного ft -зерна, предвари-температуру рекристаллизации Д-фазы, по- тельно определяют температуруеле чего по этой температуре задают режим рекристаллизации ft -фазы путем нагреватермической обработки, соответствующий деформированных образцов до температу-требуемой степени рекристаллизации поры полиморфного превращения и выше, вы-10 следней. дбржки, охлаждения до комнатной.

Изобретение относится к металлургий, в частности к способу ббработки титановых сплавов с малым и средним содержанием стабилизаторов, и может найти применением в машиностроении, авиапромышленности и судостроении. Цель - обеспечение возможности управления механическими свойствами за счет регулирования величины наследственного / -зер на. Способ включает определение температуры рекристаллизации / -фазы путем нагрева деформированных образцов до температуры полиморфного превращения и выше, выдержку, охлаждение до комнатной температуры, рентгенографическое определение, текстуры низкотемпературной а-фазы, причем температуру нагрева, при которой наблюдают переход от одного типа текстуры ег-фазы к другому, принимают за температуру рекристаллизации/9 -фазы, после чего по этой температуре задают режим последующей термической обработки, соответствующий требуемой степени рекри- сталлизации последней. Способ обеспечивает возможность регулирования величины наследственногоД-зерна.