СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОИСТОГО ТЕКСТУРИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА ИЗ α-n(α+β) - ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Советский патент 1994 года по МПК C22F1/18 G01N3/00 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения слоистых текстурированных материалов, и может быть использовано в машиностроении, а также в кораблестроении. Условия термопластической обработки металлических материалов определяют формирование физической структуры (в частности кристаллографической текстуры), обусловливающей в значительной степени физико-механические свойства материала. Важную роль при этом играет температура термопластической обработки, в частности для металлов с ГП-кристаллической решеткой такой температурой может стать температура смены механизма гомогенной деформации первичным двойникованием на механизм послойного течения материала (Т_пт). При прямой и поперечной прокатке α- и (α + β) -сплавов титана деформация в определенных условиях протекает послойно, в результате чего образуется материал со слоистой текстурой по толщине листа.

Известны слоистые материалы с бестекстурными прослойками, известен также слоистый композиционный материал, состоящий из слоев металла с текстурой призматического типа с чередованием в них кристаллографической оси С в продольном и поперечном направлениях листа. Такой слоистый материал обладает рядом преимуществ: изотропностью свойств в плоскости листа, повышенными (по сравнению с изотропным материалом) прочностными свойствами в линейном напряженном состоянии, повышенными прочностными свойствами в плоском напряженном состоянии при σ₁:σ₂ = 1:1 (за счет стесненности деформации в чередующихся слоях). Способ получения этого слоистого текстурированного материала является наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности и выбран за прототип. И в прототипе, и в предлагаемом решении создается заданная ориентация кристаллографических осей С в чередующихся слоях. В обоих случаях параметром, характеризующим физическое строение материала, является кристаллографическая текстура в чередующихся слоях.

Способ по прототипу заключается в наборе пакета из слоев (листов, карточек) с призматической текстурой в плоскости листовых заготовок, причем призматическая текстура листов, карточек предварительно создается, обварке по периметру и сварке в твердой фазе путем диффузионной сварки в газостате или сварки прокаткой. Недостатком способа является его большая трудоемкость, потребность в специальном оборудовании (газостат) и возможность образования дефектов в виде нарушения сплошности между слоями (непроваров).

Однако такую слоистую текстуру можно получить и в монолитном материале (естественный композит) при определенных условиях термопластической обработки.

Целью изобретения является упрощение технологии при сохранении текстурного состояния и повышение качества материала.

Прокатка вдоль оси С при определенной температуре приводит к послойному протеканию деформации, в силу чего образуется послойное распределение текстуры с ориентацией оси С взаимно перпендикулярно в соседних слоях. Эта температура Т_пт является критической температурой послойного течения. Температура Т_пт - температура смены механизма послойного течения, осуществляемого путем скольжения в β фазе и мартенситного перехода β_→α на механизм первичного двойникования α-фазы: выше Т_пт деформация осуществляется послойно течением, ниже - первичным двойникованием, приводящим к образованию базисной текстуры.

Для определения Т_пт деформацию образцов надо осуществлять в области температур, обеспечивающих образование призматической текстуры и исключающих реализацию вторичного двойникования, т.е. в интервале между температурой смены механизмов деформации скольжения в α-фазе на двойникование в этой же фазе и температурой начала мартенситного превращения.

Минимальная деформация, необходимая для создания призматической текстуры, равна 10% , поэтому в предлагаемом способе деформация образцов для определения Т_пт проводилась со степенями >10%. Выбор в качестве необходимого материала для определения Т_пт сплава с призматической текстурой и осуществление деформации вдоль кристаллографической оси С позволяет создать условия, благоприятные для протекания деформации разными механизмами в зависимости от температуры и степени обжатия и тем самым получить четкие изменения текстуры, надежно обнаруживаемые методами текстурного анализа. Определение критической температуры послойного течения проводят по результатам анализа двух поперечных и одного нормального сечений, выявляющих взаимно перпендикулярную ориентацию оси С в чередующихся слоях и подтверждающих наличие призматической текстуры в плоскости прокатки. При послойном течении в текстуре направлений НП и ПН образца выявляются как базисные, так и призматические ориентировки, при этом в обоих сечениях после проведения электрохимического окрашивания выявляется полосчатый характер в распределении базисных и призматических компонентов текстуры. В случае прохождения первичного двойникования в направлении НП полосчатость исчезает. Все слои имеют призматическую ориентировку и шлиф приобретает однотонную окраску.

После определения Т_пт=f (ε) на образцах из конкретного сплава осуществляют термопластическую обработку его при найденной температуре. Причем для реализации послойного течения и получения слоистой текстуры в материале с исходной призматической текстурой деформирование его осуществляют прокаткой вдоль оси С, а на материале без выраженной ориентации оси С - продольно-поперечной прокаткой (на первой стадии которой создается призматическая текстура, а на второй реализуется послойное течение).

Преимущества предлагаемого способа заключаются в существенном упрощении технологии, возможности использовать стандартное оборудование и избежать образования дефектов в слоистом материале за счет его монолитности.

Пример экспериментального опробования.

Экспериментальное опробование предложенного способа проводили на сплаве типа ВТ6 системы Тi-AI-V. Т_пт определяют на образцах из этого сплава с исходной призматической текстурой, продеформированных вдоль оси С.

Выбраны температуры прокатки для получения слоистого текстурированного материала:
Тпрок.1 = Т_пт = 980^оС, ε =30%
Тпрок.2<Т_пт = 960^оС, ε =30%
Тпрок.3>Т_пт=1010^оС, ε = 30%
Материал со слоистой текстурой получен по предлагаемому способу прокаткой при температуре Т_пт = 980^оС и ε =30%.

Материал со слоистой текстурой по способу прототипа получен в результате выполнения следующих операций: вырезки карточек из тонких листов сплава типа ВТ6 с призматической текстурой, обезжиривания карточек, укладки карточек в пакет с ориентацией оси С в НП и ПН в чередующихся слоях, обварки пакета и сварки пакета прокаткой при Т = 950^оС.

Таким образом, материал со слоистой текстурой может быть получен как по предлагаемому способу, так и по способу-прототипу. Однако предлагаемое техническое решение отличается существенным упрощением технологии.

Слоистый материал по предлагаемому способу получается в результате проведения одной операции (прокаткой при Т_пт), при этом его физико-механические свойства соответствуют свойствам монолитного материала (отсутствуют физические несплошности между слоями).

Использование: машиностроение, кораблестроение. Сущность изобретения: деформирование осуществляют при температуре (Тпт)-температуре смены механизма гомогенной деформации первичным двойникованием на механизм гетерогенной деформации послойным течением, причем эту температуру определяют предварительно путем деформации вдоль оси C ряда образцов сплава со степенью более 10% при различных температурах лежащих в интервале между температурой смены механизмов деформации скольжением в β на двойникование в a и температурой начала мартенситного превращения, последующего определения текстуры в каждом из образцов и приписывании T_пт той температуре, при которой деформация в образце обеспечивает получение полосчатой текстуры в двух поперечных сечениях НП и ПН и призматической текстуры в третьем сечении НН, параллельном поверхности образца. Кроме того, деформирование проводят продольно-поперечной прокаткой, а материал с исходной призматической текстурой деформируют вдоль оси C. 2 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОИСТОГО ТЕКСТУРИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА ИЗ α - n (α + β) - ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, заключающийся в создании заданной ориентации кристаллографических осей C в чередующихся слоях, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии при сохранении текстурного состояния и повышения качества материала, деформирование осуществляют при температуре Т_пт - температуре смены механизма гомогенной деформации первичным двойникованием на механизм гетерогенной деформации послойным течением, причем эту температуру определяют предварительно путем деформации вдоль оси C ряда образцов сплава со степенью более 10% при различных температурах, лежащих в интервале между температурой смены механизмов деформации скольжением в β -фазе на двойникование в α -фазе и температурой начала мартенситного превращения, последующего определения текстуры в каждом из образцов и приписывания Т_пт той температуре, при которой деформация в образце обеспечивает получение полосчатой текстуры в двух поперечных сечениях НП и ПН и призматической текстуры в третьем сечении НН , параллельном поверхности образца. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деформирование осуществляют продольно-поперечной прокаткой. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформирование материала с исходной призматической текстурой проводят вдоль оси C.