способ изготовления стержневых деталей с головками из псевдо--титановых сплавов

Формула изобретения

1. Способ изготовления стержневых деталей с головками из псевдо--титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-титановых сплавов, отличающийся тем, что осуществляют операцию прокатки прутков при температуре ниже (-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">+-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">)/-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-перехода с последующим охлаждением прутков на воздухе, затем наносят на их поверхность оксалатное покрытие, производят высадку головки и многократное редуцирование стержня, осуществляемые со скоростью 0,5 - 1 м/с, одновременную обкатку радиуса под головкой и стержня и накатывание резьбы, после чего проводят старение изделий при 450 - 550^oC в течение 8 - 10 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку заканчивают в (-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">+-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">) - области при температурах, обеспечивающих отсутствие полной рекристаллизации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам изготовления стержневых деталей из титановых сплавов, преимущественно болтов, и может найти применение в авиакосмической технике, а также в машиностроении, судостроении и химическом производстве.

В настоящее время известен способ изготовления стержневых деталей с головками из двухфазных (-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">+-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">)-титановых сплавов по заявке RU 94004583 А1, 20.10.1995

Он заключается в следующем: заготовку нагревают в вакуумной печи до температуры 800-850^oC для получения метастабильных фаз - -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE"> и -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156829/698.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">, затем производят медленное охлаждение вместе с печью до температуры 580-600^oC и затем резкое охлаждение в воде до температуры окружающей среды; после нанесения на поверхность прутков твердого оксалатного покрытия производят изготовление болтов методом холодной высадки с многократным редуцированием стержня со скоростью 0,5-1,0 м/сек, обкатывание гладкой части стержня и радиуса перехода к головке одновременно роликами на резьбонакатном станке и накатывание резьбы; после накатывания резьбы изделия подвергают старению в течении 6-8 часов при температуре 300 - 400^oC.

Однако изделия, изготовленные этим способом, имеют температурную область использования 200^oC без ограничения ресурса и 300^oC при кратковременной эксплуатации не более 100 часов. Кроме того, в ряде конструкций авиакосмической техники и в машиностроении необходимо использовать болты с более высокими характеристиками прочности, достижение которых при использовании (-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">+-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">)-титановых сплавов становится невозможным без потери ресурса пластичности долговечности изделий.

Для решения поставленной задачи в известном способе изготовления стержневых деталей с головками из (-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">+-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">)-сплавов предлагается использовать высокопрочные псевдо--титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-титановые сплавы, имеющие в структуре значительно большее содержание -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-фазы за счет увеличения содержания ванадия до 18% по массе и снижения содержания молибдена до M₀ -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156012/8773.gif" ALIGN="ABSMIDDLE"> 1% по массе.

Способ изготовления стержневых деталей с головками из псевдо--титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-титановых сплавов, предусматривает осуществление операции прокатки прутков при температуре ниже (-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">+-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">)/-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-перехода с последующим охлаждением прутков на воздухе, затем нанесение на их поверхность оксалатного покрытия, высадку головки и многократное редуцирование стержня, осуществляемые со скоростью 0,5-1 м/с, одновременную обкатку радиуса под головкой и стержня и накатывание резьбы, после чего проводят старение изделий при температуре 450-550^oC в течение 8-10 часов. Прокатку заканчивают в (-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">+-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">)-области при температурах, обеспечивающих отсутствие полной рекристаллизации.

Согласно изобретению предварительную термообработку прутков из псевдо--титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-титановых сплавов осуществляют одновременно с прокаткой прутков при температуре несколько ниже (-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">+-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">)/-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-перехода (800^oC) и заключительную операцию по обработке давлением прутков заканчивают при температурах, соответствующих (-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">+-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">)-области, при которых металл, хотя бы частично сохраняет нагартовку и полной рекристаллизации не происходит; охлаждение прутков производят на воздухе; после накатывания резьбы производят старение при температурах 450-550^oC.

В итоге после закалки структура псевдо--титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-сплавов представлена небольшим количеством первичной -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-фазы и метастабильной -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-фазой с большой плотностью дислокаций. При старении зарождение упрочняющих фаз происходит на дислокациях, что в конечном итоге приводит к структуре, представленной очень мелкими равномерно расположенными частицами -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-фазы в -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-матрице. Такой механизм распада -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-фазы не приводит к образованию по границам -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-зерен оторочек -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-фазы. Эти оторочки оказывают отрицательное влияние на механические свойства сплавов, снижая характеристики пластичности и трещиностойкости. В итоге после закалки с температур, соответствующих (-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">+-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">)-области, псевдо--титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-сплавы обладают повышенными характеристиками прочности, пластичности, вязкости и сопротивления коррозионному растрескиванию по сравнению с -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-закалкой.

Старение в диапазоне 450-550^oC позволяет получать предел прочности в диапазоне 1150-1350 МПа в зависимости от требований конструкции изделия. Эксплуатационная температура повышается до 350^oC без ограничения ресурса эксплуатации.

Ниже приведен пример осуществления предлагаемого способа.

Пример.

Прутки из псевдо--титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-титанового сплава, например ВТ35 -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156065/8856.gif" ALIGN="ABSMIDDLE"> 10 мм, прокатанные при температуре 800^oC и охлажденные на воздухе, протачивали до 12 -титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156065/8856.gif" ALIGN="ABSMIDDLE"> 8,5-0,04 мм. Затем наносили твердое оксалатное покрытие, причем температура раствора была на 15-20^oC ниже, чем для прутков из сплава ВТ16 с (-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/945.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">+-титановых сплавов, патент № 2156829" SRC="/images/patents/315/2156001/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">)- структурой. Затем холодной высадкой изготавливали болты М8. При изготовлении болтов проводили многократное редуцирование стержня со скоростью 0,5-1,0 м/сек. Обкатывали гладкую часть стержня и переход его к головке одновременно роликами на резьбонакатном станке для получения гладкой части стержня с высокой степенью точности и высокой чистотой поверхности и накатывали резьбу. После накатывания резьбы изделия подвергали старению в течение 8-10 часов при температуре 530^oC.

Были определены механические свойства прутков и болтов по результатам статических и динамических испытаний. Для сравнительной оценки свойств болтов, изготавливаемых по предлагаемому способу, были также определены свойства болтов, изготавливаемых по способу-прототипу и болтов из ВТ16, термообработанных по режиму, указанному в инструкции ВИАМ N 685-76.

Из сравнения полученных данных следует, что по предлагаемому способу можно изготавливать крепежные изделия, имеющие более высокие характеристики прочности и долговечности по сравнению с известными способами, что имеет большое значение при эксплуатации изделий в конструкциях и увеличении срока их службы, в условиях повышенных до 350^oC температур эксплуатации.