способ термомеханической обработки заготовок из двухфазных титановых сплавов

Формула изобретения

1. Способ термомеханической обработки заготовок из двухфазных титановых сплавов, включающий многоэтапную интенсивную пластическую деформацию с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух и старение, отличающийся тем, что интенсивную пластическую деформацию заготовок осуществляют с поэтапным снижением температуры в интервале 0,99-0,3 от температуры полиморфного превращения сплава, при этом на последнем этапе деформации заготовке придают окончательную форму, затем перед старением заготовки нагревают до температуры 0,99-0,85 от температуры полиморфного превращения сплава со скоростью не менее 50°С в минуту и закаливают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после закалки заготовки калибруют в изотермических условиях при температуре не выше температуры старения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивную пластическую деформацию осуществляют методом всесторонней ковки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам термомеханической обработки для получения в штампованных заготовках и полуфабрикатах из титановых сплавов повышенных эксплуатационных и технологических свойств, и может быть использовано в металлургии, машиностроении, авиастроении, автомобильной промышленности и т.д.

В серийных технологических процессах изготовления поковок и штамповок из титановых сплавов, как правило, руководствуются рекомендациями и требованиями отраслевых стандартов, которые нормируют термомеханические режимы обработки, уровень получаемых механических свойств. Например, штамповки и поковки из титанового сплава ВТ6 (аналог: Ti-6Al-4V) в закаленном и состаренном состоянии должны иметь следующие механические свойства, не менее: предел прочности _в=(1079 1226) МПа, относительное удлинение =6%, относительное сужение =20% (отраслевой стандарт ОСТ 92-0966-75 «Штамповки и поковки из титановых сплавов. Технические требования». Введен в действие 01.10.1975). Эти установленные стандартом значения механических свойств имеют хороший уровень, но не вполне соответствуют современным требованиям развития техники - повышению ресурса, надежности, снижению металлоемкости.

Известен способ изготовления листовых полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов (патент РФ № 2058418, МПК С22F 1/18, опубл. 20.04.1996), включающий предварительную обработку в и ( + ) области и прокатку при температуре ниже температуры полиморфного превращения, причем прокатку ведут при температуре начала деформации на 400-550°С ниже температуры полиморфного превращения со скоростью 10^-4-10^-2 с^-1 и степенью деформации 5-15%, после чего дополнительно проводят отжиг при температуре на 400-550°С ниже температуры полиморфного превращения в течение 10-30 мин, и этот цикл обработки повторяют до достижения суммарной степени деформации 75-95%.

К недостаткам известного способа следует отнести несущественное, по сравнению с отраслевым стандартом, повышение уровня механических свойств, невысокую производительность, ограниченную возможность деформационного воздействия на заготовку - прокатку.

Известен способ термомеханической обработки двухфазных титановых сплавов, включающий интенсивную пластическую деформацию заготовки в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 600°С с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух, причем перед интенсивной пластической деформацией проводят термическую обработку, которая включает закалку с температуры полиморфного превращения минус 10°С в воду и высокотемпературное старение при температуре 675-700°С в течение 4 ч с охлаждением на воздухе, а после интенсивной пластической деформации осуществляют экструдирование заготовки в несколько проходов при температуре 300°С с коэффициентом вытяжки не менее 1,2 (патент РФ № 2285740, МПК C22F 1/18, опубл. 20.10.2006). Указанный способ как наиболее близкий принят за прототип.

К недостаткам прототипа можно отнести невысокий уровень механических свойств в получаемых заготовках, а также невысокую производительность обработки.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение уровня прочностных свойств заготовок и повышение производительности обработки.

Поставленная задача решается способом термомеханической обработки заготовок из двухфазных титановых сплавов, включающим многоэтапную интенсивную пластическую деформацию с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух и старение, в котором в отличие от прототипа интенсивную пластическую деформацию заготовок осуществляют с поэтапным снижением температуры в интервале 0,99-0,3 от температуры полиморфного превращения сплава, при этом на последнем этапе деформации заготовке придают окончательную форму, затем перед старением нагревают до температуры 0,99-0,85 от температуры полиморфного превращения сплава со скоростью не менее 50°С в минуту и закаливают.

Согласно изобретению:

- после закалки заготовки калибруют в изотермических условиях при температуре не выше температуры старения;

- интенсивную пластическую деформацию осуществляют методом всесторонней ковки.

Указанный технический результат достигается благодаря следующему.

Известно, что высокие механические свойства достигаются структурным состоянием материала - высокой дисперсностью и равномерностью выделений упрочняющих интерметаллидных фаз. Интенсивная пластическая деформация при поэтапном снижении температуры обеспечивает получение ультрамелкозернистой структуры. Последующий нагрев под закалку приводит к растворению легирующих компонентов в матрице сплава, т.е. ведет к образованию твердого раствора. Последующая закалка приводит к пересыщению твердого раствора и выпадению из него при старении дисперсной упрочняющей фазы, которая благодаря мелкозернистой структуре сплава распределяется равномерно как в объеме зерен, так и по их границам. Это обеспечивает повышение уровня прочностных свойств. Нагрев заготовок под закалку со скоростью не ниже 50°С в минуту предотвращает интенсивный рост зерен в ультрамелкозернистой структуре материала и повышает производительность обработки.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно проводят многоэтапную интенсивную пластическую деформацию заготовок с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух в интервале 0,99-0,3 от температуры полиморфного превращения сплава с поэтапным ее понижением. Верхнее значение температуры деформирования выбрано из условия предотвращения интенсивного роста зерна, которое происходит при высоких температурах обработки, а нижнее значение - из условия обеспечения пластичности, достаточной для деформирования заготовки. На последнем этапе деформирования заготовке придают окончательную форму. Деформацию можно осуществлять методом всесторонней ковки.

Затем перед старением заготовки нагревают до температуры 0,99-0,85 от температуры полиморфного превращения со скоростью не менее 50°С в минуту и закаливают.

В частных случаях использования изобретения после закалки заготовки калибруют в изотермических условиях при температуре не выше температуры старения.

Пример осуществления изобретения.

В качестве исходного материала использовали заготовки из титанового сплава ВТ6 размером 62×70 мм, изготовленные из горячекатаного прутка 65 мм, который имел следующие кратковременные механические свойства при комнатной температуре:

Предел прочности _в, МПа - 928

Предел текучести _0,2, МПа - 878

Предел текучести _0,2, МПа - 878

Относительное удлинение , % - 17

Относительное сужение , % - 37

Предел выносливости H_V , МПа - 3408

Размер микрозерна - 26 48 мкм.

Температура полиморфного превращения данного сплава составляет 968°С. Заготовки подвергли термомеханической обработке: всесторонняя изотермическая ковка в 11 циклов с поэтапным снижением температуры в интервале 920-650°С; нагрев до температуры 960°С в соляной ванне со скоростью 50°С в минуту, закалка в воду и последующее старение при 480°С.

В таблице представлены механические свойства заготовок, обработанных по предложенному способу, а также заготовок, обработанных по прототипу.

Таблица
Механические свойства	Состояние сплава
После обработки по прототипу	После обработки по предлагаемому способу
Предел прочности в, МПа	1370	1640
Предел текучести 0,2, МПа	1270	1557
Относительное удлинение , %	11	7
Относительное сужение ,%	37	35

Сравнительный анализ показывает улучшение прочностных свойств заготовок, обработанных по предложенному способу. При этом наблюдается некоторое снижение показателей относительного удлинения и сужения материала, что существенно не отражается на эксплуатационных характеристиках изделий, полученных из этих заготовок.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить прочностные характеристики двухфазных титановых сплавов и производительность процесса обработки.