способ термомеханической обработки изделий из титановых сплавов
Классы МПК: | C22F1/18 тугоплавких или жаростойких металлов или их сплавов |
Автор(ы): | Каблов Евгений Николаевич (RU), Хорев Анатолий Иванович (RU), Ночовная Надежда Алексеевна (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-09-18 публикация патента:
27.02.2008 |
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке изделий из титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической технике для изготовления обшивки, оболочек, емкостей, перегородок, днищ. Для повышение уровня механических свойств изделий предложен способ термомеханической их обработки. Способ включает многократные нагревы до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения Т пп и деформации. Термомеханическую обработку проводят в девять стадий, при этом на первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп+230÷Т пп+270)°С, деформацию со степенью 50-90%; на второй стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Т пп-40)°С, деформацию со степенью 30-60%; на третьей стадии - нагрев до температуры (Тпп+60÷Т пп+160)°С, деформацию со степенью 40-70%; на четвертой стадии - нагрев до температуры (Тпп-10÷Т пп-40)°С, деформацию со степенью 40-70%; на пятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-40÷Т пп+200)°С, деформацию со степенью 65-95%; на шестой стадии - нагрев до температуры (Тпп-100÷Т пп-160)°С, деформацию со степенью 40-70%; на седьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-100÷Т пп-160)°С, деформацию со степенью 20-50%; на восьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-100÷Т пп-160)°С, деформацию со степенью 15-40%; на девятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-150÷Т пп-190)°С, деформацию со степенью 2-5%. 1 табл.
Формула изобретения
Способ термомеханической обработки изделий из титановых сплавов, включающий многократные нагревы до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения Тпп и деформации, отличающийся тем, что термомеханическую обработку проводят в девять стадий, при этом на первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп+230÷Т пп+270)°С, деформацию со степенью 50-90%; на второй стадии нагрев до температуры (Тпп-20÷Т пп-40)°С, деформацию со степенью 30-60%; на третьей стадии нагрев до температуры (Тпп+60÷Т пп+160)°С, деформацию со степенью 40-70%; на четвертой стадии нагрев до температуры (Тпп-10÷Т пп-40)°С, деформацию со степенью 40-70%; на пятой стадии нагрев до температуры (Тпп-40÷Т пп+200)°С, деформацию со степенью 65-95%; на шестой стадии нагрев до температуры (Тпп-100÷Т пп-160)°С, деформацию со степенью 40-70%; на седьмой стадии нагрев до температуры (Тпп-100÷Т пп-160)°С, деформацию со степенью 20-50%; на восьмой стадии нагрев до температуры (Тпп-100÷Т пп-160)°С, деформацию со степенью 15-40%; на девятой стадии нагрев до температуры (Тпп-150÷Т пп-190)°С, деформацию со степенью 2-5%.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической технике для изготовления обшивки, оболочек, емкостей, перегородок, днищ.
Известен способ термомеханической обработки, применяемый при изготовлении полуфабрикатов и деталей из титановых сплавов (температура полиморфного превращения Тпп=920°С), включающий:
- нагрев до температуры (1050-1200)°С (Тпп+120÷Т пп+270)°С, деформацию в процессе охлаждения до 850°С (Тпп-80)°С;
- нагрев до температуры (880-1050)°С (Тпп-50÷Тпп+120)°С, охлаждение в процессе деформации до температуры 750°С(Т пп-180°)С (Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Белозеров А.П. Полуфабрикаты из титановых сплавов. М.: ОНТИ ВИЛС, 1996 г., с.371).
Известен способ термомеханической обработки, применяемый при изготовлении полуфабрикатов и деталей из титановых сплавов, включающий: нагрев в -области выше температуры полиморфного превращения, деформацию в процессе охлаждения до температуры на (30-70)°С ниже температуры полиморфного превращения, охлаждение, повторный нагрев в двухфазной области, повторную деформацию в этой области в процессе охлаждения, повторное охлаждение, окончательный нагрев в двухфазную область, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что с целью повышения механических свойств деформацию проводят в - и ( - )-областях с одинаковой степенью (40-60)%, повторный нагрев осуществляют до температуры на (20-40)°С ниже температуры полиморфного превращения, повторную деформацию проводят со степенью (25-35)% при охлаждении до температуры на (100-130)°С ниже температуры полиморфного превращения, повторное охлаждение после деформации осуществляют до температуры на (180-280)°С ниже температуры полиморфного превращения, после чего дополнительно повторяют последний цикл нагрева и деформации в процессе охлаждения в тех же условиях, а охлаждение после деформации в этом цикле проводят до комнатной температуры, окончательный нагрев осуществляют до температуры на (100-300)°С ниже температуры полиморфного превращения (а.с. СССР № 1740487).
Недостатком известных способов является низкий уровень механических свойств сплавов и изделий из них обработанных данным способом.
Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому является способ термомеханической обработки титановых сплавов, включающий многократные нагревы изделий из титановых сплавов до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения и деформацию в процессе охлаждения до температуры ниже температуры полиморфного превращения. Термомеханическую обработку проводят в шесть стадий, при этом на первых пяти стадиях осуществляют:
нагрев до температуры (Тпп+120÷Т пп+270)°С, деформацию со степенью 50-70% при охлаждении до (Тпп-40÷Тпп -100)°С;
нагрев до температуры (Тпп +60÷Тпп+160)°С, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Тпп-100÷Т пп-180)°С;
нагрев до температуры (Т пп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 10-30% при охлаждении до (Тпп -140÷Тпп-160)°С;
нагрев до температуры (Тпп+20÷Т пп+50)°С, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Тпп-110÷Тпп -130)°С;
нагрев до температуры (Тпп +20÷Тпп+50)°С, деформацию со степенью 30-70% при охлаждении до (Тпп-110÷Т пп-130)°С;
затем на шестой стадии проводят нагрев до температуры (Тпп-400÷Т пп-500)°С с выдержкой в течение (5-20) ч, где Т пп - температура полиморфного превращения (патент РФ № 2219280).
Сплавы на основе титана и изделия из них, термообработанных данным способом, имеют пониженные механические свойства.
Технической задачей изобретения является повышение уровня механических свойств изделий из титановых сплавов.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ термомеханической обработки изделий из титановых сплавов, включающий многократный нагрев изделий из титановых сплавов до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения и деформацию в котором термомеханическую обработку проводят в девять стадий:
- нагрев до температуры (Тпп+230÷Тпп +270)°С, деформация со степенью 50-90%;
- нагрев до температуры (Тпп-20÷Т пп-40)°С, деформация со степенью 30-60%;
- нагрев до температуры (Тпп+60÷Т пп+160)°С, деформация со степенью 40-70%;
- нагрев до температуры (Тпп-10÷Т пп-40)°С, деформация со степенью 40-70%;
- нагрев до температуры (Тпп-40÷Т пп+200)°С, деформация со степенью 65-95%;
- нагрев до температуры (Тпп-100÷Т пп-160)°С, деформация со степенью 40-70%;
- нагрев до температуры (Тпп-100÷Т пп-160)°С, деформация со степенью 20-50%;
- нагрев до температуры (Тпп-100÷Т пп-160)°С, деформация со степенью 15-40%;
- нагрев до температуры (Тпп-150÷Т пп-190)°С, деформация со степенью 2-5%, где Т пп - температура полиморфного превращения.
Предложенный способ термомеханической обработки обеспечивает создание однородной мелкозернистой структуры, что позволяет повысить механические свойства сплава и изделий, выполненных из них.
Примеры осуществления
Были изготовлены листы из титановых сплавов, например ВТ23 (Тпп=900°С) и ВТ19 (Т пп=780°С) и обработаны предлагаемым способом термомеханической обработки и способом-прототипом, затем исследованы механические свойства листов.
1 пример:
- нагрев до температуры (Тпп+230)°С, деформация со степенью 50%;
- нагрев до температуры (Тпп -20)°С, деформация со степенью 30%;
- нагрев до температуры (Тпп+60)°С, деформация со степенью 40%;
- нагрев до температуры (Тпп -10)°С, деформация со степенью 40%;
- нагрев до температуры (Тпп-40)°С, деформация со степенью 65%;
- нагрев до температуры (Тпп -100)°С, деформация со степенью 40%;
- нагрев до температуры (Тпп-100)°С, деформация со степенью 20%;
- нагрев до температуры (Тпп -100)°С, деформация со степенью 15%;
- нагрев до температуры (Тпп-150)°С, деформация со степенью 2%.
2 пример:
- нагрев до температуры (Т пп+270)°С, деформация со степенью 90%;
- нагрев до температуры (Тпп-40)°С, деформация со степенью 60%;
- нагрев до температуры (Т пп+160)°С, деформация со степенью 70%;
- нагрев до температуры (Тпп-40)°С, деформация со степенью 70%;
- нагрев до температуры (Т пп+200)°С, деформация со степенью 95%;
- нагрев до температуры (Тпп-160)°С, деформация со степенью 70%;
- нагрев до температуры (Т пп-160)°С, деформация со степенью 50%;
- нагрев до температуры (Тпп-160)°С, деформация со степенью 40%;
- нагрев до температуры (Т пп-190)°С, деформация со степенью 5%.
3 пример:
- нагрев до температуры (Тпп+250)°С, деформация со степенью 70%;
- нагрев до температуры (Т пп-30)°С, деформация со степенью 40%;
- нагрев до температуры (Тпп+110)°C, деформация со степенью 60%;
- нагрев до температуры (Т пп-25)°С, деформация со степенью 55%;
- нагрев до температуры (Тпп+100)°C, деформация со степенью 70%;
- нагрев до температуры (Т пп-130)°С, деформация со степенью 55%;
- нагрев до температуры (Тпп-130)°С, деформация со степенью 35%;
- нагрев до температуры (Т пп-130)°С, деформация со степенью 30%;
- нагрев до температуры (Тпп-170)°С, деформация со степенью 3%.
В таблице представлены механические свойства листов из титановых сплавов, полученных по предлагаемому способу и способу-прототипа.
Таблица. | ||||||
Способ | Механические свойства | |||||
В, Па | , % | Угол гиба при r=t | ||||
ВТ23 | ВТ19 | ВТ23 | ВТ19 | ВТ23 | ВТ19 | |
Заявка | 1460 | 1340 | 8,2 | 6,5 | 22 | 14 |
1520 | 1390 | 7,5 | 6,0 | 18 | 12 | |
1535 | 1370 | 8,0 | 6,3 | 20 | 13 | |
Прототип | 1220 | 1130 | 6,5 | 5,2 | 18 | 10 |
Предлагаемый способ термомеханической обработки титановых сплавов позволит повысить механические свойства изделий, полученных этим способом: предела прочности ( В) на 20%, относительного удлинения ( ) на 25% и пластичности по углу гиба на 27%.
Использование предлагаемого способа термомеханической обработки позволит снизить массу на 20% и повысить полезную нагрузку изделий авиакосмической техники, а также повысить эксплуатационную надежность за счет высокого уровня механических свойств применяемых титановых сплавов.
Класс C22F1/18 тугоплавких или жаростойких металлов или их сплавов