способ термической обработки полуфабрикатов, изделий и сварных конструкций из высокопрочных альфа-титановых сплавов
Классы МПК: | C22F1/18 тугоплавких или жаростойких металлов или их сплавов |
Автор(ы): | Кудрявцев Анатолий Сергеевич (RU), Паноцкий Денис Александрович (RU) |
Патентообладатель(и): | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ "ПРОМЕТЕЙ" ( ФГУП "ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-10-02 публикация патента:
27.06.2010 |
Изобретение относится к термической обработке полуфабрикатов, изделий и сварных конструкций из высокопрочных -титановых сплавов, которое может быть использовано в судостроительной и авиационной отраслях промышленности. Предложен способ термической обработки полуфабрикатов, изделий и сварных конструкций из высокопрочных -титановых сплавов. Способ включает посадку металла в холодную печь, нагрев с наибольшей скоростью, допускаемой тепловой мощностью нагревательного устройства, до температуры 675±10°С, выдержку из расчета не менее 1 мин на 1 мм толщины наибольшего сечения. Охлаждение проводят со скоростью 1,5-2°С/мин до температуры 580±10°С, а далее на воздухе. Снижается склонность к коррозионному растрескиванию. 1 табл.
Формула изобретения
Способ термической обработки полуфабрикатов, изделий и сварных конструкций из высокопрочных -титановых сплавов, включающий посадку металла в холодную печь, нагрев с наибольшей скоростью, допускаемой тепловой мощностью нагревательного устройства, до температуры (675±10)°С, выдержку из расчета не менее 1 мин на 1 мм толщины наибольшего сечения, отличающийся тем, что охлаждение проводят со скоростью 1,5-2°С/мин до температуры (580±10)°С, а далее на воздухе.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к термической обработке полуфабрикатов, изделий и сварных конструкций из высокопрочных титановых -сплавов с содержанием -фазы до 15%. Изобретение может быть использовано на предприятиях цветной металлургии, судостроительной, авиационной промышленности, изготавливающих полуфабрикаты, изделия и сварные конструкции из высокопрочных титановых сплавов; -сплавов.
Известны различные способы термической обработки титановых псевдо -сплавов, в том числе отжиг при температурах 670-850°С [1-4].
Однако известные способы термической обработки, применяемые для ряда полуфабрикатов, таких как толстолистовой крупногабаритный прокат, цельнокатаные кольца, кольцевые поковки из высокопрочных титановых сплавов с небольшим количеством -фазы и содержанием А1 свыше 5% и изделий, сварных конструкций из них, обладают недостатками. Например, отжиг, представленный в авторском свидетельстве № 707989 [2], который позволяет повысить сопротивляемость развитию разрушения в морской воде. Недостаток этого способа заключается в том, что в результате охлаждения с предлагаемой скоростью более 40°С/мин в интервале температур 800-400°С в конструкциях и полуфабрикатах создаются значительные остаточные внутренние напряжения, что приводит к искажениям геометрии изделий.
Наиболее близким к изобретению по техническому исполнению является отжиг для снятия остаточных сварочных напряжений, представленный в [3], который обеспечивает снятие остаточных напряжений, но приводит к существенному снижению характеристик трещиностойкости в морской воде.
Способ включает посадку металла в холодную печь, нагрев с печью с наибольшей скоростью, допускаемой тепловой мощностью печи до температуры 660°C±10°C, выдержку из расчета не менее 1 мин на 1 мм толщины наибольшего сечения; охлаждение в печи со скоростью 0,67°С/мин до 300±10°С, ниже 300°С - охлаждение на воздухе. Такой режим медленного охлаждения в интервале температур от 600°С до 400°С способствует расслоению -твердого раствора с образованием отдельных зон, обогащенных алюминием. Образование этих зон, имеющих более отрицательный электрохимический потенциал, чем -фаза, приводит к появлению склонности к коррозионному растрескиванию металла изделий из высокопрочных титановых псевдо -сплавов.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение склонности к коррозионному растрескиванию металла полуфабрикатов, изделий и сварных конструкций из высокопрочных титановых -сплавов.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в способе термической обработки высокопрочных титановых -сплавов, включающем посадку металла в холодную печь, нагрев с печью с наибольшей скоростью, допускаемой тепловой мощностью печи, до температуры 675±10°С, выдержку при этой температуре из расчета не менее 1 мин на 1 мм толщины наибольшего сечения; согласно изобретению охлаждение выполняют со скоростью 1,5÷2°С/мин до температуры 580±10°С, далее на воздухе.
Выдержка при 675±10°С и охлаждение со скоростью 1,5÷2°С/мин до температуры 580±10°С обеспечивают снятие исходных остаточных напряжений в металле. Повышение температуры выдержки нецелесообразно из-за опасного газонасыщения поверхностных слоев изделий. Повышение скорости охлаждения с 0,67°С/мин до 1,5÷2°С/мин не приводит к искажениям геометрии изделий.
Исследованиями установлено, что в интервале температур 580-400°С при скорости 0,67°С/мин происходит расслоение -твердого раствора с образованием 2-фазы, что приводит к увеличению склонности металла к коррозионному растрескиванию.
Охлаждение на воздухе в интервале температур 580-400°С предотвращает расслоение -твердого раствора и позволяет повысить стойкость металла к коррозионному растрескиванию.
Пример конкретного выполнения
Предлагаемый и известный способы проверяли на металле цельнокатаного кольца с толщиной стенки 72 мм и на металле катаной плиты толщиной 50 мм. Металл этих полуфабрикатов имел следующий химический состав: 5,49%Al; 1,51%V; 1,40%Mo; 0,12%С; 0,10%O.
По известному способу металл полуфабрикатов был нагрет до температуры 660°С, металл цельнокатаного кольца выдержан при данной температуре в течение 72 минут, металл катаной плиты в течение 50 минут, охлаждение вели в печи со скоростью 0,67°С/мин до 300°С, далее на воздухе.
По предлагаемому способу металл полуфабрикатов был нагрет до температуры 675°С, металл цельнокатаного кольца выдержан при данной температуре в течение 72 минут, металл катаной плиты в течение 50 минут, охлаждение вели в печи со скоростью 1,5°С/мин и 2°С/мин до температуры 580°С, далее на воздухе.
Из полуфабрикатов были изготовлены и испытаны на трехточечный изгиб в морской воде образцы сечением 35×70 мм по ГОСТ 25.506-85.
Результаты испытаний представлены в таблице.
Использование предлагаемого способа обработки изделий из высокопрочных титановых -сплавов обеспечивает по сравнению с существующими способами уменьшение остаточных напряжений и искажений геометрии изделий и повышение сопротивления развитию разрушения в коррозионной среде на 23-44%.
Технико-экономический эффект от использования изобретения по сравнению с прототипом выразится в повышении надежности и долговечности конструкций из высокопрочных титановых -сплавов за счет снижения склонности их к коррозионному растрескиванию.
Источники информации
1. Колачев Б.А., Полькин И.С., Талалаев В.Д. и др. «Титановые сплавы разных стран». М.: «ВИЛС», 2000, с.81-95.
2. Авторское свидетельство СССР № 707989.
3. Лясоцкая В.С.«Термическая обработка сварных соединений титановых сплавов». М.: «Экомет», 2003, с.180-183.
4. Моисеев В.Н., Куликов Ф.Р., Кириллов Ю.Г. и др. «Сварные соединения титановых сплавов». М.: «Металлургия», 1979, с.80-92.
5. Колачев Б.А., Полькин И.С. и др. «Титановые сплавы разных стран», М.: ВИЛС, 2000, с.16
Класс C22F1/18 тугоплавких или жаростойких металлов или их сплавов