патент
№ RU 2360030
МПК C22F1/18

СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Авторы:
Каблов Евгений Николаевич Хорев Анатолий Иванович Ночовная Надежда Алексеевна
Все (9)
Правообладатель:
Все (2)
Номер заявки
2007143896/02
Дата подачи заявки
28.11.2007
Опубликовано
27.06.2009
Страна
RU
Дата приоритета
27.05.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в авиакосмической и ракетной технике для изготовления баллонов, корпусов, обтекателей, обшивки, оболочек, днищ. Для повышения уровня трещиностойкости при одновременном повышении предела прочности и повышения допустимой степени деформации термомеханическую обработку сплава проводят в десять стадий. На первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп+170÷Тпп+270)°С, деформацию со степенью 60-90%, на второй стадии - нагрев до температуры (Тпп+70÷Тпп+200)°С, деформацию со степенью 50-70%, на третьей стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 20-40%, на четвертой стадии - нагрев до температуры (Тпп+20÷Тпп+50)°С, деформацию со степенью 30-60%, на пятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 20-50%, на шестой стадии - нагрев до температуры (Тпп+20÷Тпп+50)°С, деформацию со степенью 40-70%, на седьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 30-70%, на восьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-70÷Тпп+70)°С, деформацию со степенью 40-90%, на девятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-170÷Тпп-220)°С, деформацию со степенью 30-70%, повторяют четыре раза, на десятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-170÷Тпп-270)°С, деформацию со степенью 2-10%, где Тпп - температура полиморфного превращения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения

1. Способ термомеханической обработки титановых сплавов, включающий многократные нагревы до температуры выше или ниже температуры полиморфного превращения и деформации, отличающийся тем, что термомеханическую обработку проводят в десять стадий, при этом на первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп+170÷Тпп+270)°С, деформацию со степенью 60-90%, на второй стадии - нагрев до температуры (Тпп+70÷Тпп+200)°С, деформацию со степенью 50-70%, на третьей стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 20-40%, на четвертой стадии - нагрев до температуры (Тпп+20÷Тпп+50)°С, деформацию со степенью 30-60%, на пятой стадии - нагрев до температуры
пп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 20-50%, на шестой стадии - нагрев до температуры
пп+20÷Тпп+50)°С, деформацию со степенью 40-70%, на седьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 30-70%, на восьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-70÷Тпп+70)°С, деформацию со степенью 40-90%, на девятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-170÷Тпп-220)°С, деформацию со степенью 30-70%, повторяют четыре раза, на десятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-170÷Тпп-270)°С, деформацию со степенью 2-10%, где Тпп - температура полиморфного превращения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после десятой стадии проводят старение при температуре (Тпп-320÷Тпп-520)°С с выдержкой 2-10 ч.
3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что перед старением проводят закалку с температуры (Тпп-120÷Тпп-230)°С с охлаждением в воде или на воздухе.

Описание

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической и ракетной технике для изготовления баллонов, корпусов, обтекателей, обшивки, оболочек, днищ.

Известен способ термомеханической обработки титановых сплавов, включающий:

- нагрев до температуры (1050-1200)°С (Тпп+120÷Тпп+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 (Тпп - 180)°С, где Тпп=920°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 титановых сплавов, включающий нагрев в β-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 β- и (α+β)-областях с одинаковой степенью (40-60)%, повторный нагрев осуществляют до температуры на (20-40)° 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 трещиностойкости при пониженном пределе прочности, пониженная технологическая пластичность при деформации титановых сплавов, обработанных данными способами.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому является способ термомеханической обработки титановых сплавов, включающий многократные нагревы до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения и деформацию в процессе охлаждения до температуры ниже температуры полиморфного превращения, в котором термомеханическую обработку проводят в шесть стадий, при этом на первых пяти стадиях осуществляют:

- нагрев до температуры (Tпп+120÷Тпп+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÷Тпп-180)°С;

- нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 10-30% при охлаждении до (Тпп-140÷Тпп-160)°С;

- нагрев до температуры (Тпп+20÷Тпп+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÷Тпп-130)°С;

затем на шестой стадии проводят нагрев до температуры (Тпп-400÷Тпп-500)°С с выдержкой в течение (5-20) ч, где Тпп- температура полиморфного превращения (патент РФ №2219280).

Титановые сплавы, обработанные данным способом, имеют пониженные характеристики трещиностойкости, предела прочности и технологической пластичности при обработке давлением.

Технической задачей изобретения является повышение уровня трещиностойкости

Сусл) при одновременном повышении предела прочности (σВ) и повышение допустимой степени деформации (ε).

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложены способы термомеханической обработки титановых сплавов, включающие многократный нагрев до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения и деформацию, в которых термомеханическую обработку проводят в десять стадий, при этом:

на первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп+170÷Тпп+270)°С, деформацию со степенью 60-90%;

на второй стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп+70÷Тпп+200)°С, деформацию со степенью 50-70%;

на третьей стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 20-40%;

на четвертой стадии - нагрев до температуры (Тпп+20÷Тпп+50)°С, деформацию со степенью 30-60%;

на пятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 20-50%;

на шестой стадии - нагрев до температуры (Тпп+20÷Тпп+50)°С, деформацию со степенью 40-70%;

на седьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 30-70%;

на восьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-70÷Тпп+70)°С, деформацию со степенью 40-90%;

на девятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-170÷Тпп-220)°С, деформацию со степенью 30-70%, повторяют четыре раза;

на десятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-170÷Тпп-270)°С, деформацию со степенью 2-10%, где Тпп- температура полиморфного превращения.

После десятой стадии может проводится старение при температуре (Тпп-320÷Tпп-520)°С с выдержкой 2-10 часов, или перед старением может проводиться закалка при температуре (Тпп-120÷Тпп-230)°С с охлаждением в воде или на воздухе.

В результате проведения термомеханической обработки в десять стадий при изготовлении листов, в том числе тонких, достигается высокое качество как по состоянию поверхности, так и по созданию сверхмелкозернистой структуры с нанодисперсными упрочняющими частицами α-фазы в β-матрице.

Создание однородного структурно-фазового состояния и гомогенного химического состава на первых семи стадиях при изготовлении сляба и получении сверхмелкозернистой структуры с восьмой по десятую стадиях прокатки листов обеспечивает получение высокой технологической пластичности и сочетания высокой трещиностойкости при высокой прочности.

Примеры осуществления

Были изготовлены образцы из титановых сплавов, например ВТ23Л и ВТ19-1, обработанные предлагаемым способом (1-3) и способом-прототипом (4), которые были подвергнуты механическим испытаниям.

Пример 1

На первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп+170)°С, деформацию со степенью 60%;

на второй стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп+70)°С, деформацию со степенью 50%;

на третьей стадии - нагрев до температуры (Тпп-20)°С, деформацию со степенью 20%;

на четвертой стадии - нагрев до температуры (Тпп+20)°С, деформацию со степенью 30%;

на пятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20)°С, деформацию со степенью 20%;

на шестой стадии - нагрев до температуры (Тпп+20)°С, деформацию со степенью 40%;

на седьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20)°С, деформацию со степенью 30%;

на восьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-70)°С, деформацию со степенью 40%;

на девятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-170)°С, деформацию со степенью 30%, повторяют четыре раза;

на десятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-170)°С, деформацию со степенью 2%.

Пример 2

На первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп+270)°С, деформацию со степенью 90%;

на второй стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп+200)°С, деформацию со степенью 70%;

на третьей стадии - нагрев до температуры (Тпп-40)°С, деформацию со степенью 40%;

на четвертой стадии - нагрев до температуры (Тпп+50)°С, деформацию со степенью 60%;

на пятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-40)°С, деформацию со степенью 50%;

на шестой стадии - нагрев до температуры (Тпп+50)°С, деформацию со степенью 70%;

на седьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-40)°С, деформацию со степенью 70%;

на восьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп+70)°С, деформацию со степенью 90%;

на девятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-220)°С, деформацию со степенью 70%, повторяют четыре раза;

на десятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-270)°С, деформацию со степенью 10%;

затем - старение при температуре (Тпп-420)°С с выдержкой 6 часов.

Пример 3

На первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп+220)°С, деформацию со степенью 70%;

на второй стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп+120)°С, деформацию со степенью 60%;

на третьей стадии - нагрев до температуры (Тпп-30)°С, деформацию со степенью 30%;

на четвертой стадии - нагрев до температуры (Тпп+40)°С, деформацию со степенью 50%;

на пятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-30)°С, деформацию со степенью 40%;

на шестой стадии - нагрев до температуры (Тпп+40)°С, деформацию со степенью 60%;

на седьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-30)°С, деформацию со степенью 50%;

на восьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-10)°С, деформацию со степенью 70%;

на девятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-200)°С, деформацию со степенью 50%, повторяют четыре раза;

на десятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-230)°С, деформацию со степенью 5%;

затем проводят закалку при температуре (Тпп-170)°С с охлаждением в воде или на воздухе и старение при температуре (Тпп-420)°С с выдержкой 6 часов.

В таблице представлены механические свойства титановых сплавов, полученных по предлагаемому способу и способу-прототипу.

Предлагаемый способ термомеханической обработки титановых сплавов позволит повысить уровень трещиностойкости (КСусл) на 30% при одновременном повышении предела прочности (σВ) на 25% и повысить допустимую степень деформации (ε) на 100%.

Использование предлагаемого способа термомеханической обработки позволит снизить массу конструкций на 25%, повысить их надежность работы, повысить технологичность изготовления.

Таблица
СпособВТ23Л (Тпп=920°С)ВТ 19-1 (Тпп=780°С)
σВ (МПа)КСусл(МПа·м1/2)ε (%)σВ(МПа)КСусл(МПа·м1/2)ε (%)
1152017075145013085
2155016070148012175
3153016472147011777
41200ПО3011509040

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты