Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам получения деталей или изделий с регламентированной структурой, и может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической деформации (формовки) изделий сложной формы.
Титановые сплавы, обладающие высокой удельной конструкционной прочностью и коррозионной стойкостью, используются для изготовления широкой номенклатуры изделий, а технологический процесс, основанный на эффекте сверхпластичности, позволяет существенно расширить область применения новых титановых сплавов.
Некоторые из высокопрочных жаропрочных титановых сплавов применяются в изготовлении деталей компрессора газотурбинных двигателей (лопатки, диски, рабочие колеса, валы), в частности для самолетов серии «ИЛ-96-300», «Сухой-100». К ним предъявляются повышенные требования по износостойкости, снижению коэффициента трения, улучшению адгезии и т.д. В связи с этим разрабатываются новые методы и средства для повышения срока службы деталей газотурбинных двигателей (ГТД), выполненных из титановых псевдо-β-сплавов.
Псевдо-β-титановые сплавы относятся к высоколегированным сплавам, в которых суммарное содержание легирующих элементов доходит до 25% и более.
К недостаткам псевдо-β-титановых сплавов (ВТ15, ВТ19, ВТ32 и др.) относятся:
- невысокая термическая стабильность, в результате чего их нельзя применять при температурах выше 500°С;
- неудовлетворительная свариваемость, обусловленная сильным ростом зерна в околошовной зоне и ликвацией легирующих элементов в сварном шве;
- большой разброс механических свойств, вызванный химической неоднородностью сплавов из-за ликвации и большой чувствительностью процесса старения к содержанию примесей внедрения;
- сильно выраженное отрицательное влияние примесей внедрения на пластичность сплавов;
- сравнительно высокая плотность.
Вышеперечисленные недостатки псевдо-β-титановых сплавов перекрываются существенными преимуществами этих сплавов, главные среди которых:
- высокая технологичность в закаленном состоянии;
- большой эффект термического упрочнения из-за пересыщения закаленной β-фазы легирующими элементами;
- высокая вязкость разрушения при значительных прочностных характеристиках.
Вместе с тем высокая чувствительность титановых сплавов к типу и параметрам структуры позволяет на одном сплаве получать различное сочетание прочностных, пластических и служебных свойств.
Известны способы изготовления деталей компрессора ГТД из эвтектоидных титановых сплавов (ВТ3-1, ВТ6, ВТ22 и др.) методом сверхпластической деформации (формовки) и диффузионной сварки (А.с. СССР №1577378, C22F 1/04, 1988; А.с. СССР №1759583, B23K 20/14, 1990; патент США №4582244, 1985; European Patent №0568201, 1993).
Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2569441, B23K 20/14, 2015, которое было принято авторами за ближайший аналог.
Недостатком данного способа является то, что при использовании заготовок из титанового псевдо-β-сплава применяемая технология изготовления деталей компрессора ГТД не позволяет добиться необходимой прочности готовых изделий (предел выносливости, длительная прочность, недостаточная вязкость разрушения при увеличении механических нагрузок). Это связано с недостаточной коррозионной стойкостью и сопротивления окислению ликвацией твердорастворной α-фазы при повышенных температурах эксплуатации.
Технической задачей является улучшение механических, технологических и эксплуатационных характеристик готовых изделий ГТД (лопатки, диски, рабочие колеса, валы компрессора и т.д.) из псевдо-β-титанового сплава за счет выбора оптимального состава количества α- и β-стабилизаторов и обеспечение постоянства фазового состава.
Способ осуществляется следующим образом:
1. Экспериментальным путем выбирается состав высокопрочного титанового псевдо-β-сплава с лигатурой Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe с дополнительным легированием редкоземельным металлом.
2. Методом вакуумно-дуговой плавки производятся готовые слитки или заготовки для последующей операции сверхпластической деформации (формовки).
3. Сверхпластическую деформацию (формовку) производят при температуре от 850 до 950°С и скоростях деформации 10-4 c-1 с последующей выдержкой 400-550°С.
Таким образом, путем оптимального выбора количества α- и β-стабилизаторов (соблюдение степени легирования в определенных пределах) обеспечивается постоянство химического и фазового состава титанового псевдо-β-сплава, тем самым улучшаются механические, технологические и эксплуатационные характеристики.
