[1]Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам изготовления листов (листовых полуфабрикатов) из титанового сплава ОТ4, которые могут быть использованы в машиностроительной, аэрокосмической, энергетической, химической и других областях народного хозяйства.
[2]Тенденция на повышение технологических свойств листового полуфабриката всегда была определяющей. С одной стороны, это продиктовано проблемой экономии металла, с другой, - ужесточением требований потребителей в связи со спецификой ряда отраслей промышленности.
[3]Сплав ОТ4 относится к псевдо-α-титановым сплавам, которые характеризуются анизотропией механических свойств, в значительной степени обусловленной кристаллографической текстурой α-фазы, имеющей гексагональную кристаллическую решетку с более низкой симметрией, чем β-фаза, имеющей объемно-центрированную кубическую решетку.
[4]Кристаллографическая текстура в процессе термомеханической обработки может сохраниться, исчезнуть или возникнуть новая. Это создает основу для управления формированием изотропности, хотя связи между текстурами деформации и условиями внешнего воздействия на металл чаще всего неоднозначные и могут быть оптимизированы опытным путем.
[5]Известен способ производства тонких листов и фольги из технически чистого титана, включающий горячую прокатку полосы толщиной 3-6 мм, отжиг в воздушной атмосфере, очистку поверхности от окалины, кислотное травление, шлифование, холодную прокатку, финишную отделку поверхности (Титан, 1995, т. 43, N 4, с. 239-246).
[6]Листы из прочных и высокопрочных сплавов толщиной менее 3 мм по указанной технологии не производят. Способ не предусматривает управления формированием изотропности.
[7]В качестве наиболее близкого аналога может быть принят способ изготовления листов из титанового сплава ОТ4, раскрытый в RU 2522252 С1, C22F 1/18, 10.07.2014. Способ включает деформацию слитка в сляб, механическую обработку сляба, многоэтапную прокатку сляба на подкат, резку подката на листовые заготовки, их сборку в пакет, прокатку листовых заготовок в листы в составе пакета и адъюстажные операции листов после пакетной прокатки.
[8]Указанное изобретение позволяет получить из псевдо-α-титановых сплавов тонкие листы, обладающие высоким уровнем механических свойств при низкой анизотропии, однородной структурой, а также удовлетворительным качеством поверхности.
[9]Изготовление листов по известной технологии из псевдо-α-титановых сплавов, в частности сплава ОТ4, позволяет получать листы с углом изгиба не менее 70° в поперечном направлении. По статистике предельные значения угла изгиба не превышали 105°. Однако эти свойства не стабильны и не обеспечивают требуемую пластичность, которая необходима при изготовлении деталей у заказчиков, т.е. при штамповке деталей сложной формы выявляются многочисленные дефекты в виде трещин по радиусу изгиба, которые не всегда удаляются зачисткой, что приводит к отбраковке деталей.
[10]Задачей данного изобретения является повышение пластических свойств листового полуфабриката из титанового сплав ОТ4, позволяющего осуществлять глубокую вытяжку и штамповку изделий сложной конфигурации.
[11]Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении качественного листового полуфабриката с низкой анизотропией механических свойств листов и высокой пластичностью при комнатной температуре за счет управления формированием кристаллографической текстуры при прокатке.
[12]Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления листов из титанового сплава ОТ4, включающем деформацию слитка в сляб, механическую обработку сляба, многоэтапную прокатку сляба на подкат, резку подката на листовые заготовки, их сборку в пакет, прокатку листовых заготовок в листы в составе пакета и адъюстажные операции листов после пакетной прокатки, согласно изобретению слиток деформируют в сляб в два этапа, при этом на первом этапе в β-области в интервале температур выше температуры полиморфного превращения (ТПП) на 150-250°C с суммарной степенью деформации 30÷80%, а на втором этапе в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-50°C с суммарной степенью деформации 20-50%, многоэтапную прокатку сляба на подкат осуществляют последовательно в четыре этапа, при этом на первом этапе в β-области в интервале температур выше ТПП на 90-160°C с суммарной степенью деформации 30-90%, на втором этапе в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 15-40%, на третьем этапе в β-области в интервале температур выше ТПП на 90-160°C с суммарной степенью деформации 15-25% и на четвертом этапе в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 40-70%, разрезают подкат на листовые заготовки, собирают их в пакет, укладывают с обеспечением перпендикулярности предыдущей прокатки листовой заготовки к направлению последующий прокатки листовой заготовки и прокатывают пакет на готовый размер в интервале температур ниже ТПП на 30-70° с суммарной степенью деформации 40-70%.
[13]Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
[14]Фиг. 1. - Текстурное состояние подката после третьего этапа прокатки, где позиция 1 - β-кристалл, 2 - α-кристалл;
[15]Фиг. 2. - Текстурное состояние подката после четвертого этапа прокатки;
[16]Фиг. 3. - Текстурное состояние листа;
[17]Фиг. 4. - Схема прокатки (где ε - суммарная степень деформации; 
- поперечная прокатка; → - продольная прокатка);
[18]Фиг. 5. - Образцы после испытаний на угол изгиба на оправке радиусом 1,5Т.
[19]Сущность изобретения заключается в следующем.
[20]Выплавленный слиток нагревают до температуры на 150÷250°C выше ТПП и подвергают ковке с суммарной степенью деформации 30÷80%, что разрушает литую структуру, усредняет химический состав сплава, уплотняет заготовку, устраняя такие литейные дефекты, как пустоты, раковины и др. Температура нагрева ниже указанного предела приводит к снижению пластических характеристик, затруднению деформации и появлению поверхностного растрескивания, температура нагрева выше указанного предела вызывает значительное увеличение газонасыщенного слоя, что приводит к поверхностным надрывам при деформации, ухудшению качества поверхности металла. Следующая деформация заготовки с суммарной степенью 20÷50% после нагрева на 30÷50°C ниже ТПП позволяет измельчить размер зерна по отношению к исходному состоянию, увеличить плотность дислокаций, т.е. осуществляют деформационный наклеп. Для полного удаления поверхностных дефектов полученный сляб механически обрабатывают со всех сторон.
[21]На первом этапе прокатки механически обработанный сляб подвергают продольной деформации на подкат в β-области при температуре ТПП + (90-160)°C с суммарной деформацией 30-90%. При данном температурном режиме происходит интенсивное измельчение зерна и сплав обладает достаточной пластичностью, которая позволяет предать заготовке требуемые геометрические размеры. Превышение температуры деформации приводит к росту зерен.
[22]После деформации в β-области на втором этапе прокатку осуществляют при нагреве до температуры на 30-70°С ниже ТПП и осуществляют прокатку с суммарной деформацией 15-40% для разрушения большеугловых границ зерен, увеличения плотности дислокаций, т.е. осуществляют деформационный наклеп. Суммарная степень деформации достаточна для обеспечения однородных свойств сплава во всем объеме. Полученный подкат имеет повышенную внутреннюю энергию и на третьем этапе продольной прокатки при температуре на 90-160°С выше ТПП с суммарной деформацией 15-25% происходит интенсивное измельчение зерен по всему объему металла. При данной суммарной деформации в металлах с кубической решеткой характерно образование многокомпонентной не острой текстуры (фиг. 1).
[23]На четвертом этапе продольной прокатки подката в (α+β) - области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°С с суммарной степенью деформации 40-70% после горячей прокатки подката в β-области главным механизмом деформации становится двойникование, потому что плоскости скольжения превращенной α-фазы заблокированы, поскольку не совпадают с направлением сдвиговых касательных напряжений. Кристаллиты, ориентированные в исходном состоянии направлением базиса <0001> вдоль направления прокатки (НП), уже после небольших степеней деформации поднимаются на угол, близкий к 30°, к НП. Когда в деформацию вовлекается скольжение, то в поперечном направлении (ПН) увеличивается плотность выхода базиса и усиливается призматическая плоскость (фиг. 2).
[24]Последующая поперечная прокатка проводится в составе пакета. Пакетная прокатка уменьшает концентрацию деформирующих сил на ограниченной площади пластической деформации, что позволяет:
[25]- производить деформацию тонкой листовой заготовки с необходимой высокой степенью суммарной деформации равной 40-70% в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°С;
[26]- создаются более благоприятные условия для формирований требуемой кристаллографической текстуры - типа «(11.0)<0001>». В НП (бывшем ПН) в результате двойникования исчезает базис, переходя к положению вблизи 10-60° от нормального направления (НН). В ПН базис при прокатке с Е=30% в этом температурном интервале не успевает сформироваться, остается ориентировка призмы 1-го рода 
. То же и в направлении НП, вследствие чего формируется текстура типа «(11.0)<0001>» с наличием компоненты отклоненного базиса в НН листов, обеспечивающая изотропность механических свойств в плоскости листа. Текстурное состояние листов после поперечной пакетной прокатки показано на фиг. 3.
[27]Термомеханические параметры пакетной прокатки в ПН аналогичны параметрам прокатки в продольном направлении на последнем этапе (4-й этап). Данные режимы являются оптимальными и подобраны опытным путем, вследствие чего формируется текстура, обеспечивающая изотропность механических свойств листа.
[28]Ниже приведен пример реализации предлагаемой технологии при изготовлении листов сплава ОТ4 размерами 1,5×800×2000 мм и 1,8×600×2000 мм.
[29]Для проведения работ по отработке технологии изготовления листов толщиной 1,5/1,8 мм из сплава ОТ4 с повышенными пластическими свойствами и высоким углом изгиба с применением пакетной прокатки был выплавлен промышленный слиток массой 1760 кг.
[30]Химический состав слитков приведен в таблице 1.
[31]
[32]Листы обработаны согласно схеме прокатки, приведенной на фиг. 4.
[33]Были проведены исследования кристаллографических текстур подката толщиной 17 мм, листовой заготовки толщиной 6,35 мм и листов толщиной 1,5 и 1,8 мм. Исследование образцов проведено на дифрактометре Bruker D8 Advance, медное излучение (U=40kB, I=40 мА), детектор LynxEye. Дифрактограммы для построения обратных полюсных фигур (ОПФ) сняты в режиме: шаг 0.02°, 0,5 сек, 2θ=34-156°. Обратные полюсные фигуры построены для трех ортогональных сечений: в плоскости листа на поверхности и на половине толщины подката (относительно НН), для поперечного (относительно НП) и долевого (относительно ПН) сечений. ОПФ получены с поверхности, после ее шлифования и травления образцов. На основе ОПФ были определены интенсивность полюсных плотностей и тип текстур, которые приведены в таблице 2.
[34]
[35]
[36]Механические свойства листов толщиной 1,8/1,5 мм после стандартного отжига приведены в таблице 3.
[37]
[38]На фиг. 5 показаны образцы после испытаний на угол изгиба на оправке радиусом 1,5Т (Т - толщина листа).
[39]Разработанный технологический процесс позволяет производить листы из титанового сплава ОТ4 с повышенными пластическими свойствами, с низкой анизотропией механических свойств листов и высоким углом изгиба при комнатной температуре (до 170°).
[40]Результаты исследования кристаллографической текстуры показали, что разработанная технология сформировала в листах текстуру типа (11.0)<0001> с компонентами базиса (00.1) и отклоненного базиса (10.3) на ОПФ в плоскости листа, которая обеспечила высокие изотропные пластические свойства в листах сплава ОТ4.
