RU2016114C1

RU2016114C1 - Caked alloy on titanium-base, and a method of its making

Info

Publication number: RU2016114C1
Authority: RU
Inventors: В.Н. Троицкий
Original assignee: Троицкий Вадим Николаевич
Priority date: 1991-05-24
Filing date: 1991-05-24
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: caked alloy on titanium-base has, wt.-%: copper 4-7, and tin 1-3. Method of this alloy making involves preparation of powder by cladding of titanium powder particles firstly with copper and then with tin following by pressing and sintering. After pressing intermediate annealing is carried out at 770-820 K and additional thickening of blanks. EFFECT: improved method of alloy making. 2 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к изысканию новых сплавов на основе титана, и может быть использовано в качестве конструкционного материала. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the search for new alloys based on titanium, and can be used as a structural material.

Известен спеченный сплав на основе титана, содержащий, мас.%: алюминий 4-6,0, олово 2,3-3,0, титан остальное (1). Этот сплав получают способом, включающим приготовление механической смеси титанового порошка с порошками легирующих элементов, прессование и спекание (1). Known sintered alloy based on titanium, containing, wt.%: Aluminum 4-6.0, tin 2.3-3.0, the rest titanium (1). This alloy is obtained by a method involving the preparation of a mechanical mixture of titanium powder with powders of alloying elements, pressing and sintering (1).

Недостатком известного сплава и способа его получения является сравнительно низкие прочностные характеристики, особенно пластичности (нулевое относительное удлинение), что не позволяет применять его для высоконагруженных деталей. Кроме того, из-за высокой склонности к "схватыванию" порошковой смеси с поверхностью матрицы затруднено использование автоматного прессования, необходимость в высокой температуре при горячей деформации (более 1220 К) и наличие сквозной остаточной пористости приводят к объемному окислению сплава, что отрицательно влияет на свойства сплава и стойкость штампов. A disadvantage of the known alloy and the method of its production is the relatively low strength characteristics, especially ductility (zero elongation), which does not allow it to be used for highly loaded parts. In addition, due to the high tendency to “seize” the powder mixture with the matrix surface, it is difficult to use automatic pressing, the need for high temperature during hot deformation (more than 1220 K) and the presence of through residual porosity lead to bulk oxidation of the alloy, which negatively affects the properties alloy and die resistance.

Целью изобретения является повышение механических свойств и снижение стоимости сплава путем улучшения прессуемости порошка. Поставленная цель достигается тем, что известный сплав на основе титана, содержащий олово, дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: Медь 4-7 Олово 1-3 Титан Остальное
Поставленная цель достигается также тем, что в известном способе, включающем подготовку шихты на основе титанового порошка, прессование заготовки, их спекание, согласно изобретению, подготовку шихты производят плакированием частиц титанового порошка сначала медью, затем оловом, после прессования производят отжиг при температуре 770-820 К и доуплотнение заготовок. Именно плакирование титанового порошка слоями легирующих компонентов в последовательности медь-олово исключает "схватывание" порошковой смеси с поверхностью матрицы, тем самым позволяет осуществлять автоматическое прессование. Промежуточный отжиг прессовок перед их доуплотнением при температуре 770-820 К, т. е. температуры образования на поверхности титановых частиц сплава медь-олово, но не выше температуры активной диффузии этого сплава в титан, обеспечивает при доуплотнении низкий коэффициент трения и высокую уплотняемость прессовки, т. е. достигается цель изобретения. Это позволяет сделать вывод, что предлагаемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.The aim of the invention is to increase the mechanical properties and reduce the cost of the alloy by improving the compressibility of the powder. This goal is achieved by the fact that the known alloy based on titanium containing tin additionally contains copper in the following ratio of components, wt.%: Copper 4-7 Tin 1-3 Titanium The rest
This goal is also achieved by the fact that in the known method, including the preparation of a mixture based on titanium powder, pressing the billet, sintering, according to the invention, the preparation of the mixture is carried out by cladding particles of titanium powder first with copper, then with tin, after pressing annealing at a temperature of 770-820 K and compaction of workpieces. Cladding of titanium powder with layers of alloying components in a copper-tin sequence eliminates the "setting" of the powder mixture with the surface of the matrix, thereby allowing automatic pressing. The intermediate annealing of the compacts before their compaction at a temperature of 770-820 K, i.e., the temperature of formation of copper-tin alloy particles on the surface of titanium particles, but not higher than the temperature of active diffusion of this alloy into titanium, provides a low coefficient of friction and high compaction of the compact during compaction, i.e., the object of the invention is achieved. This allows us to conclude that the proposed invention are interconnected by a single inventive concept.

Составы предложенного сплава приведены в табл. 1. The compositions of the proposed alloy are given in table. 1.

Способ получения предложенного сплава состоит из приготовления плакированного порошка титана слоями в последовательности медь-олово, например, химическим и электролитическим методами; прессования без применения технологических смазок при удельном давлении 400-800 МПа; вакуумного отжига при 770-820 К; доуплотнения без технологической смазки при удельном давлении 800-1000 МПа; спекания при 1470-1520 К в течение 2-3 ч в вакууме 1 ˙10^-4 мм рт. ст. Для дополнительного увеличения механических свойств, в основном по пределу усталостной прочности, а также для получения деталей сложной геометрии профильных длинномеров спеченные заготовки подвергаются различным видам горячей деформации. При горячей деформации в качестве смазки и защиты от поверхностного окисления применяется стеклоэмаль, при этом нагрев производится в камерной печи без защитной атмосферы. Деформация ведется при температуре 1050-1100 К и удельном давлении 150-200 МПа. Упрочняющая термическая обработка производится по режиму: закалка 1100-1120 К с охлаждением в воду, старение 670 К с выдержкой 6-8 ч.A method of obtaining the proposed alloy consists of preparing clad titanium powder in layers in a copper-tin sequence, for example, by chemical and electrolytic methods; pressing without the use of technological lubricants at a specific pressure of 400-800 MPa; vacuum annealing at 770-820 K; additional compaction without technological lubrication at a specific pressure of 800-1000 MPa; sintering at 1470-1520 K for 2-3 hours in a vacuum of 1 ˙ 10 ^-4 mm RT. Art. To further increase the mechanical properties, mainly according to the fatigue strength, as well as to obtain parts of complex geometry of profile long lengths, sintered billets undergo various types of hot deformation. During hot deformation, glass enamel is used as a lubricant and protection against surface oxidation, while heating is carried out in a chamber furnace without a protective atmosphere. The deformation is carried out at a temperature of 1050-1100 K and a specific pressure of 150-200 MPa. Hardening heat treatment is carried out according to the regime: quenching 1100-1120 K with cooling in water, aging 670 K with a shutter speed of 6-8 hours.

На чертеже показано относительное давление выпрессовки цилиндрических прессовок с соотношением высоты к диаметру, равным 0,65 в зависимости от давления прессования, а также влияния легирующих компонентов медь-олово и способа их введения. При механической смеси Ti+Cu7%+Sn3% давление выпрессовки уменьшается по сравнению с элементарным порошком титана в 1,5 раза. Плакированный порошок состава Ti+Cu7%+Sn3% с поверхностным слоем олова обеспечивает снижение усилия выпрессовки в 2,5 раза по сравнению с элементарным порошком титана. Одновременно обеспечивается снижение крутизны нарастания относительного давления прессования, что приводит к ликвидации явления "схватывания" при распрессовке и отсутствию задиров на поверхности прессовки. Это обеспечивает возможность "ручного" и автоматного прессования в остальных пресс-формах без применения смазки. The drawing shows the relative extrusion pressure of cylindrical compacts with a height to diameter ratio of 0.65 depending on the pressing pressure, as well as the influence of the alloying components of copper-tin and the method of their introduction. With a mechanical mixture of Ti + Cu7% + Sn3%, the extrusion pressure decreases 1.5 times in comparison with elemental titanium powder. The clad powder of the composition Ti + Cu7% + Sn3% with the surface layer of tin provides a reduction in the pressing force by 2.5 times in comparison with elementary titanium powder. At the same time, a decrease in the steepness of the increase in the relative pressing pressure is ensured, which leads to the elimination of the “setting” phenomenon during extrusion and the absence of scoring on the pressing surface. This provides the possibility of "manual" and automatic pressing in the remaining molds without the use of grease.

Свойства предлагаемого сплава в спеченном состоянии, а также после горячей деформации и упрочняющей термической обработки приведены в табл. 2. В спеченном состоянии предлагаемый сплав сопоставим по пределу прочности с прототипом, предлагаемый сплав обладает высоким запасом пластичности, чего нет у прототипа. Повышение предела прочности в 1,4-1,5 раза при сохранении удовлетворительной пластичности обеспечивается упрочняющей термической обработкой после спекания или после горячей деформации заготовок. Это объясняется более высокой однородностью структуры сплава, низкой остаточной пористостью, что обеспечивает эффективное упрочнение за счет фиксации пересыщенного α -твердого раствора при закалке выделяющимися в процессе старения частицами интерметаллидной фазы Ti₂Cu, что подтверждается строением, богатом титаном, части диаграммы титан-медь. Предлагаемый способ (по сравнению с прототипом) обеспечивает повышение уровня механических свойств и сокращение стоимости затрат на получение изделий из сплава. Разница затрат получается за счет повышения производительности формирования и точности заготовок, уменьшения энергоемкости процесса и увеличения стойкости пресс-инструмента.The properties of the proposed alloy in the sintered state, as well as after hot deformation and hardening heat treatment are given in table. 2. In the sintered state, the proposed alloy is comparable in tensile strength to the prototype, the proposed alloy has a high margin of ductility, which is not the case with the prototype. An increase in the tensile strength by 1.4-1.5 times while maintaining satisfactory ductility is provided by hardening heat treatment after sintering or after hot deformation of the workpieces. This is explained by a higher uniformity of the alloy structure, low residual porosity, which provides effective hardening due to the fixation of the supersaturated α-solid solution during quenching of the particles of the intermetallic phase Ti ₂ Cu released during aging, which is confirmed by the titanium-rich structure of part of the titanium-copper diagram. The proposed method (compared with the prototype) provides an increase in the level of mechanical properties and a reduction in the cost of obtaining alloy products. The cost difference is obtained by increasing the productivity of formation and accuracy of the workpieces, reducing the energy intensity of the process and increasing the durability of the press tool.

Сплав рекомендуется применять в виде спеченных прессовок, штамповок и длинномерных профилей для изготовления конструкционных деталей, работающих при температуре до 670 К. The alloy is recommended to be used in the form of sintered compacts, stampings and lengthy profiles for the manufacture of structural parts operating at temperatures up to 670 K.

Claims

1. Sintered alloy based on titanium containing tin, characterized in that it additionally contains copper in the following ratio of components, wt.%:
Copper 4 - 7
Tin 1 - 3
Titanium rest
2. A method of producing a sintered titanium-based alloy, including preparing a mixture based on titanium powder, pressing the billets, sintering, characterized in that the preparation of the mixture is carried out by cladding particles of titanium powder first with copper, then with tin, after pressing annealing at 770 - 820 ^o K and compaction of workpieces.