RU2058418C1

RU2058418C1 - Method for manufacture of sheet semifinished products from titanium duplex alloys

Info

Publication number: RU2058418C1
Authority: RU
Inventors: О.Р. Валиахметов; Г.А. Салищев; Ю.Б. Тимошенко; З.С. Хамматов
Original assignee: Институт проблем сверхпластичности металлов РАН
Priority date: 1992-09-13
Filing date: 1992-09-13
Publication date: 1996-04-20

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: billet from titanium duplex alloy treated in the regions β- and (α+β) and 10^-4-10^-2 s^-1 is rolled at the temperature of beginning of deformation lower by 400-550 C than the temperature of polymorphic conversion at the rate of 10_-4-10_-2/s_-1 and reduction degree of 5-15%, annealed at the temperature lower by 400-550 C than the temperature of polymorphic conversion for 10-30 min, and the cycle is repeated to attain the total degree of reduction of 75-95%. EFFECT: higher complex of mechanical and technological properties. 1 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке ( α+β )-титановых сплавов и может быть использовано при изготовлении листов или фольги. The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to thermomechanical processing of (α + β) -titanium alloys and can be used in the manufacture of sheets or foil.

Известен способ изготовления листовых полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, заключающийся в том, что заготовку, прошедшую предварительную ковку сляба и горячую прокатку при температурах β-области и отжиг в интервале температур на 100^оС выше или ниже полиморфного превращения и деформацию в ( α+β )-области, подвергают холодной деформации с последующей термообработкой по режиму нагрев до температуры на 40^оС выше или на 50^оС ниже полиморфного превращения, охлаждение с последующим нагревом до температуры на 150-400^оС ниже полиморфного превращения. Способ позволяет получать фольгу, но только из тонких листов материала с выходом годного 62-64% получать равномерную структуру с размером зерна порядка 3-4 балла. Величина временного сопротивления листа из сплава ВТ23 достигает 128 кгс/мм² при пластичности до 14%
Недостаток способа относительно низкие механические и технологические показатели.A method for manufacturing sheet metal semi-finished two-phase titanium alloys comprising that the preform of pre-forging the slab and hot-rolling at temperatures of β-region and annealing in the temperature range 100 ° ^C higher or lower than the polymorphic transformation and deformation in the (α + β ) -region, subjected to cold working followed by a heat treatment regime heating to a temperature 40 ° ^C above or 50 ° ^C lower than the polymorphic transformation, cooling, followed by heating to a temperature ^of 150-400 C below polymorphonuclear about transformation. The method allows to obtain foil, but only from thin sheets of material with a yield of 62-64% to obtain a uniform structure with a grain size of about 3-4 points. The value of the temporary resistance of a sheet of VT23 alloy reaches 128 kgf / mm ² with ductility up to 14%
The disadvantage of this method is the relatively low mechanical and technological indicators.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления листов из двухфазных титановых сплавов, заключающийся в термомеханической обработке сплава в β- и ( α+β )-области и характеризующийся тем, что каждую стадию обработки проводят после охлаждения заготовки до комнатной температуры с увеличением скорости нагрева до температуры для каждой последующей стадии, которую снижают от стадии к стадии, снижая при этом и степень деформации. Способ предусматривает 6 стадий обработки. Если нагрев для первой стадии деформации ведут со скоростью 1-10^оС/м и деформируют при температуре на 50-130^оС выше температуры полиморфного превращения со степенью 85-98% то для последней скорость нагрева составляет 70-150^оС, а деформацию проводят при температуре на 470-670^оС ниже температуры полиморфного превращения со степенью деформации 1-3% Отсутствие описаний на скорости деформаций свидетельствует об использовании традиционных скоростей прокатки (10^-1 1 с^-1). Способ позволяет изготавливать листы толщиной 4-8 мм из сплава ВТ6С, температура полиморфного превращения которого составляет 970^оС. Изготовленные листы имеют конструкционную прочность 120-125 кгс/мм², технологическую пластичность (радиус гибки R в толщинах листа) 2-3, коэффициент вытяжки 1,4-1,6 и малоцикловую усталость при σ_max=80 кгс/мм², равную 2000-2500 циклов.The closest technical solution is a method of manufacturing sheets of two-phase titanium alloys, which consists in thermomechanical processing of the alloy in the β- and (α + β) -regions and characterized in that each stage of processing is carried out after cooling the workpiece to room temperature with an increase in the heating rate to temperature for each subsequent stage, which is reduced from stage to stage, while reducing the degree of deformation. The method provides for 6 stages of processing. If the heating to the first stage of deformation lead at a rate ^of 1-10 C / m and is deformed at a temperature 50-130 ° ^C higher than the polymorphic transformation temperature, with the degree of 85-98% for the last heating rate is 70-150 ° ^C, and deformation carried out at a temperature of 470-670 ^o C below the temperature of the polymorphic transformation with the strain of 1-3% is no description on the strain rate indicates the conventional rolling speeds (10 ^-1 to 1 s ^-1). The method allows to produce 8.4 mm thick sheets of Alloy VT6S, polymorphic transformation temperature of which is 970 ^C. Manufactured sheets have structural strength of 120-125 kgf / mm ^2, technological ductility (bending radius R to the sheet thickness) 2-3, coefficient hoods 1.4-1.6 and low-cycle fatigue at σ _max = 80 kgf / mm ² , equal to 2000-2500 cycles.

Цель изобретения повышение механических и технологических свойств. The purpose of the invention is the improvement of mechanical and technological properties.

Поставленная цель достигается способом, заключающимся в том, что заготовку из двухфазного титанового сплава, прошедшего обработку в β и ( α+β )-области, прокатывают при температуре начала деформации на 400-550^оС ниже температуры полиморфного превращения со скоростью 10^-4-10^-2 с^-1 и степенью деформации 5-15% отжигают при температуре на 400-550^оС ниже температуры полиморфного превращения в течение 10-30 мин и повторяют этот цикл обработки до достижения суммарной степени деформации 75-95%
Предложенным способом можно обрабатывать такие сплавы как ВТ6, ВТ8, ВТ9, ВТЗ-1, ВТ14, ВТ23.The goal is achieved by a method comprising that the billet of two-phase titanium alloy, transmitted and processed in the β (α + β) -region, rolled at a temperature at which deformation at 400-550 ^C. below the polymorphic transformation temperature at a rate of 10 ^-4 - 10 ^-2 s ^-1 and the degree of deformation of 5-15% is annealed at a temperature 400-550 ^{° C} lower than the polymorphic transformation temperature for 10-30 minutes, and this loop is repeated until the total degree of strain 75-95%
The proposed method can be used to process alloys such as VT6, VT8, VT9, VTZ-1, VT14, VT23.

Заготовку для подготовки структуры материала подвергают обработке в β и ( α+β )-области, которая может быть проведена или путем термической обработки с последующим охлаждением или с дополнительной дробной деформацией. A blank for preparing the material structure is subjected to processing in the β and (α + β) -regions, which can be carried out either by heat treatment followed by cooling or with additional fractional deformation.

Существенными отличительными признаками способа являются режимы прокатки заготовки, прошедшей предварительную подготовку структуры, режимы отжига после стадии прокатки и суммарная степень деформации. Salient features of the method are the modes of rolling a workpiece that has undergone preliminary preparation of the structure, the annealing modes after the rolling stage, and the total degree of deformation.

Известно использование температур в процессе деформации на 400-500^оС ниже температуры полиморфного превращения со степенью деформации 4-6% Заготовка предварительно прошла обработку в β и ( α+β )-области. Такая обработка позволяет при обработке труб из сплава ОТ4 повысить предел истинной прочности до 110 кгс/мм², относительное удлинение до 25% условный коэффициент интенсивности напряжений до 1400 кгс/мм².The use of temperatures in the deformation process at 400-500 ^{° C} below the temperature of the polymorphic transformation of the strain with 4-6% pre preform has been treated in the β and (α + β) -region. This treatment allows you to increase the true strength to 110 kgf / mm ² , the elongation to 25%, the conditional stress intensity factor up to 1400 kgf / mm ² when processing pipes made of OT4 alloy.

Известно использование в процессе деформации со степенью 2-15% температур от 230-250^оС ниже температуры полиморфного превращения до 450-550^оС ниже температуры полиморфного превращения. Этот режим был использован как один из этапов подготовки структуры сплава ВТ-14 для повышения конструкционной прочности листа при изготовлении панели.Known use in the process of deformation with a degree of 2-15% of temperatures from 230-250 ^about below the temperature of the polymorphic transformation to 450-550 ^about below the temperature of the polymorphic transformation. This mode was used as one of the stages of preparing the structure of the VT-14 alloy to increase the structural strength of the sheet in the manufacture of the panel.

Известно использование чередования процессов деформации с термообработкой перед обработкой титанового сплава в двухфазной области. Этот цикл включает в себя холодную деформацию со степенью 20-25% последующий нагрев до температуры на 250-330^оС ниже температуры полиморфного превращения, выдержку в течение 30-90 мин и охлаждение. Эта многоцикловая обработка в системе с дальнейшей обработкой позволяет повысить механические свойства материала. Однако только заявляемая взаимосвязь последовательности и режимов обработки позволяет добиться достижения поставленной цели, получить листовые полуфабрикаты с высоким комплексом механических и технологических свойств.It is known to use the alternation of deformation processes with heat treatment before processing a titanium alloy in a two-phase region. This cycle includes a cold deformation with a degree of 20-25% subsequent heating to a temperature ^of 250-330 C below the polymorphic transformation temperature, held for 30-90min, and cooling. This multi-cycle treatment in a system with further processing improves the mechanical properties of the material. However, only the claimed relationship between the sequence and processing modes allows us to achieve this goal, to obtain sheet semi-finished products with a high range of mechanical and technological properties.

При температуре прокатки ниже Т_пл 550^оС формируется нерекристаллизованная микроструктура, не наблюдается ее измельчение. При температуре выше Т_пл 400^оС формируется структура с размером зерен более 1 мкм, что ведет к снижению механических свойств. Нижний предел скорости деформирования 10^-4 с^-1 установлен по следующей причине. При скоростях ниже 10^-4 с^-1 существенно возрастает длительность обработки и при этом происходит некоторое увеличение размера зерен. При скоростях выше 10^-4 с^-1 увеличивается неоднородность структуры по сечению листов, снижается технологическая пластичность сплава.When the rolling temperature below T _m 550 ^{° C} unrecrystallized microstructure is formed, its breakage is observed. At a temperature higher than a _{melting point} of 400 ^{° C} formed a structure with a grain size greater than 1 micron, resulting in lower mechanical properties. The lower limit of the strain rate of 10 ⁻⁴ s ^{−1 is} set for the following reason. At speeds below 10 ^-4 s ^-1 , the processing time increases significantly and at the same time there is a slight increase in grain size. At speeds above 10 ^-4 s ^-1 , the heterogeneity of the structure over the cross section of the sheets increases, and the technological ductility of the alloy decreases.

При степени деформации менее 5% за проход не происходит существенного измельчения микроструктуры. При степени деформации за проход более 15% и выдержке между проходами менее 10 мин на кромках листов начинают образовываться трещины. При выдержке между проходами более 30 мин не наблюдается дальнейшего измельчения микроструктуры, возрастает длительность технологического цикла. When the degree of deformation is less than 5% per pass, there is no significant refinement of the microstructure. When the degree of deformation per pass is more than 15% and the exposure between passes is less than 10 min, cracks begin to form on the edges of the sheets. When holding between passes for more than 30 minutes, there is no further refinement of the microstructure, the duration of the technological cycle increases.

Прокатка с суммарной степенью деформации менее 75% не приводит к повышению технологической пластичности. Деформация со степенью более 45% не приводит к дальнейшему измельчению микроструктуры. Rolling with a total degree of deformation of less than 75% does not lead to an increase in technological ductility. Deformation with a degree of more than 45% does not lead to further refinement of the microstructure.

П р и м е р. Для осуществления способ использовали двухфазных титановый сплав ВТ6 с температурой полиморфного превращения 980^оС. Исходную заготовку перед прокаткой нагревали до температуры 970^оС, выдерживали 20-30 мин и охлаждали со скоростью 20-100^оС /с.PRI me R. For the method using two-phase titanium alloy VT6 with the polymorphic transformation temperature of 980 ° ^C. The starting billet before rolling is heated to a temperature ^of 970 C, held for 20-30 minutes and cooled at a rate ^of 20-100 C / s.

Карточки с размерами 10 х 150 х 150 мм нагревали до температуры 530^оС в печи электросопротивления KS-300, а затем прокатывали на прокатном стане ДУО-200 со скоростью 10^-3 с^-1 и степенью деформации за один проход 10% Общее количество проходов было 8 и перед каждым проходом заготовки выдерживали при температуре 500^оС в течение 20 мин. Из полученных листов вырезали образцы вдоль и поперек направление прокатки и проводили микроструктурные исследования и механические испытания. Микроструктурные исследования проводили на оптическом микроскопе "NEOPUOT" и просвечивали на электронном микроскопе "JEM-200 EX". Механические испытания проводили на универсальном динамометре "INSTRON". Механические свойства были следующим: при Т=20^оС

ри T=700^°C
Результаты при других режимах обработки представлены в таблице.Cards with dimensions of 10 x 150 x 150 mm heated to a temperature ^of 530 C in an oven resistivity KS-300, and then rolled in a rolling mill DUO-200 at a rate of 10 ^-3 s ^-1 and the degree of deformation per pass 10% of the total number of passes it was 8 and in front of each passage preform was heated at 500 ^C for 20 min. Samples were cut from the obtained sheets along and across the rolling direction and microstructural studies and mechanical tests were performed. Microstructural studies were performed on a NEOPUOT optical microscope and transmitted through a JEM-200 EX electron microscope. Mechanical tests were carried out on a universal dynamometer INSTRON. The mechanical properties were as follows: at T = 20 ^{° C}

ri T = 700 ^° C
The results for other processing modes are presented in the table.

Использование предлагаемого способа обработки обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:
повышение технологической пластичности сплавов;
повышение механических свойств полуфабрикатов и изделий;
повышение выхода годного до 75-80%
снижение температуры сверхпластической формовки и диффузионной сварки;
снижение расходов на дорогостоящую оснастку.Using the proposed processing method provides, in comparison with known methods, the following advantages:
increase of technological plasticity of alloys;
improving the mechanical properties of semi-finished products and products;
yield increase to 75-80%
lowering the temperature of superplastic molding and diffusion welding;
cost reduction for expensive rigging.

Claims

METHOD FOR PRODUCING SHEET SEMI-FINISHED PRODUCTS FROM TWO-PHASE TITANIUM ALLOYS, including pretreatment in β and (α + β) regions and rolling at a temperature lower than the polymorphic transformation temperature, characterized in that rolling is carried out at a strain onset temperature of 400 550 ^o C below the polymorphic transformation temperature at 10 ^{April 10} ^- ² ^- ¹ and the strain May 15% and then further annealing is performed at a temperature at 400 550 ^o C lower than the polymorphic transformation temperature for 10 to 30 minutes, and this cycle is repeated until the processing d stizheniya total degree of deformation of 75 to 95%