RU2205891C2 - Method for producing article from titanium alloy and method for thermal processing of article from titanium alloy - Google Patents

Method for producing article from titanium alloy and method for thermal processing of article from titanium alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2205891C2
RU2205891C2 RU2001125113/02A RU2001125113A RU2205891C2 RU 2205891 C2 RU2205891 C2 RU 2205891C2 RU 2001125113/02 A RU2001125113/02 A RU 2001125113/02A RU 2001125113 A RU2001125113 A RU 2001125113A RU 2205891 C2 RU2205891 C2 RU 2205891C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
article
mpa
deformation
titanium alloy
coefficient
Prior art date
Application number
RU2001125113/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.Б. Коломенский
Original Assignee
Коломенский Александр Борисович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Коломенский Александр Борисович filed Critical Коломенский Александр Борисович
Priority to RU2001125113/02A priority Critical patent/RU2205891C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2205891C2 publication Critical patent/RU2205891C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: method involves deforming article at deformation extent ε, satisfying the requirement ε≤K1•(18,5-1,8•10-5σ 2 t ), where K1=0.4-1 coefficient, σt is temporary resistance, Mpa; subjecting article to annealing for removing deposit and improving mechanical properties by heating article to temperature (Th) selected from formula Th = K2•(σt-190)+360, where K2=0.2-0.3 C/MPa is coefficient, σt is temporary resistance, MPa. Method may be used for manufacture of sheet constructions from titanium alloys with the use of forming processes, for example cold stamping, with following thermal processing. Method allows cyclic strength of article to be increased by eliminating or reducing number of intermediate annealing operations in the process of deformation. EFFECT: improved mechanical characteristics of article, increased efficiency by selecting optimal temperature modes, reduced labor intensity and manufacture cycle time, increased operation time of articles from expensive titanium alloys and reduced production costs. 3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении листовых конструкций из титановых сплавов с применением формообразования, например холодной штамповки, и последующей термической обработки. The invention relates to mechanical engineering and can be used in the manufacture of sheet structures of titanium alloys with the use of shaping, for example cold stamping, and subsequent heat treatment.

Известен способ изготовления штампосварных изделий из титановых сплавов, преимущественно из листовых заготовок, включающий операции штамповки, сварки и нагрева, при котором заготовку перед штамповкой нагревают до 900-1000oС в течение 10-60 мин, и изделие после сварки нагревают до 1000-1050oС, выдерживают в нагретом состоянии 10-60 мин и охлаждают со скоростью 10oС в мин до 900-600oС (описание к а.с. СССР 333998, В 21 D 35/00).A known method of manufacturing stamped products from titanium alloys, mainly from sheet blanks, including stamping, welding and heating, in which the blank before stamping is heated to 900-1000 o C for 10-60 minutes, and the product after welding is heated to 1000-1050 o C, kept in a heated state for 10-60 minutes and cooled at a speed of 10 o C per minute to 900-600 o C (description to the USSR AS 333998, 21 D 35/00).

Известный способ требует значительных энергозатрат на проведение термической обработки. При этом выбор температурных режимов не регламентирован в зависимости от обрабатываемого материала. Это приводит к перерасходу электроэнергии, усложнению технологического процесса и в ряде случаев - к пониженным механическим свойствам. The known method requires significant energy consumption for heat treatment. Moreover, the choice of temperature conditions is not regulated depending on the material being processed. This leads to cost overruns, the complexity of the process and, in some cases, to reduced mechanical properties.

Известен способ изготовления изделия из титановых сплавов обработкой давлением листовой заготовки, при котором деформируют заготовку в холодном состоянии, а в процессе штамповки ее подвергают промежуточному отжигу (прототип, см. Технология производства титановых самолетных конструкций. /А. Г. Братухин, Б.А.Колачев, В.В.Садков и др. М.: Машиностроение, 1995. С.181-183). A known method of manufacturing a product from titanium alloys by pressure treatment of a sheet stock, in which the workpiece is deformed in a cold state, and in the process of stamping it is subjected to intermediate annealing (prototype, see Production technology of titanium aircraft structures. / A. G. Bratukhin, B.A. Kolachev, V.V. Sadkov and others. M .: Mechanical Engineering, 1995. S.181-183).

В известном способе промежуточные отжиги необходимы для повышения характеристик пластичности заготовки, которые снижаются вследствие нагартовки в процессе холодной пластической деформации. In the known method, intermediate annealing is necessary to increase the plasticity characteristics of the workpiece, which are reduced due to fretting during cold plastic deformation.

Однако промежуточные отжиги усложняют технологический процесс формообразования и повышают трудоемкость, энергозатраты, увеличивают длительность цикла изготовления. However, intermediate annealing complicates the technological process of shaping and increases the complexity, energy consumption, increase the duration of the manufacturing cycle.

Известен способ термической обработки нагартованных листовых деталей из титана и титановых сплавов, включающий нагрев, выдержку при температуре Тотж, выбираемой по формуле
Tотж = Tн.р-K(σв+20),
где Тн.р. - температура начала рекристаллизации сплава, oС;
σв - временное сопротивление разрыву сплава, МПа;
к=0,4-0,5oС/МПа (описание к патенту РФ 2100473, С 22 F 1/18).
A known method of heat treatment of caked sheet parts of titanium and titanium alloys, including heating, holding at a temperature T an , selected by the formula
T OTL = T n.R -K (σ at +20)
where T n.r. - the temperature of the onset of recrystallization of the alloy, o C;
σ in - temporary tensile strength of the alloy, MPa;
k = 0.4-0.5 o C / MPa (description of the patent of the Russian Federation 2100473, C 22 F 1/18).

Известный способ позволяет улучшить механические характеристики нагартованного металла. The known method allows to improve the mechanical characteristics of the cured metal.

Однако для сплавов средней и особенно повышенной прочности температура отжига по известному способу недостаточна для повышения пластических свойств металла после холодного деформирования и это не позволяет в полной мере восстановить работоспособность изделия в условиях циклического нагружения. Поэтому способ является недостаточно эффективным применительно к холоднодеформируемым листовым конструкциям из титановых сплавов. However, for alloys of medium and especially high strength, the annealing temperature by the known method is insufficient to increase the plastic properties of the metal after cold deformation and this does not allow to fully restore the product's performance under cyclic loading. Therefore, the method is not effective enough in relation to cold-deformed sheet structures made of titanium alloys.

Известен способ термической обработки изделий из титановых сплавов, включающий низкотемпературный отжиг при 450-510oС в течение 5-10 ч, охлаждение и полировку изделий (описание к а.с. СССР 411154, C 22 F 1/18, прототип).A known method of heat treatment of products made of titanium alloys, including low-temperature annealing at 450-510 o C for 5-10 hours, cooling and polishing of products (description to the AS of the USSR 411154, C 22 F 1/18, prototype).

Известный способ позволяет повысить предел выносливости изделий. The known method allows to increase the endurance of products.

Однако выбор температуры не регламентирован в зависимости от конкретного сплава и уровня его прочности, что может приводить к заниженным усталостным характеристикам. Кроме того, значительная длительность нагрева приводит к существенным затратам электроэнергии и удорожает производство изделий. However, the choice of temperature is not regulated depending on the particular alloy and its strength level, which can lead to underestimated fatigue characteristics. In addition, a significant heating time leads to significant energy costs and increases the cost of production.

Технический результат от использования изобретения - снижение уровня энергозатрат и себестоимости производства при одновременном повышении циклической прочности изделия за счет исключения либо уменьшения числа промежуточных отжигов заготовки в процессе деформирования, что обеспечивается регламентированием степени деформации, а также за счет выбора оптимального температурного режима отжига изделия в процессе термообработки. The technical result from the use of the invention is to reduce the level of energy consumption and cost of production while increasing the cyclic strength of the product by eliminating or reducing the number of intermediate annealing of the workpiece during deformation, which is regulated by the degree of deformation, as well as by choosing the optimal temperature regime for annealing the product during heat treatment .

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления изделия из титановых сплавов, включающем формообразование листовой заготовки холодным пластическим деформированием и нагрев, деформирование заготовки осуществляют со степенью деформации ε, удовлетворяющей условию:
ε≤K1•(18,5-1,8•10-5•σ 2 в ),
где K1=0,4...1 - коэффициент,
σв - временное сопротивление разрыву сплава, МПа,
а изделие после формообразования подвергают термической обработке, включающей низкотемпературный отжиг.
The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a product from titanium alloys, including forming a sheet preform by cold plastic deformation and heating, deformation of the preform is carried out with a degree of deformation ε satisfying the condition:
ε≤K 1 • (18.5-1.8 • 10 -5σ 2 in ),
where K 1 = 0.4 ... 1 is the coefficient,
σ in - temporary tensile strength of the alloy, MPa,
and the product after forming is subjected to heat treatment, including low-temperature annealing.

В способе термической обработки изделия из титановых сплавов, включающем низкотемпературный отжиг, изделия подвергают отжигу, нагревая до температуры Тн, выбираемой по формуле
Tн = K2•(σв-190)+360,
где K2=0,2...0,3oС/МПа - коэффициент;
σв - временное сопротивление разрыву сплава, МПа.
In the method of heat treatment of a product from titanium alloys, including low-temperature annealing, the products are annealed by heating to a temperature T n selected by the formula
T n = K 2 • (σ in -190) +360,
where K 2 = 0.2 ... 0.3 o C / MPa - coefficient;
σ in - temporary tensile strength of the alloy, MPa.

Предельная степень деформации, рассчитываемая по формуле ε = K1•(18,5-1,8•10-5•σ 2 в ), где K1=0,4...1, позволяет с учетом уровня прочности металла обеспечить ему в сочетании с последующей термообработкой максимальные показатели циклической прочности. Предлагаемая эмпирическая формула выведена экспериментально и позволяет определять предельные степени деформации ε, при которых достигается критическая плотность дислокаций и возрастает вероятность трещинообразования для конкретного сплава с учетом его прочностных свойств. Коэффициент K1 учитывает схему деформации заготовки в процессе формообразования (вытяжка, гнутье) и особенности заготовки - наличие либо отсутствие сварных швов в зоне деформации (т.е. тип микроструктуры металла, а также наличие геометрических концентраторов, свойственных сварному шву, - подрезы, усиления и пр.).The maximum degree of deformation calculated by the formula ε = K 1 • (18.5-1.8 • 10 -5σ 2 in ), where K 1 = 0.4 ... 1, taking into account the level of strength of the metal, allows it to provide, in combination with subsequent heat treatment, the maximum indicators of cyclic strength. The proposed empirical formula is derived experimentally and allows one to determine the ultimate degrees of deformation ε at which the critical dislocation density is achieved and the likelihood of crack formation for a particular alloy increases, taking into account its strength properties. The coefficient K 1 takes into account the pattern of deformation of the workpiece during shaping (drawing, bending) and the features of the workpiece - the presence or absence of welds in the deformation zone (i.e. the type of microstructure of the metal, as well as the presence of geometric concentrators characteristic of the weld, - undercuts, reinforcements etc.).

Низкотемпературный отжиг проводится для частичного снятия нагартовки и улучшения механических характеристик изделия. Температура нагрева рассчитывается по формуле Tн = K2•(σв-190)+360, полученной экспериментально из условия оптимизации циклической долговечности изделий с учетом прочностных характеристик металла. Низкотемпературный отжиг обеспечивает некоторое снижение плотности дислокаций, упорядочивание структуры вследствие начала процесса полигонизации и дисперсионное упрочнение при распаде метастабильных фаз, зафиксированных в процессе предшествующих операций (например, аргонодуговой сварки). Как следствие, достигается повышение циклической прочности металла. Величина коэффициента К2 выбирается в зависимости от различных технологических факторов (наличия в изделии сварных швов, наличия либо отсутствия предшествующей операции формообразования и схемы деформирования) и с учетом характера эксплуатационных нагрузок (статические и повторно-статические либо усталостные.Low-temperature annealing is carried out to partially remove the fretting and improve the mechanical characteristics of the product. The heating temperature is calculated by the formula T n = K 2 • (σ in -190) +360, obtained experimentally from the conditions for optimizing the cyclic durability of products taking into account the strength characteristics of the metal. Low-temperature annealing provides a certain decrease in the dislocation density, ordering of the structure due to the onset of the polygonization process, and dispersion hardening during the decomposition of metastable phases recorded during previous operations (for example, argon-arc welding). As a result, an increase in the cyclic strength of the metal is achieved. The value of the coefficient K 2 is selected depending on various technological factors (the presence of welds in the product, the presence or absence of a previous shaping operation and deformation scheme) and taking into account the nature of operational loads (static and re-static or fatigue.

Известных решений, содержащих отличительные признаки, не обнаружено. Known solutions containing distinctive features were not found.

Пример конкретного выполнения
Изготавливали методом вытяжки деталь типа чаши из листового технического титана ВТ1-0 толщиной 1,2 мм диаметром 180 мм и глубиной 18 мм (максимальная степень растяжения 20%). Временное сопротивление разрыву титана ВТ1-0 σв = 450 МПa.
Перед вытяжкой заготовку подвергают полному отжигу в вакуумной печи типа УВН-1500 по режиму 550oС, 2 ч.
Concrete example
A piece of a cup type was made by drawing using a VT1-0 sheet of technical titanium sheet with a thickness of 1.2 mm, a diameter of 180 mm, and a depth of 18 mm (maximum tensile ratio 20%). Temporary tensile strength of titanium VT1-0 σ in = 450 MPa.
Before drawing, the billet is subjected to complete annealing in a vacuum furnace type UVN-1500 in the mode of 550 o C, 2 hours

По предлагаемому способу предельное значение степени деформации ε при выбранном коэффициенте K1=1 составляет ε=14,86%. Таким образом, процесс вытяжки по предлагаемому способу осуществляют в два перехода со степенями деформации в 10% с 1 промежуточным полным вакуумным отжигом по режиму 550oС, 2 ч.According to the proposed method, the limiting value of the degree of deformation ε for the selected coefficient K 1 = 1 is ε = 14.86%. Thus, the drawing process according to the proposed method is carried out in two transitions with degrees of deformation of 10% with 1 intermediate complete vacuum annealing according to the mode of 550 o C, 2 hours

По прототипу степень растяжения за один переход ограничивается для титана ВТ1-0 значением в 7% (см., например, книгу: Технология производства титановых самолетных конструкций. /А.Г.Братухин, Б.А.Колачев, В.В.Садков и др. М. : Машиностроение, 1995. С.182). После этого требуется проведение промежуточного полного вакуумного отжига при температуре 550oС в течение 2 ч, т. е. деформация в 20% по способу, взятому за прототип, обеспечивается в три перехода с двумя промежуточными вакуумными отжигами по режиму 550oС, 2 ч.According to the prototype, the degree of stretching in one transition is limited for titanium VT1-0 to a value of 7% (see, for example, the book: Technology for the production of titanium aircraft structures. / A.G. Bratukhin, B.A. Kolachev, V.V. Sadkov and Dr. M.: Mechanical Engineering, 1995. P.182). After this, an intermediate complete vacuum annealing is required at a temperature of 550 ° C for 2 hours, i.e., a 20% deformation by the method taken as a prototype is ensured in three transitions with two intermediate vacuum annealing according to the 550 ° C mode, 2 hours .

Затраты электроэнергии на проведение 1 садки в вакуумной печи типа УВН-1500 по режиму 550oС, 2 ч составляют ≈3680 кВт.ч.The cost of electricity for 1 charge in a vacuum furnace type UVN-1500 at a mode of 550 o C, 2 hours is ≈3680 kWh.

После операций формообразования изделие подвергают окончательному низкотемпературному воздушному отжигу в печи типа ЭТА-4 по режиму 465oС, 1 ч (см. , например, режимы неполного отжига в книге: Технология производства титановых самолетных конструкций. /А.Г.Братухин, Б.А.Колачев, В.В.Садков и др. М.: Машиностроение, 1995. С.79). Затраты электроэнергии на проведение 1 садки в печи типа ЭТА-4 по режиму 465oС, 1 ч составляют ≈1850 кВт.ч. По предлагаемому способу термической обработки температура нагрева равна Тн=K2•(450-190)+360, где K2 в данном случае равен 0,2. Тн=0,2•260+360=412oС. Время выдержки (с учетом времени восстановления печи) - 1ч. Затраты электроэнергии на проведение 1 садки в печи типа ЭТА-4 по режиму 412oС, 1 ч составляют ≈1680 кВт.ч.After shaping operations, the product is subjected to final low-temperature air annealing in an ETA-4 type furnace at a mode of 465 o С, 1 h (see, for example, incomplete annealing modes in the book: Production technology of titanium aircraft structures. / A.G. Bratukhin, B. A. Kolachev, V.V. Sadkov, and others. M .: Engineering, 1995. S. 79). The cost of electricity for 1 charge in the furnace type ETA-4 at a mode of 465 o C, 1 h is ≈1850 kWh. According to the proposed method of heat treatment, the heating temperature is T n = K 2 • (450-190) +360, where K 2 in this case is 0.2. T n = 0.2 • 260 + 360 = 412 o C. The exposure time (taking into account the recovery time of the furnace) is 1 hour. The cost of electricity for 1 charge in the furnace type ETA-4 mode 412 o C, 1 h is ≈1680 kWh

По прототипу был выбран режим 450oС, 8 ч. Затраты электроэнергии на проведение 1 садки в печи типа ЭТА-4 по режиму 450oС, 8 ч составляют ≈3890 кВт.ч.According to the prototype, a regime of 450 o C was selected, 8 hours. Electricity consumption for 1 charge in an ETA-4 type furnace under a regime of 450 o C, 8 hours was ≈3890 kWh.

Готовые изделия подвергали сравнительным циклическим испытаниям пульсирующим внутренним давлением при частоте f=0,2 Гц, коэффициенте асимметрии цикла R=+0,1. Максимальное напряжение цикла σmax составляло 350 МПа.The finished products were subjected to comparative cyclic tests with pulsating internal pressure at a frequency f = 0.2 Hz, the cycle asymmetry coefficient R = + 0.1. The maximum stress of the cycle σ max was 350 MPa.

Сравнительные данные по предлагаемому способу и прототипу сведены в таблицу. Comparative data on the proposed method and prototype are summarized in table.

Экономический эффект заключается в экономии, уменьшении трудоемкости и длительности цикла изготовления изделий, а также повышении срока эксплуатации изделий из дорогостоящих титановых сплавов. The economic effect consists in saving, reducing the complexity and duration of the product manufacturing cycle, as well as increasing the life of products from expensive titanium alloys.

Claims (2)

1. Способ изготовления изделия из титанового сплава, включающий формообразование заготовки холодным пластическим деформированием и термическую обработку, отличающийся тем, что деформирование заготовки проводят со степенью деформации
ε≤K1•(18,5-1,8•10-5σ 2 в ),
где К1=0,4...1 - коэффициент;
σв - временное сопротивление, МПа,
а термическую обработку осуществляют с использованием низкотемпературного отжига.
1. A method of manufacturing a product from a titanium alloy, comprising forming a preform by cold plastic deformation and heat treatment, characterized in that the deformation of the preform is carried out with a degree of deformation
ε≤K 1 • (18.5-1.8 • 10 -5 σ 2 in ),
where K 1 = 0.4 ... 1 is the coefficient;
σ in - temporary resistance, MPa,
and heat treatment is carried out using low temperature annealing.
2. Способ термической обработки изделия из титанового сплава, включающий низкотемпературный отжиг, отличающийся тем, что низкотемпературный отжиг проводят при температуре нагрева
Tн = K2•(σв-190)+360,
где К2=0,2...0,3oС/МПа - коэффициент;
σв - временное сопротивление, МПа.
2. A method of heat treatment of a titanium alloy product, including low-temperature annealing, characterized in that the low-temperature annealing is carried out at a heating temperature
T n = K 2 • (σ in -190) +360,
where K 2 = 0.2 ... 0.3 o C / MPa - coefficient;
σ in - temporary resistance, MPa.
RU2001125113/02A 2001-09-12 2001-09-12 Method for producing article from titanium alloy and method for thermal processing of article from titanium alloy RU2205891C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001125113/02A RU2205891C2 (en) 2001-09-12 2001-09-12 Method for producing article from titanium alloy and method for thermal processing of article from titanium alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001125113/02A RU2205891C2 (en) 2001-09-12 2001-09-12 Method for producing article from titanium alloy and method for thermal processing of article from titanium alloy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2205891C2 true RU2205891C2 (en) 2003-06-10

Family

ID=29210408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001125113/02A RU2205891C2 (en) 2001-09-12 2001-09-12 Method for producing article from titanium alloy and method for thermal processing of article from titanium alloy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2205891C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БРАТУХИН А.Г. и др. Технология производства титановых самолетных конструкций. - М.: Металлургия, 1995, с.181-182, 184. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR0148414B1 (en) Titanium alloy bar suitable for producing engine valve
US7699943B2 (en) Method for manufacturing high-strength spring
US4614550A (en) Thermomechanical treatment process for superalloys
CN108559934B (en) Cryogenic treatment process for TC6 titanium alloy forging
DE60019141D1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING PRODUCTS MADE OF MELTENSIZED MARTENSITIC STAINLESS STEEL AND USE OF THE METHOD
CN106906340A (en) A kind of fine grain heat treatment method
JP2990615B2 (en) High strength steel weber and method of manufacturing the same
RU2205891C2 (en) Method for producing article from titanium alloy and method for thermal processing of article from titanium alloy
CN108715986B (en) Method for improving room temperature plasticity of austenitic nickel titanium-based shape memory alloy by adjusting texture
JP4884803B2 (en) Heat treatment method for steel
JP4261089B2 (en) Manufacturing method of high strength and high fatigue resistance coil spring
CN111570606B (en) Fine blanking die with integral strength and work hardening of blanking surface and fine blanking method
US3002865A (en) Method of strengthening the surface of metallic springs by warm working
CN112080627A (en) Recrystallization annealing process of GCr15 bearing steel wire well type annealing furnace
DE69810388D1 (en) Method of manufacturing a part from an oxide hardened alloy
RU2026885C1 (en) Torsion shaft manufacturing method
JPS5928520A (en) Heat treatment of 10ni-8co steel after being hot-bent
JPS58221226A (en) Manufacture of machine structural steel
JP2817029B2 (en) Method of curing supply-exhaust valve for internal combustion engine
CN107529461A (en) Remove GH901 high temperature alloy disk forge piece coarse-grains changes forging method
JP2008031530A (en) Method for manufacturing alloy steel
JP2000265211A (en) Heat treatment of high c-containing stainless steel slab and production of stainless steel-made parts utilizing this treatment
JPS6363613B2 (en)
JPH1181932A (en) Method of forming intake valve for engine
JPH11254077A (en) Manufacture of die of high strength and high toughness

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050913