RU2208063C2 - Method for obtaining semi-finished products from metals and alloys by pseudopowder metallurgy process - Google Patents

Method for obtaining semi-finished products from metals and alloys by pseudopowder metallurgy process Download PDF

Info

Publication number
RU2208063C2
RU2208063C2 RU2001107697/02A RU2001107697A RU2208063C2 RU 2208063 C2 RU2208063 C2 RU 2208063C2 RU 2001107697/02 A RU2001107697/02 A RU 2001107697/02A RU 2001107697 A RU2001107697 A RU 2001107697A RU 2208063 C2 RU2208063 C2 RU 2208063C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
workpieces
deformation
semi
stage
solid
Prior art date
Application number
RU2001107697/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001107697A (en
Inventor
О.А. Кайбышев
В.К. Бердин
Original Assignee
Институт проблем сверхпластичности металлов РАН
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 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН filed Critical Институт проблем сверхпластичности металлов РАН
Priority to RU2001107697/02A priority Critical patent/RU2208063C2/en
Priority to PCT/RU2002/000079 priority patent/WO2002077299A2/en
Publication of RU2001107697A publication Critical patent/RU2001107697A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2208063C2 publication Critical patent/RU2208063C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/09Mixtures of metallic powders
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2251/00Treating composite or clad material

Landscapes

  • Forging (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: pseudopowder metallurgy. SUBSTANCE: method involves non-detachable joining of blanks with preliminarily set microstructure and/or properties over their aligned surfaces and solid phase mixing by deforming in several stages under temperature and speed conditions selected on the basis of predetermined microstructure and/or properties of semi-finished products and initial microstructure of blanks; in the process of deformation, changing direction of applying deforming load, and/or type of loading, and/or using loading including twisting with deformation extent at each stage providing changing of shape and/or spatial orientation of surfaces to be joined, and/or increasing joining area as compared to initial state or area obtained at previous stage. According to method, deformation is effected in three stages: first stage involves compressing blanks, second stage provides drawing for producing bar and third stage provides twisting deformation. EFFECT: uniform structure and properties of resultant semi-finished products. 22 cl, 25 dwg, 1 tbl, 11 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к методам получения полуфабрикатов с заданными микроструктурой и свойствами, в том числе регламентировано распределенными по объему из отдельных однородных или разнородных заготовок с применением интенсивной пластической деформации. The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to methods for producing semi-finished products with a given microstructure and properties, including regulated by volume distributed from separate homogeneous or heterogeneous workpieces using intense plastic deformation.

Полученные полуфабрикаты могут быть использованы при изготовлении деталей и узлов в машиностроительной, авиационной и космической промышленностях. The resulting semi-finished products can be used in the manufacture of parts and assemblies in the engineering, aviation and space industries.

Интенсивное развитие научно-технического прогресса ставит сегодня задачу создания материалов с новыми свойствами и вместе с тем дальнейшего повышения технологических и эксплуатационных характеристик известных и широко используемых в производстве металлов и сплавов. Обеспечение надежности заданных свойств в материалах - другая задача, которая сегодня становится достаточно актуальной. The intensive development of scientific and technological progress today poses the task of creating materials with new properties and at the same time further improving the technological and operational characteristics of the known and widely used in the production of metals and alloys. Ensuring the reliability of specified properties in materials is another task that is becoming quite relevant today.

В последние годы появился интерес к методам ультразвукового контроля (УЗК) за состоянием изделий, отработавших определенный ресурс. Анализ результатов ультразвукового контроля показывает, что чем мельче микроструктура в полуфабрикате, тем он становится "прозрачнее" для звукового сигнала. Следовательно, дефекты, которые формируются в деталях как на этапе изготовления, так и в процессе эксплуатации, могут быть обнаружены методом УЗК еще задолго до начала разрушения деталей. In recent years, interest has arisen in the methods of ultrasonic testing (ultrasonic testing) of the condition of products that have worked out a certain resource. An analysis of the results of ultrasonic testing shows that the finer the microstructure in the semi-finished product, the more transparent it becomes for the sound signal. Therefore, defects that are formed in the parts both at the manufacturing stage and during operation can be detected by ultrasonic testing long before the destruction of parts begins.

Таким образом, повышение технологических и эксплуатационных характеристик конструкционных материалов, а также возможность применения надежных неразрушающих методов контроля за состоянием деталей достигается в результате создания в материале определенного микроструктурного состояния. Thus, increasing the technological and operational characteristics of structural materials, as well as the possibility of using reliable non-destructive methods for monitoring the condition of parts, is achieved by creating a certain microstructural state in the material.

Интенсивная пластическая деформация в сочетании с термической обработкой является наиболее эффективным средством формирования требуемой микроструктуры, а следовательно, и всего комплекса свойств в полуфабрикатах из различных материалов. Intensive plastic deformation in combination with heat treatment is the most effective means of forming the required microstructure, and therefore the whole range of properties in semi-finished products from various materials.

К наиболее известным методам подготовки структуры в металлах и их сплавах, в основе которых лежит интенсивная пластическая деформация, можно отнести:
а) метод получения полуфабрикатов с нанокристаллической (НК) структурой, основанный на интенсивной холодной пластической деформации, реализуемый в условиях квазигидростатического сдвига на наковальне "Бриджмена";
б) метод получения полуфабрикатов с субмикрокристаллической (СМК) структурой, основанный на интенсивной пластической деформации заготовок, реализуемый в условиях всестороннего сдвига при равноканальном угловом прессовании;
в) метод получения полуфабрикатов с субмикрокристаллической (СМК) структурой, основанный на всесторонней, со сменой осей нагружения, горячей деформации сжатием заготовок, подвергнутых водородному пластифицированию;
г) метод получения полуфабрикатов с микрокристаллической (МК) структурой, основанный на горячей деформации и термической обработке;
д) метод получения полуфабрикатов, и прежде всего крупногабаритных, с микрокристаллической структурой, основанный на горячей деформации в условиях сложного нагружения.
The most famous methods of preparing the structure in metals and their alloys, which are based on intense plastic deformation, include:
a) a method for producing semi-finished products with a nanocrystalline (NC) structure, based on intense cold plastic deformation, implemented under conditions of quasi-hydrostatic shear on the Bridgman anvil;
b) a method for producing semi-finished products with a submicrocrystalline (SMC) structure, based on intense plastic deformation of the workpieces, implemented under conditions of comprehensive shear under equal-channel angular pressing;
c) a method for producing semi-finished products with a submicrocrystalline (SMC) structure, based on a comprehensive, with the change of the axes of loading, hot deformation by compression of the workpieces subjected to hydrogen plasticization;
d) a method for producing semi-finished products with a microcrystalline (MK) structure, based on hot deformation and heat treatment;
e) a method for producing semi-finished products, and especially large ones, with a microcrystalline structure, based on hot deformation under complex loading conditions.

Как правило, полуфабрикаты, подвергаемые интенсивной пластической деформации, имеют ограниченные габариты. Увеличение габаритов связано с решением физических, технических и экономических проблем. As a rule, semi-finished products subjected to intense plastic deformation have limited dimensions. The increase in size is associated with the solution of physical, technical and economic problems.

Физические проблемы определяются физическими свойствами материалов и зачастую трудно решаемы. Одними из важных физических характеристик материала являются теплопроводность и коэффициент линейного расширения. От теплопроводности и коэффициента линейного расширения зависят скорости нагрева и охлаждения заготовки. Чем больше ее поперечные размеры, тем значительнее зависимость скорости нагрева заготовки от скорости ее прогрева. Для повышения эффективности процесса обработки обычно принято понижать время выхода температуры в заготовке до заданной величины, что достигается путем перегрева заготовки за счет увеличения разницы температуры по объему заготовки при нагреве, например в центре заготовки и на ее периферии. Повышение степени перегрева приводит к образованию в заготовке термических трещин или к появлению разнозернистости. Physical problems are determined by the physical properties of materials and are often difficult to solve. One of the important physical characteristics of the material is thermal conductivity and linear expansion coefficient. The heating and cooling rates of the workpiece depend on the thermal conductivity and linear expansion coefficient. The larger its transverse dimensions, the greater the dependence of the heating rate of the workpiece on its heating rate. To increase the efficiency of the processing process, it is usually customary to lower the temperature exit time in the workpiece to a predetermined value, which is achieved by overheating the workpiece by increasing the temperature difference in the volume of the workpiece during heating, for example, in the center of the workpiece and on its periphery. An increase in the degree of overheating leads to the formation of thermal cracks in the workpiece or to the appearance of heterogeneity.

Примером технической проблемы, которая возникает в случае получения микрокристаллической структуры деформационно-термической обработкой, является проблема обеспечения равномерности температурного поля в рабочей зоне деформирующего устройства и точности ее поддержания. Невыполнение этих условий при горячей деформации приводит к неоднородному развитию пластической деформации, появлению зон интенсивного течения материала, а также застойных зон. Итог - образование неисправимой впоследствии разнозернистости во всем объеме обрабатываемого полуфабриката. An example of a technical problem that arises in the case of obtaining a microcrystalline structure by deformation-heat treatment is the problem of ensuring the uniformity of the temperature field in the working zone of the deforming device and the accuracy of its maintenance. Failure to meet these conditions during hot deformation leads to an inhomogeneous development of plastic deformation, the appearance of zones of intense material flow, as well as stagnant zones. The result - the formation of subsequently incorrigible heterogeneity in the entire volume of the processed semi-finished product.

Экономические проблемы, возникающие при подготовке микрокристаллической структуры в крупногабаритных полуфабрикатах, связаны с дополнительными расходами на увеличение мощности используемого оборудования, на нагрев рабочего инструмента, а также на применение специальных вспомогательных устройств, таких как манипуляторы и т. д. Низкая стойкость деформирующего инструмента - еще одна статья расходов, которая появляется при подготовке микроструктуры в крупногабаритных полуфабрикатах. Economic problems that arise when preparing a microcrystalline structure in large-sized semi-finished products are associated with additional costs for increasing the power of the equipment used, for heating the working tool, as well as for the use of special auxiliary devices, such as manipulators, etc. The low resistance of the deforming tool is another cost item that appears during the preparation of the microstructure in large-sized semi-finished products.

Уменьшение размеров обрабатываемых заготовок упрощает процесс получения микроструктуры заданного типа, повышает равномерность ее распределения во всем объеме и позволяет достичь средних размеров зерен менее 0,1 мкм, открывая возможность для получения полуфабрикатов с СМК и даже НК структурами. Reducing the size of the processed workpieces simplifies the process of obtaining a microstructure of a given type, increases the uniformity of its distribution throughout the volume, and allows one to achieve average grain sizes of less than 0.1 μm, opening up the possibility of obtaining semi-finished products with SMC and even NK structures.

Материалы с подобным типом микроструктуры обладают высокими конструкционными и технологическими свойствами. Однако удельные затраты, расходуемые на получение в материале такого типа микроструктуры, значительно растут с увеличением размеров. Materials with a similar type of microstructure have high structural and technological properties. However, the specific costs spent on obtaining this type of microstructure in a material increase significantly with increasing size.

Необходимо отметить, что достигаемый средний размер зерен в обрабатываемой заготовке пропорционален ее габаритам. Иными словами, чем мельче требуемый размер зерен, тем меньшими должны быть размеры заготовки. It should be noted that the achieved average grain size in the workpiece being processed is proportional to its dimensions. In other words, the finer the required grain size, the smaller should be the size of the workpiece.

Например, на наковальне "Бриджмена" можно получать НК структуру в шайбах с размерами 20,0-25,0 мм в диаметре и высотой 2,0-5,0 мм. Используя метод равноканального углового прессования, можно получать СМК структуру в прутках диаметром 20,0-30,0 мм и длиной 100,0-200,0 мм. Всесторонняя ковка водородно-пластифицированных прутков позволяет получать в них СМК структуру. При этом размеры поперечного сечения прутков влияют на равномерное распределение водорода во всем объеме, а следовательно, и на равномерность распределения трансформированной микроструктуры. Обычные размеры прутков: 20,0-30,0 мм - диаметр и 60,0-90,0 мм - длина. For example, on the Bridgman anvil, it is possible to obtain an NK structure in washers with dimensions of 20.0–25.0 mm in diameter and 2.0–5.0 mm high. Using the method of equal channel angular pressing, it is possible to obtain a QMS structure in bars with a diameter of 20.0-30.0 mm and a length of 100.0-200.0 mm. Comprehensive forging of hydrogen-plasticized rods makes it possible to obtain a QMS structure in them. Moreover, the cross-sectional dimensions of the rods affect the uniform distribution of hydrogen throughout the volume, and therefore the uniform distribution of the transformed microstructure. Typical bar sizes: 20.0-30.0 mm - diameter and 60.0-90.0 mm - length.

Таким образом, проведенный анализ показал существование проблемы получения крупногабаритных полуфабрикатов с заданной микроструктурой и свойствами из известных и наиболее часто используемых в промышленности металлов и сплавов. Thus, the analysis showed the existence of the problem of obtaining large-sized semi-finished products with a given microstructure and properties from the known and most often used in industry metals and alloys.

Известен метод получения полуфабрикатов, в том числе крупногабаритных из различных металлических и неметаллических материалов с заданными микрокристаллической структурой и свойствами, основанный на технологии порошковой металлургии. Метод включает получение отдельных элементов - порошинок с заданной микроструктурой и свойствами. При этом реализуется возможность значительного переохлаждения порошинок и получения высокой степени гомогенности по химическому составу на этапе производства порошка. В качестве исходного материала для производства порошинок может служить либо сплав с заданным химическим составом, либо чистый металл. На этапе длительного и интенсивного перемешивания порошинок получают однородную массу, которую далее подвергают компактированию. Процесс компактирования может сопровождаться механическим закреплением частиц друг с другом, а также частичным, либо полным образованием твердофазного соединения между частичками по поверхности контакта. После компактирования производят диффузионное спекание методом высокотемпературного газостатического прессования, добиваясь повышения плотности обрабатываемых полуфабрикатов за счет залечивания пор и несплошностей в результате развития процессов диффузионной ползучести. A known method of producing semi-finished products, including large-sized from various metallic and non-metallic materials with specified microcrystalline structure and properties, based on the technology of powder metallurgy. The method involves obtaining individual elements — powders with a given microstructure and properties. At the same time, the possibility of significant subcooling of powders and obtaining a high degree of homogeneity in chemical composition at the stage of powder production is realized. Either an alloy with a given chemical composition or pure metal can serve as a starting material for the production of powders. At the stage of prolonged and intensive mixing of the powders, a homogeneous mass is obtained, which is then subjected to compacting. The compacting process can be accompanied by mechanical fixing of particles with each other, as well as partial or complete formation of a solid-phase connection between the particles along the contact surface. After compacting, diffusion sintering is carried out by high-temperature gas-static pressing, achieving an increase in the density of processed semi-finished products due to healing of pores and discontinuities as a result of the development of diffusion creep processes.

Для повышения экономической эффективности метода порошковой металлургии этап компактирования обычно совмещают с процессом формообразования, выполняя компактирование в матрицу, которая имеет форму, близкую к форме готового изделия. To increase the economic efficiency of the powder metallurgy method, the compacting stage is usually combined with the shaping process by compacting into a matrix that has a shape close to the shape of the finished product.

Одним из очевидных достоинств метода порошковой металлургии при получении массивных полуфабрикатов из различных материалов, в том числе из чистых металлов и их сплавов, является решение одной из основных металлургических проблем - устранение зональной и дендритной ликвации в слитке в процессе его выплавки. One of the obvious advantages of the powder metallurgy method when producing massive semi-finished products from various materials, including pure metals and their alloys, is the solution to one of the main metallurgical problems - the elimination of zonal and dendritic segregation in the ingot during its smelting.

При получении порошинок из слитка решается и другая не менее важная материаловедческая задача - формирование в порошинках метастабильной микроструктуры. Высокая степень неравновесности микроструктурного состояния в порошинках, а также дисперсность порошка определяют дисперсность микрокристаллической структуры в получаемых полуфабрикатах. When obtaining powders from an ingot, another equally important material science problem is solved - the formation of a metastable microstructure in powders. The high degree of non-equilibrium of the microstructural state in the powders, as well as the dispersion of the powder determine the dispersion of the microcrystalline structure in the resulting semi-finished products.

Наряду с перечисленными достоинствами порошковой металлургии как метода получения материалов с заданными микроструктурой и свойствами существуют и серьезные недостатки. Along with the listed advantages of powder metallurgy as a method of obtaining materials with a given microstructure and properties, there are serious disadvantages.

Одним из них является необходимость соблюдения высоких требований по культуре производства, аналогичные тем, которые предъявляются к производству микрочипов и микросхем в электронной промышленности. One of them is the need to comply with high requirements for production culture, similar to those presented for the production of microchips and microcircuits in the electronics industry.

Отклонение от этих норм неизбежно приводит к загрязнению материала различными неконтролируемыми примесями, которые абсорбируются поверхностью порошинок на многочисленных этапах их производства. Причем, чем выше дисперсность порошка, тем выше совокупная поверхность порошинок и выше процент загрязнения неконтролируемыми примесями в готовом полуфабрикате. Deviation from these norms inevitably leads to contamination of the material with various uncontrolled impurities that are absorbed by the surface of the powders at numerous stages of their production. Moreover, the higher the dispersion of the powder, the higher the total surface of the powders and the higher the percentage of contamination with uncontrolled impurities in the finished semi-finished product.

Действительно, процесс производства порошка основан на распылении жидкого металла либо в струе инертного газа (аргон, гелий и т.д.), либо в вакууме. В зависимости от требуемой дисперсности получаемой микроструктуры, например, при производстве СМК микроструктуры дополнительно вводят операцию размалывания порошка на шаровых мельницах. Как видим, на всех основных этапах производства исходного материала - порошка порошинки находятся в контакте либо с инертным газом, либо с газами остаточного давления при вакуумировании, либо с поверхностью деформирующего инструмента шаровых мельниц. Только повышением чистоты используемого нейтрального газа, а также степени разрежения при создании вакуума невозможно полностью избавиться от таких примесей, как кислород, водород, азот, окись и двуокись углерода и т.д. Indeed, the powder production process is based on the atomization of a liquid metal either in a stream of inert gas (argon, helium, etc.) or in vacuum. Depending on the required dispersion of the obtained microstructure, for example, in the production of SMC microstructure, an operation is also introduced to grind the powder in ball mills. As you can see, at all the main stages of the production of the starting material - powder, the powders are in contact either with an inert gas, or with residual pressure gases during evacuation, or with the surface of the deforming tool of ball mills. Only by increasing the purity of the neutral gas used, as well as the degree of rarefaction when creating a vacuum, it is impossible to completely get rid of impurities such as oxygen, hydrogen, nitrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, etc.

Известно, что самая высокая степень очистки такого нейтрального газа, как аргон, по количеству примесей, в том числе кислорода, соответствует вакууму глубиной 10-1 Па. Из кинетической теории газов известно, что число молекул n, ударяющихся об 1 см2 поверхности в одну секунду, определяется выражением

Figure 00000002

где Pb - остаточное давление газа; М - относительная молекулярная масса; Т - температура. Нетрудно заметить, что при атмосферном давлении при комнатной температуре об 1 см2 поверхности каждую секунду ударяется 5•1022 молекул кислорода, что примерно в 108 раз больше, чем необходимо для мономолекулярного покрытия поверхности. Следовательно, даже если ювенильно чистую поверхность металлического материала, свободную от окисной пленки, поместить в вакуумную среду с остаточным парциальным давлением 1,3•10-3 Па, то на поверхности уже через 0,18 секунд образуется моноатомный слой окисла данного металла. Понижение остаточного парциально давления на один порядок увеличивает время образования моноатомного слоя также на порядок.It is known that the highest degree of purification of a neutral gas such as argon, in terms of the amount of impurities, including oxygen, corresponds to a vacuum with a depth of 10 -1 Pa. From the kinetic theory of gases it is known that the number of molecules n, striking about 1 cm 2 surface in one second, is determined by the expression
Figure 00000002

where P b is the residual gas pressure; M is the relative molecular weight; T is the temperature. It is easy to see that at atmospheric pressure at room temperature about 1 cm 2 of the surface, 5 • 10 22 oxygen molecules are hit every second, which is about 10 8 times more than is necessary for a monomolecular surface coating. Therefore, even if a juvenile clean surface of a metal material free of an oxide film is placed in a vacuum medium with a residual partial pressure of 1.3 • 10 -3 Pa, then in 0.18 seconds a monatomic oxide layer of this metal is formed on the surface. A decrease in the residual partial pressure by one order increases the formation time of the monoatomic layer also by an order of magnitude.

Как видим, в реальных условиях производства порошка на поверхности порошинок неизбежно формируется, как минимум, моноатомная окисная пленка, которая становится элементом легирования в получаемом массивном полуфабрикате. И чем выше дисперсность порошка, тем выше степень неконтролируемого легирования. As you can see, under real conditions of powder production, at least a monoatomic oxide film is inevitably formed on the surface of the powders, which becomes an alloying element in the resulting bulk semi-finished product. And the higher the dispersion of the powder, the higher the degree of uncontrolled alloying.

Кроме того, возможности использования метода порошковой металлургии в производстве полуфабрикатов, предназначенных для изготовления деталей ответственного назначения, ограничены для тех материалов, у которых распад окислов на поверхности происходит по механизму растворения кислорода в объеме материала, например для таких материалов, как титан и его сплавы. In addition, the possibilities of using the powder metallurgy method in the production of semi-finished products intended for the manufacture of critical parts are limited for those materials in which the decomposition of oxides on the surface occurs by the mechanism of oxygen dissolution in the bulk of the material, for example, for materials such as titanium and its alloys.

Другим достаточно серьезным недостатком метода порошковой металлургии является остаточная пористость. Эта проблема вытекает из особенностей метода порошковой металлургии. Неслучайно в технологическую цепочку получения материала встроена операция высокотемпературного газостатического прессования. Данная операция направлена, прежде всего, на залечивание пор и несплошностей посредством развития процессов диффузионной ползучести под воздействием на полуфабрикат всесторонней сжимающей нагрузки при высокой (>0,4 Тпл.) температуре обработки. В основе физической сущности процесса высокотемпературного газостатического прессования лежат процессы диффузионного массопереноса. Причем, чем выше температура, тем в большей степени активизируются диффузионные процессы. Отсюда следует, что в случае использования в качестве исходного материала порошка с СМК и НК структурой на этапе высокотемпературного газостатического прессования, практическая возможность сохранения микроструктуры в полуфабрикате на уровне микроструктуры исходного порошка теряется. Иными словами, достаточно трудно избежать резкого роста зерен на этапе высокотемпературного газостатического прессования, не прибегая к подавлению процесса их роста путем снижения рабочей температуры и увеличения давления всестороннего сжатия (гидростатической компоненты тензора напряжения). Another quite serious drawback of the powder metallurgy method is the residual porosity. This problem stems from the characteristics of the powder metallurgy method. It is no coincidence that the operation of high-temperature gas-static pressing is built into the technological chain of material production. This operation is primarily aimed at healing pores and discontinuities through the development of diffusion creep processes under the influence of a comprehensive compressive load on the semi-finished product at a high (> 0.4 Tm) processing temperature. The physical essence of the high-temperature gas-static pressing process is based on diffusion mass transfer processes. Moreover, the higher the temperature, the more diffusion processes are activated. It follows that in the case of using a powder with SMC and NK structure as the starting material at the stage of high-temperature gas-static pressing, the practical possibility of maintaining the microstructure in the semi-finished product at the microstructure level of the initial powder is lost. In other words, it is quite difficult to avoid a sharp grain growth at the stage of high-temperature gas-static pressing, without resorting to suppressing their growth process by lowering the operating temperature and increasing the pressure of comprehensive compression (hydrostatic component of the stress tensor).

С другой стороны, повышение гидростатического давления подавляет активность диффузионных процессов, понижая равновесную концентрацию вакансий, замедляет скорость ползучести, увеличивая длительность процесса спекания в целом. On the other hand, an increase in hydrostatic pressure suppresses the activity of diffusion processes, lowering the equilibrium concentration of vacancies, slows down the creep rate, and increases the duration of the sintering process as a whole.

Таким образом, получение полуфабрикатов с СМК и НК структурой методом порошковой металлургии наталкивается на решение двух очень серьезных проблем - неконтролируемое загрязнение материала различными примесями, в первую очередь кислородом, а также остаточная пористость. Эти две проблемы являются серьезным препятствием на пути широкого внедрения порошковой металлургии в производстве ответственных деталей в машиностроительной и авиационной промышленности. Thus, the preparation of semi-finished products with a QMS and NK structure by powder metallurgy comes up against two very serious problems - uncontrolled contamination of the material with various impurities, primarily oxygen, and residual porosity. These two problems are a serious obstacle to the widespread adoption of powder metallurgy in the production of critical parts in the engineering and aviation industries.

С экономической точки зрения, метод высокотемпературного газостатического прессования обладает значительной трудоемкостью, энергоемкостью и основан на применении высоких давлений при высоких температурах. К тому же, при его осуществлении встает необходимость соблюдения дополнительных требований по технике безопасности, которые предъявляются к выполнению работ с использованием высоких давлений. From an economic point of view, the method of high-temperature gas-static pressing has considerable complexity, energy intensity and is based on the use of high pressures at high temperatures. In addition, during its implementation there is a need to comply with additional safety requirements that apply to the performance of work using high pressures.

Известен метод получения полуфабрикатов из отдельных заготовок с подготовленной в них микроструктурой [2] путем соединения заготовок друг с другом посредством твердофазного соединения (ТФС) [3] в температурно-скоростных условиях, соответствующих условиям сверхпластической деформации материала заготовок. A known method of producing semi-finished products from individual preforms with a prepared microstructure [2] by connecting the preforms to each other by means of a solid-phase connection (TFS) [3] under temperature and speed conditions corresponding to the conditions of superplastic deformation of the preform material.

Отличительная особенность данного метода по сравнению с методом порошковой металлургии заключается в том, что в качестве исходных заготовок используют относительно массивные заготовки, которые совмещают по соединяемым поверхностям и осуществляют их твердофазное соединение. Соединяемые поверхности выполняют, как правило, плоскими. Непосредственно перед соединением поверхность подвергают специальной, механической, химической или электрохимической обработке. Заготовки собирают, сборку помещают в вакуумную печь, где осуществляют нагрев до температуры сварки (~0,4 от Тпл.). Вместо вакуумной среды возможно использование защитной или восстановительной сред. Заготовки деформируют сжатием, прикладывая сжимающее усилие перпендикулярно соединяемой поверхности. В зависимости от задач в процессе сжатия допускается макропластическая деформация заготовок в условиях соответствующих оптимальным условиям проявления сверхпластичности в материале соединяемых заготовках. Максимальная степень обжатия заготовок по высоте, как правило, не превышает значения 50-70%. A distinctive feature of this method in comparison with the powder metallurgy method is that relatively massive preforms are used as initial billets, which combine over the surfaces to be joined and carry out their solid-phase connection. The connected surfaces are generally flat. Immediately before joining, the surface is subjected to special, mechanical, chemical or electrochemical treatment. The blanks are assembled, the assembly is placed in a vacuum oven, where it is heated to the welding temperature (~ 0.4 from Tm.). Instead of a vacuum medium, protective or reducing media can be used. The workpieces are deformed by compression, applying a compressive force perpendicular to the joined surface. Depending on the tasks in the compression process, macroplastic deformation of the workpieces is allowed under conditions corresponding to the optimal conditions for the manifestation of superplasticity in the material of the workpieces being joined. The maximum degree of compression of the workpieces in height, as a rule, does not exceed the value of 50-70%.

Основным достоинством метода твердофазного соединения при получении полуфабрикатов с заданной микроструктурой и свойствами по сравнению с методом порошковой металлургии является то, что при получении полуфабрикатов из массивных заготовок, условия загрязнения полуфабриката примесями существенно снижены за счет уменьшения совокупной площади поверхности соединения. The main advantage of the solid-phase compound method in the preparation of semi-finished products with a given microstructure and properties compared to the powder metallurgy method is that when preparing semi-finished products from massive preforms, the conditions for contamination of the semi-finished product with impurities are significantly reduced due to a decrease in the total surface area of the compound.

К другим достоинствам метода можно отнести менее энергоемкое по сравнению с порошковой металлургией оборудование, менее жесткие требования по культуре производства и технике безопасности ввиду меньших значений потребных усилий, температуры обработки и уменьшения протяженности свободных поверхностей. Other advantages of the method include less energy-intensive equipment in comparison with powder metallurgy, less stringent requirements for the production culture and safety precautions due to lower values of required efforts, processing temperature and reduction in the length of free surfaces.

Однако методу твердофазного соединения также присущи недостатки. However, the solid-phase compound method also has disadvantages.

Главный из них - это нестабильность механических свойств соединения и необходимость в этой связи применения жестких и надежных методов неразрушающего контроля за качеством формируемого твердофазного соединения. The main one is the instability of the mechanical properties of the compound and the need for this to apply tough and reliable methods of non-destructive testing of the quality of the formed solid-phase compound.

Известно, что основными дефектами при образовании твердофазного соединения являются микропоры, а также зоны соединения, не прошедшие завершающей, третьей стадии его образования. Появление микропор связано с тем, что результатом образования ТФС является исчезновение двух контактных поверхностей. Очевидно, что исчезновение контактных поверхностей должно сопровождаться высвобождением свободной энергии. Поэтому поры, по одной из существующих сегодня гипотез, есть форма рассеяния высвобождаемой при исчезновении двух поверхностей свободной энергии. Морфология дефектов твердофазного соединения на начальных этапах его формирования, а также плотность их распределения зависят от характера рельефа совмещаемых поверхностей, от режимов соединения, а также от исходной микроструктуры заготовок. В то же время на завершающих стадиях образования соединения произвольная форма дефектов в результате развития процессов поверхностной диффузии трансформируются в равновесную, т.е. стабильную, сферическую форму. Как показывает анализ результатов изучения процесса образования твердофазного соединения, большая часть времени и из необходимого для формирования равнопрочного основному материалу соединения затрачивается на залечивание микродефектов соединения, прежде всего таких, как микропоры. It is known that the main defects in the formation of a solid-phase compound are micropores, as well as the zones of the compound that have not passed the final, third stage of its formation. The appearance of micropores is due to the fact that the result of the formation of TPS is the disappearance of two contact surfaces. Obviously, the disappearance of contact surfaces must be accompanied by the release of free energy. Therefore, pores, according to one of the hypotheses that exist today, are a form of scattering of free energy released when two surfaces disappear. The morphology of defects of a solid-phase compound at the initial stages of its formation, as well as the density of their distribution, depends on the nature of the relief of the combined surfaces, on the bonding modes, as well as on the initial microstructure of the workpieces. At the same time, at the final stages of the formation of the compound, an arbitrary form of defects as a result of the development of surface diffusion processes is transformed into the equilibrium, i.e. stable, spherical shape. As an analysis of the results of studying the process of formation of a solid-phase compound shows, most of the time and of the time required for the formation of a compound with equal strength to the basic material is spent on healing microdefects of the compound, primarily such as micropores.

Как и в случае с методом порошковой металлургии, при твердофазном соединении наиболее эффективными условиями для устранения пор являются условия всестороннего сжатия. Пластическая деформация в общем случае не приводит к залечиванию пор, если она не сопровождается развитием зернограничного проскальзывания и разворотом зерен. Как показывают исследования, в процессе ТФС соединяемая поверхность находится именно в этих условиях. As in the case of the powder metallurgy method, in case of solid-phase bonding, the most effective conditions for eliminating pores are the conditions of comprehensive compression. Plastic deformation in the general case does not lead to healing of pores, if it is not accompanied by the development of grain-boundary slippage and grain rotation. As studies show, in the TFS process, the joined surface is in these conditions.

Выше было отмечено, что соединяемые поверхности перед сваркой подвергают специальной химической, электрохимической и другим видам обработки с целью удаления всякого рода загрязнения. Другим методом получения чистой поверхности является высокотемпературный вакуумный отжиг. В процессе вакуумного отжига, непосредственно перед сваркой, соединяемая поверхность, соприкасаясь с молекулами газа, по качеству и по количеству соответствующими остаточному парциальному давлению, определяемому средствами откачки воздуха, освобождается от всевозможных примесей, грязи и окислов по различным механизмам, например растворением, сублимацией и испарением. Разумеется, что химический состав приповерхностных слоев при этом меняется. Поэтому при последующем твердофазном соединении заготовок происходит образование другого структурного дефекта - химической неоднородности в зоне соединения. Восстановление химической однородности возможно и даже частично происходит в результате развития процесса диффузионного массопереноса. Поэтому для его полного завершения требуется применение высоких температур, а также значительное время. It was noted above that the surfaces to be joined are subjected to special chemical, electrochemical and other types of treatment before welding in order to remove all kinds of contamination. Another method for obtaining a clean surface is high temperature vacuum annealing. In the process of vacuum annealing, immediately before welding, the joined surface, in contact with gas molecules, in quality and quantity corresponding to the residual partial pressure determined by air pumping means, is freed from all kinds of impurities, dirt and oxides by various mechanisms, for example, dissolution, sublimation and evaporation . Of course, the chemical composition of the surface layers changes. Therefore, during the subsequent solid-phase joining of the preforms, another structural defect is formed - a chemical heterogeneity in the joint zone. The restoration of chemical homogeneity is possible and even partially occurs as a result of the development of the diffusion mass transfer process. Therefore, for its complete completion requires the use of high temperatures, as well as considerable time.

Осуществление процесса образования твердофазного соединения в условиях соответствующих оптимальным условиям сверхпластичности частично решает проблему удаления микропор и химической неоднородности посредством повышения однородности развития деформации в зоне соединения. Однако для полного и гарантированного устранения дефектов необходима интенсивная пластическая деформация в зоне соединения заготовок. Это возможно только в том случае, когда степень деформации превышает реально достижимый при формировании твердофазного соединения (как, например, в рассматриваемом примере) уровень деформации на порядок. The implementation of the process of formation of a solid-phase compound under conditions corresponding to optimal superplasticity conditions partially solves the problem of micropore removal and chemical heterogeneity by increasing the uniformity of deformation in the joint zone. However, for a complete and guaranteed elimination of defects, intense plastic deformation is required in the zone of connection of the workpieces. This is possible only if the degree of deformation exceeds the level of deformation that is actually achievable during the formation of a solid-phase compound (as, for example, in the considered example) by an order of magnitude.

Другим недостатком метода ТФС является ориентированность совокупности дефектов соединения, которая определяется формой соединяемой поверхности. В реальности подготовить под сварку плоскую поверхность проще. Поэтому после соединения микропоры, микронесплошности, химическая неоднородность располагаются в сварном полуфабрикате также в плоскости, нарушая, таким образом, условие изотропности свойств материала во всем объеме полученного полуфабриката. Последнее обстоятельство ограничивает применение данного метода в производстве ответственных изделий. Another disadvantage of the TFS method is the orientation of the set of joint defects, which is determined by the shape of the joined surface. In reality, preparing a flat surface for welding is easier. Therefore, after joining micropores, micro-discontinuities, chemical heterogeneity is also located in the plane in the welded semi-finished product, thus violating the condition of isotropy of the material properties in the entire volume of the obtained semi-finished product. The latter circumstance limits the application of this method in the production of critical products.

Известен экспериментально доказанный факт позитивного влияния на залечивание дефектов твердофазного соединения интенсивной пластической деформации образцов в оптимальных условиях сверхпластичности деформируемого материала [4] . На примере титанового сплава ВТ14 (Ti - 3,5-6,3Аl - 2,5-3,8Мо - 0,9-1,9V) с микрокристаллической структурой (средний размер зерен d=2,0-3,0 мкм) был проведен специальный эксперимент, в процессе которого осуществляли наблюдение за изменением размеров и формы, выбранного дефекта твердофазного соединения - поры произвольного размера в процессе одноосной горячей деформации образца вдоль поверхности соединения. Образец представлял собой пакет из предварительно сваренных друг с другом посредством твердофазного соединения заготовок. The experimentally proven fact is known of the positive effect on the healing of defects of a solid-phase compound of intense plastic deformation of samples under optimal conditions of superplasticity of a deformable material [4]. By the example of a VT14 titanium alloy (Ti - 3.5-6.3Al - 2.5-3.8Mo - 0.9-1.9V) with a microcrystalline structure (average grain size d = 2.0-3.0 μm) A special experiment was conducted, during which the change in size and shape of the selected defect of the solid-phase compound — pores of an arbitrary size during uniaxial hot deformation of the sample along the surface of the compound — was monitored. The sample was a package of pre-welded to each other by solid-phase connection of the workpieces.

При выполнении прицельного наблюдения было установлено, что исчезновение исходной поры (фиг.1) происходит путем ее захлопывания (фиг.2). Уменьшение размеров поры происходит в результате разворота окружающих пору зерен уже после деформации образца до степени деформации е ~18-20%. Основным механизмом разворота зерен является зернограничное проскальзывание, активизированное в результате деформирования образца в условиях, соответствующих оптимальным условиям развития сверхпластической деформации для сплава ВТ 14 с микрокристаллической структурой. When performing targeted observation, it was found that the disappearance of the original pore (figure 1) occurs by slamming it (figure 2). A decrease in the pore size occurs as a result of the rotation of the surrounding grain pores after the deformation of the sample to a degree of deformation of e ~ 18-20%. The main mechanism for grain rotation is grain boundary slippage, activated as a result of deformation of the sample under conditions corresponding to optimal conditions for the development of superplastic deformation for VT 14 alloy with a microcrystalline structure.

Данный эксперимент является прямым доказательством того, что для формирования свободного от дефектов твердофазного соединения, необходимо обеспечить развитие в зоне соединения процессов интенсивного перемешивания зерен. Вместе с тем ни метод порошковой металлургии, ни метод твердофазного соединения не позволяет в полной мере реализовать условие интенсивного перемешивания зерен в зоне соединения, поскольку не обеспечивает необходимого уровня степени деформации непосредственно в зоне соединения. This experiment is direct evidence that in order to form a defect-free solid-phase compound, it is necessary to ensure the development of intensive grain mixing processes in the joint zone. At the same time, neither the powder metallurgy method, nor the solid-phase compound method allows to fully realize the condition of intensive mixing of grains in the joint zone, since it does not provide the necessary level of degree of deformation directly in the joint zone.

Анализ рассмотренных выше методов получения полуфабрикатов с заданным микроструктурным состоянием и другими специальными свойствами, позволяет сделать вывод о том, что ни один из них не может быть использован для производства качественных полуфабрикатов, которые имели бы достаточные размеры, необходимую микроструктуру и свойства, для изготовления из них ответственных деталей, таких, например, как валы, диски, лопатки газотурбинных двигателей в авиационной промышленности и др. An analysis of the above methods for producing semi-finished products with a given microstructural state and other special properties allows us to conclude that none of them can be used to produce high-quality semi-finished products that would have sufficient dimensions, the necessary microstructure and properties, for making them critical parts, such as shafts, discs, gas turbine engine blades in the aviation industry, etc.

Ближайшим аналогом для предложенного способа является способ получения полуфабрикатов из металлов и сплавов, включающий неразъемное соединение по совмещаемым поверхностям заготовок с подготовленной микроструктурой и/или свойствами и твердофазное перемешивание посредством деформирования за несколько этапов в температурно-скоростных условиях, выбираемых с учетом заданной микроструктуры и/или свойств полуфабрикатов, а также исходной микроструктуры заготовок, причем при деформировании изменяют направление приложения деформирующей нагрузки и/или вид нагружения и/или используют нагружение, включающее кручение, со степенью деформации на каждом этапе, обеспечивающем изменение формы и/или ориентации в пространстве поверхности соединения и/или увеличение площади соединения по сравнению с исходным состоянием или полученным на предыдущем этапе [2]. The closest analogue to the proposed method is a method for producing semi-finished products from metals and alloys, including one-piece connection on compatible surfaces of the workpieces with prepared microstructure and / or properties and solid-phase mixing by deformation in several stages under temperature and speed conditions, selected taking into account a given microstructure and / or properties of semi-finished products, as well as the initial microstructure of the workpieces, and during deformation, the direction of application of the deforming loads and / or type of loading and / or use loading, including torsion, with a degree of deformation at each stage, providing a change in the shape and / or orientation in space of the surface of the connection and / or an increase in the area of the connection compared to the initial state or obtained at the previous stage [ 2].

Задачей предлагаемого изобретения является создание нового способа получения полуфабрикатов из отдельных однородных или разнородных заготовок с заданной микроструктурой и свойствами, при котором равнопрочное основному материалу соединение, требуемая химическая и структурная однородность в полуфабрикатах достигаются благодаря реализации возможности интенсивного перемешивания предварительно соединенных с образованием контакта, препятствующего взаимному проскальзыванию, заготовок (т.е. препятствующего смещению заготовок друг относительно друга с нарушением сплошности, полученного соединения) при их интенсивной пластической деформации в условиях сложного нагружения в результате многократного увеличения площади и преобразованием формы соединяемой поверхности по сравнению с исходной. The objective of the invention is the creation of a new method of producing semi-finished products from separate homogeneous or heterogeneous preforms with a given microstructure and properties, in which an equal-strength basic material compound, the required chemical and structural uniformity in semi-finished products are achieved due to the possibility of intensive mixing of pre-connected with the formation of contact, preventing mutual slipping blanks (i.e. preventing the blanks from shifting from each other relative to a friend with a violation of the continuity of the obtained compound) under intense plastic deformation under complex loading as a result of a multiple increase in the area and transformation of the shape of the joined surface compared to the original.

В том числе задачей изобретения является получение крупногабаритных заготовок из материала с заданными микроструктурой и свойствами. Including the objective of the invention is to obtain large-sized blanks from a material with a given microstructure and properties.

В том числе задачей изобретения является получение композиционных материалов. Including the objective of the invention is to obtain composite materials.

В том числе задачей изобретения является синтез сложных материалов из элементарных в объеме полуфабрикатов. Including the objective of the invention is the synthesis of complex materials from elementary in the volume of semi-finished products.

Технический результат достигается тем, что в способе получения полуфабрикатов из металлов и сплавов, включающий неразъемное соединение по совмещаемым поверхностям заготовок с подготовленной микроструктурой и/или свойствами и твердофазное перемешивание посредством деформирования за несколько этапов в температурно-скоростных условиях, выбираемых с учетом заданной микроструктуры и/или свойств полуфабрикатов, а также исходной микроструктуры заготовок, причем при деформировании изменяют направление приложения деформирующей нагрузки и/или вид нагружения и/или используют нагружение, включающее кручение, со степенью деформации на каждом этапе, обеспечивающем изменение формы и/или ориентации в пространстве поверхности соединения и/или увеличение площади соединения по сравнению с исходным состоянием или полученным на предыдущем этапе, согласно изобретению деформирование осуществляют в три этапа, при этом на первом этапе заготовки сжимают, на втором осуществляют протяжку до получения прутка, а на третьем пруток деформируют кручением. The technical result is achieved by the fact that in the method for producing semi-finished products from metals and alloys, including one-piece connection on compatible surfaces of the workpieces with the prepared microstructure and / or properties and solid-phase mixing by deformation in several stages under temperature and speed conditions, selected taking into account the given microstructure and / or the properties of semi-finished products, as well as the initial microstructure of the workpieces, and during deformation, the direction of application of the deforming load is changed and / or type of loading and / or using loading, including torsion, with a degree of deformation at each stage, providing a change in the shape and / or orientation in space of the surface of the connection and / or increase the area of the connection compared with the initial state or obtained in the previous stage, according to According to the invention, the deformation is carried out in three stages, while in the first stage the preforms are compressed, in the second they are drawn to obtain a bar, and in the third bar they are deformed by torsion.

Кроме того, поставленная задача решается за счет того, что:
- выбирают заготовки с подготовленной микроструктурой, обеспечивающей твердофазное перемешивание, в температурно-скоростных условиях, соответствующих оптимальному интервалу проявления сверхпластичности в материале обрабатываемых заготовок;
- выбирают заготовки с подготовленной микрокристаллической структурой со средним размером зерен 1,0-50,0 мкм;
- выбирают заготовки с подготовленной субмикрокристаллической структурой со средним размером зерен 0,5-1,0 мкм;
- выбирают заготовки из разнородных материалов, образующих интерметаллидные соединения, твердофазное перемешивание осуществляют на всех этапах кроме последнего в температурно-скоростных условиях, предотвращающих образование хрупких прослоек, а на последнем этапе температуру поднимают до начала образования интерметаллидного соединения во всем объеме полуфабриката;
- заготовку из материала, имеющего более высокую температуру плавления, выбирают с меньшим размером зерен;
- при изготовлении композиционных полуфабрикатов заготовки выбирают из материалов с различными свойствами, а при соединении их чередуют;
- чередующиеся заготовки выбирают из материалов с различными значениями коэффициента линейного расширения таким образом, что коэффициент линейного расширения заготовки из материала с высокими прочностными свойствами больше коэффициента линейного расширения заготовки из материала с более низкими прочностными свойствами;
- чередующиеся заготовки выбирают из материалов с различными характеристиками пластичности;
- выбирают по крайней мере две заготовки в виде прутка, которые совмещают по торцевым поверхностям, изготовление полуфабриката осуществляют за три этапа, при этом на первом этапе заготовки сжимают, прикладывая усилие вдоль оси симметрии заготовок до получения шайбы, на втором этапе осуществляют протяжку шайбы вдоль оси перпендикулярной оси симметрии шайбы до получения прутка, на третьем выполняют деформирование заготовок кручением, прикладывая крутящий момент к противоположным концевым участкам прутка в плоскости, перпендикулярной оси симметрии прутка;
- на первом этапе сжатие совмещают с кручением,
- выполняют реверсивное кручение;
- выбирают по крайней мере две трубчатые заготовки, которые устанавливают аксиально, изготовление полуфабриката осуществляют за три этапа: на первом этапе заготовки деформируют сжатием до получения полосы, прикладывая усилие сжатия перпендикулярно оси симметрии исходных заготовок, на втором этапе осуществляют протяжку полосы до получения прутка, на третьем этапе выполняют деформирование кручением, прикладывая крутящий момент к противоположным концевым участкам прутка в плоскости, перпендикулярной оси симметрии прутка;
- выбирают трубчатую заготовку и заготовку в виде прутка, заготовки устанавливают одна в другую, изготовление полуфабриката осуществляют за три этапа, при этом на первом этапе заготовки деформируют сжатием до получения полосы, прикладывая деформирующее усилие перпендикулярно оси симметрии заготовок, на втором этапе осуществляют протяжку полосы до получения прутка, на третьем этапе выполняют деформирование кручением, прикладывая крутящий момент к противоположным концевым участкам прутка в плоскости, перпендикулярной оси симметрии прутка;
- выбирают трубчатую заготовку и заготовку в виде прутка, заготовки устанавливают одна в другую, изготовление полуфабриката осуществляют за три этапа, при этом на первом этапе заготовки деформируют сжатием до получения шайбы, прикладывая деформирующее усилие к торцам заготовок, вдоль оси симметрии заготовок, на втором этапе осуществляют протяжку полученной шайбы вдоль направления, перпендикулярного оси симметрии шайбы до получения прутка;
- выбирают заготовки в виде прутков, имеющих в поперечном сечении равносторонний многоугольник с плоской гранью, которые совмещают по боковым поверхностям вдоль их образующей, соединяют, а изготовление полуфабриката осуществляют за два этапа, при этом на первом этапе заготовку деформируют сжатием до получения прутка, прикладывая усилие сжатия перпендикулярно оси симметрии исходных заготовок, на втором этапе выполняют деформирование кручением, прикладывая крутящий момент к противоположным концевым участкам прутка в плоскости, перпендикулярной оси симметрии прутка;
- выбирают заготовки в виде пластин, которые соединяют, а изготовление полуфабриката осуществляют за три этапа, при этом на первом этапе заготовку деформируют сжатием до получения полосы, прикладывая усилие сжатия к противоположным соединяемым поверхностям заготовок, вдоль нормали к этим поверхностям, на втором этапе полосу протягивают до образования прутка, а на третьем этапе выполняют деформирование прутка кручением, прикладывая крутящий момент к противоположным концевым его участкам в плоскости, перпендикулярной образующей прутка;
- на третьем этапе кручение совмещают с растяжением;
- на третьем этапе кручение совмещают со сжатием;
- вводят дополнительную операцию - получение твердофазного соединения обрабатываемых заготовок по совмещаемым поверхностям, которую выполняют перед первым этапом обработки заготовок;
- вводят дополнительную операцию - получение твердофазного соединения обрабатываемых заготовок по совмещаемым поверхностям, которую совмещают по крайней мере с частью первого этапа;
- получение полуфабрикатов осуществляют за N циклов, каждый из которых включает указанные этапы.
In addition, the task is solved due to the fact that:
- choose workpieces with a prepared microstructure that provides solid-phase mixing under temperature and speed conditions corresponding to the optimal interval of manifestation of superplasticity in the material of the workpieces;
- choose blanks with prepared microcrystalline structure with an average grain size of 1.0-50.0 microns;
- choose blanks with a prepared submicrocrystalline structure with an average grain size of 0.5-1.0 microns;
- preforms are selected from dissimilar materials forming intermetallic compounds, solid-phase mixing is carried out at all stages except the last under temperature and speed conditions that prevent the formation of brittle layers, and at the last stage, the temperature is raised until the formation of an intermetallic compound in the entire volume of the semi-finished product;
- a workpiece made of a material having a higher melting point is selected with a smaller grain size;
- in the manufacture of composite semi-finished products, preforms are selected from materials with various properties, and when connected, they are alternated;
- alternating preforms are selected from materials with different values of the coefficient of linear expansion so that the coefficient of linear expansion of the preform from a material with high strength properties is greater than the coefficient of linear expansion of the preform from a material with lower strength properties;
- alternating preforms are selected from materials with different ductility characteristics;
- at least two preforms in the form of a bar are selected, which are combined along the end surfaces, the manufacture of the semi-finished product is carried out in three stages, while at the first stage the preforms are compressed by applying force along the symmetry axis of the preforms until the washer is obtained, at the second stage, the washer is pulled along the axis perpendicular to the axis of symmetry of the washer until the rod is obtained, on the third, the workpieces are deformed by torsion, applying torque to the opposite end sections of the rod in a plane perpendicular to the axis and bar symmetry;
- at the first stage, the compression is combined with torsion,
- perform reverse torsion;
- choose at least two tubular billets, which are installed axially, the manufacture of the semi-finished product is carried out in three stages: at the first stage, the billets are deformed by compression to obtain a strip, applying a compressive force perpendicular to the axis of symmetry of the initial billets, at the second stage, the strip is drawn until a bar is obtained, on the third stage, torsional deformation is performed by applying a torque to the opposite end sections of the bar in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the bar;
- choose a tubular billet and a billet in the form of a rod, the billets are installed one into the other, the semi-finished product is manufactured in three stages, while at the first stage the billets are deformed by compression until a strip is obtained, applying a deforming force perpendicular to the axis of symmetry of the billets, at the second stage, the strip is stretched to of obtaining the rod, in the third stage, torsional deformation is performed by applying torque to the opposite end sections of the rod in a plane perpendicular to the axis of symmetry of TKA;
- choose a tubular billet and a billet in the form of a rod, the billets are installed one into the other, the semi-finished product is manufactured in three stages, while at the first stage the billets are deformed by compression to obtain a washer, applying a deforming force to the ends of the billets, along the axis of symmetry of the billets, at the second stage pulling the resulting washer along a direction perpendicular to the axis of symmetry of the washer to obtain a bar;
- choose blanks in the form of rods having a cross-section of an equilateral polygon with a flat face, which are combined along the lateral surfaces along their generatrix, are connected, and the manufacture of the semi-finished product is carried out in two stages, while at the first stage the blank is deformed by compression to obtain a bar, applying force compression perpendicular to the axis of symmetry of the initial workpieces, at the second stage, torsional deformation is performed, applying torque to the opposite end sections of the rod in the plane, perpend the ocular axis of symmetry of the bar;
- choose blanks in the form of plates that connect, and the manufacture of the semi-finished product is carried out in three stages, while at the first stage the blank is deformed by compression to obtain a strip, applying a compressive force to the opposite joined surfaces of the blanks, along the normal to these surfaces, at the second stage the strip is stretched before the formation of the rod, and at the third stage, the rod is deformed by torsion, applying torque to its opposite ends in a plane perpendicular to the rod;
- at the third stage, torsion is combined with tension;
- at the third stage, torsion is combined with compression;
- introduce an additional operation - obtaining a solid-phase connection of the workpieces to be processed on compatible surfaces, which is performed before the first step of processing the workpieces;
- introduce an additional operation - obtaining a solid-phase connection of the workpieces on compatible surfaces, which is combined with at least part of the first stage;
- the preparation of semi-finished products is carried out in N cycles, each of which includes the indicated steps.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в получении полуфабрикатов с заданными микроструктурой и свойствами методом псевдопорошковой металлургии посредством твердофазного перемешивания, который имеет принципиальные отличия по сравнению с известными методами. The essence of the invention is to obtain semi-finished products with a given microstructure and properties by the method of pseudopowder metallurgy by solid-phase mixing, which has fundamental differences compared with known methods.

Твердофазное перемешивание - это равномерное перераспределение соединенных заготовок с предварительно подготовленной в них микроструктурой и имеющих заданные свойства с увеличением площади поверхности контакта и изменением ее конфигурации. Необходимо отметить, что перемешиванию подвергают соединенные заготовки, в которых имеется контакт по всей поверхности соединения, обеспечивающий их совместную деформацию, а также деформацию зоны соединения при твердофазном перемешивании. Твердофазное перемешивание реализуется в процессе интенсивного пластического деформирования, в условиях простого и сложного нагружения, которое осуществляют при высоких (>0,4 Тпл.) температурах деформации со скоростью деформации, лежащей в интервале скоростей сверхпластической деформации материала заготовок, до значительных (в несколько сот и даже тысяч процентов) величин степени деформации. Возможность реализации указанных режимов нагружения обусловлена применением заготовок с подготовленной микроструктурой. Solid-phase mixing is the uniform redistribution of connected preforms with a pre-prepared microstructure and having the desired properties with increasing contact surface area and changing its configuration. It should be noted that the combined workpieces are subjected to stirring, in which there is contact over the entire surface of the joint, which ensures their joint deformation, as well as the deformation of the joint zone during solid-phase mixing. Solid-phase mixing is realized in the process of intense plastic deformation, under the conditions of simple and complex loading, which is carried out at high (> 0.4 Tm) deformation temperatures with a strain rate lying in the range of superplastic deformation rates of the workpiece material to significant (several hundred and even thousands of percent) of the degree of deformation. The possibility of implementing these loading conditions is due to the use of preforms with a prepared microstructure.

Такое нагружение гарантирует:
- протекание зернограничного проскальзывания в зоне соединения равномерно по всей поверхности контакта заготовок;
- перераспределение структурных дефектов, таких как неоднородность химического и фазового состава в зоне образования соединения;
- исчезновение микропор и несплошностей за счет развития сдвиговых деформаций, определяемых сложным, сдвиговым характером нагружения.
Such loading guarantees:
- the flow of grain-boundary slippage in the connection zone evenly over the entire contact surface of the workpieces;
- redistribution of structural defects, such as heterogeneity of the chemical and phase composition in the zone of formation of the compound;
- the disappearance of micropores and discontinuities due to the development of shear deformations, determined by the complex, shear nature of loading.

Рассмотрим и сравним основные операции, которые присущи порошковой металлургии и заявляемому способу. Consider and compare the basic operations that are inherent in powder metallurgy and the claimed method.

В отличие от порошковой металлургии, где роль заготовок играют порошинки, в предлагаемом методе используют относительно массивные заготовки, которые имеют конечные размеры. Заготовки перемешивают в процессе интенсивной пластической деформации в температурно-скоростных условиях, которые определяются микроструктурой заготовок, что позволяет получить полуфабрикат с заданной микроструктурой и химическим составом, однородно распределенными в объеме полуфабриката. Кроме того, значительное уменьшение первоначальной поверхности соединения заготовок приводит к существенному снижению степени загрязнения материала полуфабриката различными нежелательными примесями. Unlike powder metallurgy, where powders play the role of blanks, the proposed method uses relatively massive blanks that have finite dimensions. The preforms are mixed during intense plastic deformation under temperature and speed conditions, which are determined by the microstructure of the preforms, which makes it possible to obtain a semi-finished product with a given microstructure and chemical composition uniformly distributed in the bulk of the semi-finished product. In addition, a significant decrease in the initial surface of the connection of the workpieces leads to a significant reduction in the degree of contamination of the material of the semi-finished product with various undesirable impurities.

Сходство с порошковой металлургией заявляемому способу придает операция перемешивания материала. В первом случае - это механическое перемешивание отдельных "заготовок" - порошинок, а во втором - это перемешивание уже соединенных заготовок, при которой происходит увеличение первоначальной поверхности контакта и равномерное ее перераспределение во всем объеме полуфабриката. Similarity with powder metallurgy to the claimed method gives the operation of mixing the material. In the first case, this is the mechanical mixing of individual "preforms" - powders, and in the second - this is the mixing of pre-connected preforms, in which there is an increase in the initial contact surface and its uniform redistribution in the entire volume of the semi-finished product.

С учетом вышесказанного, авторы предлагают назвать заявляемый метод получения полуфабрикатов из соединенных заготовок посредством их твердофазного перемешивания методом псевдопорошковой металлургии. In view of the foregoing, the authors propose to name the inventive method for producing semi-finished products from connected preforms by means of their solid-phase mixing by the method of pseudopowder metallurgy.

В отличие от порошковой металлургии, заявляемый метод псевдопорошковой металлургии позволяет омоноличивать заготовки с максимально допустимыми, геометрическими размерами, имеющими нано- и субмикрокристаллическую структуру, обеспечивая при этом получение крупногабаритных полуфабрикатов с микрокристаллической структурой заданного типа. Unlike powder metallurgy, the inventive pseudopowder metallurgy method allows monolithic workpieces with the maximum allowable geometric dimensions having nano- and submicrocrystalline structure, while ensuring the production of large-sized semi-finished products with a microcrystalline structure of a given type.

Рассмотрим также и сравним основные операции, которые присущи твердофазному соединению и заявляемому методам. Let us also consider and compare the basic operations that are inherent in the solid-phase compound and the claimed methods.

Метод твердофазного соединения предусматривает развитие пластической деформации, а следовательно, и увеличение площади первоначального контакта в зоне соединения заготовок. Однако при твердофазном перемешивании интенсивность деформации минимум в два - три раза превышает максимальную интенсивность деформации, которая обычно достигается в методе твердофазного соединения. The method of solid-phase connection involves the development of plastic deformation, and, consequently, an increase in the area of initial contact in the zone of connection of the workpieces. However, with solid-phase mixing, the strain rate is at least two to three times higher than the maximum strain rate, which is usually achieved in the solid-phase compound method.

При образовании твердофазного соединения, наряду с деформационными, важную роль в формировании соединения играют диффузионные процессы, однако при твердофазном перемешивании деформационным процессам отводится определяющая роль на всех этапах образования соединения, а диффузионные процессы, как правило, подавляются. In the formation of a solid-phase compound, along with the deformation, an important role in the formation of the compound is played by diffusion processes, however, in the case of solid-phase mixing, the deformation processes play a decisive role at all stages of the formation of the compound, and diffusion processes are usually suppressed.

В течение всего процесса образования твердофазного соединения поверхность первоначального контакта омоноличиваемых заготовок остается неизменной по форме. При этом неизменным в объеме остается и положение дефектов соединения, таких как остаточная пористость, химическая и фазовая неоднородности. Присутствие дефектов в плоскости первоначального контакта приводит к возникновению анизотропности механических свойств. During the entire process of formation of a solid-phase compound, the surface of the initial contact of the monolithic preforms remains unchanged in shape. In this case, the position of the joint defects, such as residual porosity, chemical and phase inhomogeneities, remains unchanged in volume. The presence of defects in the plane of the initial contact leads to the appearance of anisotropic mechanical properties.

При получении полуфабрикатов методом псевдопорошковой металлургии в процессе твердофазного перемешивания предварительно соединенных заготовок происходит не только перераспределение материала заготовок в объеме полуфабриката, но также и перераспределение в объеме дефектов, которые присутствуют на первоначальной поверхности соединения. When semi-finished products are obtained by the pseudo-powder metallurgy method during solid-phase mixing of pre-connected preforms, not only the redistribution of the preform material in the semi-finished product takes place, but also the redistribution in the volume of defects that are present on the original joint surface.

Интенсивная пластическая деформация в условиях сложного процесса, в том числе включающего кручение, нагружения, обеспечивает не только повышение однородности механических свойств, но и практически полностью устраняет пористость и повышает химическую однородность в полуфабрикате за счет развития стимулированного зернограничного проскальзывания, разворота зерен, а также взаимного перемещения зерен, которое обеспечивается немонотонным развитием сдвиговой деформации в зоне соединения. Intensive plastic deformation under the conditions of a complex process, including torsion and loading, provides not only an increase in the uniformity of mechanical properties, but also almost completely eliminates porosity and increases chemical uniformity in the semi-finished product due to the development of stimulated grain boundary slippage, grain rotation, and mutual displacement grains, which is provided by the nonmonotonic development of shear deformation in the joint zone.

После твердофазного перемешивания заготовок понятие поверхности соединения, т.е. поверхности, которая делит полуфабрикат на четко различимые части с вполне определенными и характеризующими эти части свойствами, полностью исчезает, поскольку исчезает граница раздела. After solid-phase mixing of the workpieces, the concept of the joint surface, i.e. the surface, which divides the semi-finished product into clearly distinguishable parts with well-defined and characterizing these parts properties, completely disappears, since the interface disappears.

По физическому смыслу протекающих процессов, особенно на первоначальном этапе, твердофазное перемешивание напоминает процесс твердофазного соединения. In the physical sense of the processes, especially at the initial stage, solid-phase mixing resembles the process of solid-phase compound.

Однако при твердофазном соединении процесс заканчивается этапом объемного взаимодействия. В основе этапа объемного взаимодействия лежат процессы залечивания микродефектов твердофазного соединения в результате диффузионной ползучести материала в условиях всестороннего сжатия прилегающих к дефекту объемах материала. However, with a solid-phase compound, the process ends with a volumetric interaction step. The stage of volumetric interaction is based on the healing of microdefects of a solid-phase compound as a result of diffusion creep of the material under conditions of comprehensive compression of the material volumes adjacent to the defect.

Твердофазное перемешивание в условиях сложного нагружения происходит в результате развития интенсивной сдвиговой пластической деформации, что повышает ресурс пластичности материала. А вызванная сложным нагружением немонотонная сдвиговая деформация способствует формированию устойчивых дислокационных комплексов, что сдерживает рост зерен во всем объеме полуфабриката при его обработке. Solid-phase mixing under complex loading occurs as a result of the development of intense shear plastic deformation, which increases the plasticity resource of the material. And nonmonotonic shear deformation caused by complex loading contributes to the formation of stable dislocation complexes, which inhibits grain growth in the entire volume of the semi-finished product during its processing.

Перечисленные факторы позволяют увеличить степень деформации при деформировании, а также дополнительно снизить температуру обработки. Все это расширяет технические возможности предлагаемого метода, поскольку дают возможность получать крупногабаритные полуфабрикаты с микро-, субмикро- и нанокристаллической структурами. These factors can increase the degree of deformation during deformation, as well as further reduce the processing temperature. All this extends the technical capabilities of the proposed method, since it makes it possible to obtain large-sized semi-finished products with micro-, submicro- and nanocrystalline structures.

Под крупногабаритыми полуфабрикатами здесь подразумеваются полуфабрикаты таких геометрических размеров, которые минимум в два раза превышают размеры заготовок, в которых технически возможно получить равномерно распределенную по всему объему микроструктуру с минимально возможным размером зерен. By large-sized semi-finished products here we mean semi-finished products of such geometric dimensions that are at least twice the size of the workpieces, in which it is technically possible to obtain a microstructure evenly distributed throughout the volume with the smallest possible grain size.

Так, например, методом квазигидростатического кручения (кручение на наковальне "Бриджмена") в настоящее время можно получить НК микроструктуру в заготовках с размерами порядка 20,0-25,0 мм в диаметре и 0,5-1,0 мм толщиной. Следовательно, по определению полуфабрикат, получаемый путем твердофазного перемешивания двух, трех и более заготовок с размерами 20,0-25,0 мм в диаметре и 0,5 мм толщиной, позволяет получать уже крупногабаритный полуфабрикат с НК микроструктурой. So, for example, by the method of quasi-hydrostatic torsion (torsion on the Bridgman anvil), it is now possible to obtain NK microstructure in workpieces with dimensions of the order of 20.0–25.0 mm in diameter and 0.5–1.0 mm in thickness. Therefore, by definition, the semi-finished product obtained by solid-phase mixing of two, three or more preforms with dimensions of 20.0-25.0 mm in diameter and 0.5 mm thick allows one to obtain a large-sized semi-finished product with an NK microstructure.

Другой пример основан на применении метода водородного легирования при получении СМК микроструктуры в двухфазных титановых сплавах. Известно, что добавление водорода в сплав понижает температуру прямого β_→α+β фазового перехода, что способствует повышению дисперсности закаленной микроструктуры после быстрого охлаждения. Повышение дисперсности микроструктуры позволяет снизить температуру деформационной обработки и одновременно повысить скорость деформации с сохранением достаточного ресурса пластичности материала для развития в нем процессов трансформации пластинчатой микроструктуры и образованием глобулярной СМК структуры. Однако для гарантированного вывода водорода из материала заготовки после ее деформационной обработки заготовки должны быть листовыми и иметь при этом толщину не более 2,0-3,0 мм. Another example is based on the application of the hydrogen doping method in the preparation of the SMC microstructure in biphasic titanium alloys. It is known that the addition of hydrogen to the alloy lowers the temperature of the direct β_ → α + β phase transition, which contributes to an increase in the dispersion of the hardened microstructure after rapid cooling. An increase in the dispersion of the microstructure allows one to lower the temperature of deformation processing and simultaneously increase the rate of deformation while maintaining a sufficient resource of plasticity of the material for the development of processes of transformation of the plate microstructure in it and the formation of a globular SMC structure. However, for guaranteed removal of hydrogen from the workpiece material after its deformation processing, the workpieces should be sheet-like and have a thickness of not more than 2.0-3.0 mm.

Возможность получения массивных, крупногабаритных полуфабрикатов из нескольких заготовках с СМК структурой, полученной методом водородного легирования, по мнению авторов изобретения, наиболее эффективно можно реализовать, используя твердофазное перемешивание листовых заготовок. The possibility of obtaining massive, large-sized semi-finished products from several workpieces with a QMS structure obtained by the hydrogen doping method, according to the inventors, can be most effectively realized using solid-phase mixing of sheet blanks.

Сущность дополнительных пунктов изобретения заключается в следующем. The essence of the additional claims is as follows.

В том случае, когда выбирают заготовки с подготовленной в них микроструктурой, твердофазное перемешивание целесообразно выполнять в условиях, соответствующих оптимальному интервалу проявления сверхпластичности в материале обрабатываемых заготовок. Эффект заключается в снижении потребных усилий деформирования, в повышении ресурса пластичности материала, обрабатываемых заготовок, в интенсификации процессов залечивания дефектов твердофазного соединения. In the case when preforms with a microstructure prepared in them are selected, it is advisable to perform solid-phase mixing under conditions corresponding to the optimal range of superplasticity in the material of the processed preforms. The effect is to reduce the required deformation efforts, to increase the plasticity resource of the material, workpieces, and to intensify the healing of defects in the solid-phase compound.

В том случае, когда выбирают заготовки с подготовленной микрокристаллической структурой со средним размером зерен 1,0-50,0 мкм, твердофазное перемешивание заготовок целесообразно осуществлять в температурно-скоростных условиях, соответствующих наибольшему значению коэффициента скоростной чувствительности обрабатываемого материала, с целью наиболее полной реализации преимуществ сверхпластической деформации с точки зрения снижения деформирующих усилий и повышения его ресурса пластичности. In the case when preforms with a prepared microcrystalline structure with an average grain size of 1.0-50.0 μm are selected, it is advisable to carry out solid-phase mixing of the preforms under temperature and speed conditions corresponding to the highest value of the speed sensitivity coefficient of the processed material in order to fully realize the advantages superplastic deformation in terms of reducing deforming forces and increasing its ductility resource.

Выбор заготовок с подготовленной в них субмикрокристаллической структурой со средним размером зерен 0,1-1,0 мкм позволяет, во-первых, снизить температуру обработки, подавляя тем самым активизацию диффузионных процессов в результате пластической деформации, способствуя тем самым формированию в материале устойчивых дислокационных комплексов, активизирующих протекание процесса динамической рекристаллизации, которая приводит к дополнительному измельчению микроструктуры или препятствует росту зерен в
условиях интенсивной пластической деформации. Во-вторых, повышает предельные значения степени деформации за счет повышения ресурса пластичности материала при пониженных температурах, препятствуя преждевременному разрушению обрабатываемых полуфабрикатов.
The choice of preforms with a submicrocrystalline structure prepared in them with an average grain size of 0.1-1.0 μm allows, firstly, to lower the processing temperature, thereby suppressing the activation of diffusion processes as a result of plastic deformation, thereby contributing to the formation of stable dislocation complexes in the material activating the course of the dynamic recrystallization process, which leads to additional refinement of the microstructure or prevents grain growth in
conditions of intense plastic deformation. Secondly, it increases the limit values of the degree of deformation by increasing the resource of plasticity of the material at low temperatures, preventing the premature destruction of the processed semi-finished products.

В том случае, когда в процессе твердофазного перемешивания производят синтез интерметаллидов, в качестве заготовок выбирают разнородные материалы, образующие интерметаллидные соединения, а твердофазное перемешивание осуществляют на всех этапах кроме заключительного этапа в температурно-скоростных условиях, предотвращающих образование хрупких прослоек, а на заключительном этапе температуру поднимают до начала образования интерметаллидного соединения во всем объеме полуфабриката. При этом заготовку из материала, имеющего более высокую температуру плавления, выбирают с меньшим размером зерна для того, чтобы понизить оптимальную температуру ее деформации и приблизить к температуре деформации материала, имеющего более низкую температуру плавления, для того, чтобы приблизить деформационные характеристики заготовок из различных материалов друг к другу. In the case when the synthesis of intermetallic compounds is carried out in the process of solid-phase mixing, heterogeneous materials forming intermetallic compounds are selected as blanks, and solid-phase mixing is carried out at all stages except the final stage in temperature-speed conditions that prevent the formation of brittle layers, and at the final stage the temperature raise to the beginning of the formation of intermetallic compounds in the entire volume of the semi-finished product. In this case, a preform of a material having a higher melting point is selected with a smaller grain size in order to lower the optimum temperature of its deformation and bring it closer to the deformation temperature of a material having a lower melting point, in order to approximate the deformation characteristics of preforms of various materials to each other.

При изготовлении композиционных полуфабрикатов, например магнитных роторов, заготовки выбирают из материалов с различными свойствами, а при соединении их чередуют. Эти условия направлено на повышение в полуфабрикате комплекса свойств. Например, его эксплуатационных характеристик и прежде всего пластичности при сохранении на достаточно высоком уровне магнитных свойств. In the manufacture of composite semi-finished products, such as magnetic rotors, preforms are selected from materials with different properties, and when connected, they are alternated. These conditions are aimed at increasing the complex of properties in the semi-finished product. For example, its operational characteristics and, above all, ductility, while maintaining a sufficiently high level of magnetic properties.

Дополнительным условием выбора материала заготовок при изготовлении композиционных полуфабрикатов является соблюдение условия чередования заготовок из материалов с различными значениями коэффициента линейного расширения, причем коэффициент линейного расширения заготовок из материала с высокими прочностными свойствами должен быть меньше коэффициента линейного расширения заготовок из материала с низкими прочностными свойствами. An additional condition for choosing the workpiece material in the manufacture of composite semi-finished products is that the conditions for alternating workpieces from materials with different values of the coefficient of linear expansion are observed, and the coefficient of linear expansion of workpieces from a material with high strength properties should be less than the coefficient of linear expansion of workpieces from a material with low strength properties.

Известно, что большинство материалов, из которых изготавливают постоянные магниты, относятся к группе прецизионных сплавов, то есть к сплавам, в которых должно жестко соблюдаться соответствие химического состава оптимальному составу, обеспечивающему максимальные магнитные свойства. Известно, что с увеличением габаритов слитков, становится трудно или даже практически невозможно обеспечить соответствие химического состава во всем объеме слитка требуемому составу. Другой особенностью этих материалов является практически нулевая пластичность материала после его термомагнитной обработки. It is known that most of the materials from which permanent magnets are made belong to the group of precision alloys, that is, to alloys in which the chemical composition must be strictly observed for the optimum composition providing maximum magnetic properties. It is known that with increasing dimensions of the ingots, it becomes difficult or even almost impossible to ensure that the chemical composition in the entire volume of the ingot corresponds to the required composition. Another feature of these materials is the almost zero plasticity of the material after its thermomagnetic treatment.

Получение композиционного крупногабаритного полуфабриката методом псевдопорошковой металлургии из чередующихся заготовок оптимального размера из магнитного материала с заготовками из более прочного материала и имеющего больший по сравнению с магнитным материалом, коэффициент линейного расширения позволяет обеспечить в полуфабрикате, а затем и в изделии заданные высокие магнитные свойства, сочетающиеся с высокими конструкционными свойствами. Высокие магнитные свойства достигаются за счет повышения точности соблюдения химического состава в заготовках путем выбора оптимальной формы и размера отливок. Высокие прочностные характеристики достигаются благодаря тому, что процесс твердофазного перемешивания предусматривает равномерное перемешивание чередующихся заготовок в объеме полуфабриката в условиях сложного с использованием кручения нагружения. После подобной обработки первоначально плоские заготовки трансформируются в многослойную винтовую конструкцию. Учитывая то, что твердофазное перемешивание происходит при высоких температурах, после охлаждения хрупкий, магнитный материал оказывается окруженным более прочным материалом, который обеспечивает создание в нем условий всестороннего сжатия. Композиционный ротор в работе испытывает растягивающие радиальные нагрузки от действия центробежных сил при его вращении. Растягивающие нагрузки частично компенсируются предварительно созданными в нем сжимающими напряжениями, и это значительно повышает надежность и ресурс работы композиционного ротора. Obtaining a composite large-sized semi-finished product by pseudopowder metallurgy from alternating preforms of the optimal size from magnetic material with preforms from a more durable material and having a larger coefficient of linear expansion compared to magnetic material allows the semi-finished product and then the product to provide the desired high magnetic properties, combined with high structural properties. High magnetic properties are achieved by increasing the accuracy of the chemical composition in the workpieces by choosing the optimal shape and size of the castings. High strength characteristics are achieved due to the fact that the solid-phase mixing process provides for uniform mixing of alternating workpieces in the semi-finished product under conditions of torsion-intensive loading. After such processing, the initially planar blanks are transformed into a multilayer screw structure. Considering the fact that solid-phase mixing occurs at high temperatures, after cooling it is brittle, the magnetic material is surrounded by a stronger material, which ensures the creation of comprehensive compression conditions in it. The composite rotor in operation experiences tensile radial loads from the action of centrifugal forces during its rotation. Tensile loads are partially compensated by compressive stresses previously created in it, and this significantly increases the reliability and service life of the composite rotor.

Другим дополнительным условием выбора материала заготовок для изготовления композиционных полуфабрикатов является соблюдение условия чередования заготовок из материалов с различными значениями характеристик пластичности. Данное условие позволяет повысить пластичность полуфабриката, получаемого твердофазным перемешиванием заготовок из хрупких материалов за счет применения более пластичных промежуточных слоев. Another additional condition for choosing the material of the workpieces for the manufacture of composite semi-finished products is the observance of the conditions for the alternation of workpieces from materials with different values of ductility characteristics. This condition allows to increase the ductility of the semi-finished product obtained by solid-phase mixing of billets from brittle materials through the use of more ductile intermediate layers.

Наиболее эффективный способ твердофазного перемешивания с точки зрения минимального загрязнения объема полуфабриката неконтролируемыми примесями возможен в том случае, когда выбирают по крайней мере две заготовки в виде прутка, которые совмещают по торцевым поверхностям. Изготовление полуфабриката в этом случае осуществляют за три этапа. The most effective method of solid-phase mixing from the point of view of minimal contamination of the volume of the semi-finished product with uncontrolled impurities is possible in the case when at least two preforms in the form of a rod are selected that are combined along the end surfaces. The manufacture of the semi-finished product in this case is carried out in three stages.

На первом этапе заготовки сжимают, прикладывая усилие вдоль оси симметрии заготовок. Заготовки при этом пластически деформируются, а полуфабрикат приобретает форму шайбы. At the first stage, the preforms are compressed by applying a force along the axis of symmetry of the preforms. The workpieces are plastically deformed, and the semi-finished product takes the form of a washer.

На втором этапе осуществляют протяжку шайбы вдоль оси, которая перпендикулярна оси симметрии шайбы до получения прутка. После такой обработки ось прутка совпадает с осью протяжки. At the second stage, the washer is pulled along an axis that is perpendicular to the axis of symmetry of the washer until a rod is obtained. After such processing, the axis of the bar coincides with the axis of the broach.

На третьем этапе пруток деформируют кручением, прикладывая крутящий момент к противоположным концевым участкам прутка в плоскости, перпендикулярной оси симметрии прутка. At the third stage, the bar is deformed by torsion, applying a torque to the opposite end sections of the bar in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the bar.

Допустим выбраны две цилиндрические заготовки. Заготовки соединяют по торцевой поверхности. Поверхность соединения - плоскость. После выполнения трех этапов нагружения получают полуфабрикат, у которого плоская поверхность соединения или контакта трансформируется в винтовую поверхность, равномерно закрученную во всем объеме полуфабриката. Также равномерно во всем объеме полуфабриката перераспределены и перемешаны заготовки. При этом первоначально плоская и перпендикулярная оси заготовок поверхность соединения трансформируется во время протяжки сначала в плоскую поверхность, параллельную оси полуфабриката, а затем в винтовую поверхность, большая часть которой стремиться снова занять положение, перпендикулярное оси полуфабриката. Таким образом, реализуется твердофазное перемешивание обрабатываемых заготовок, которое происходит с минимальным загрязнением всего объема получаемого полуфабриката окислами, и углеродо- (жировые молекулы) и водородосодержащими (молекулы воды) химическими соединениями. Suppose two cylindrical blanks are selected. Workpieces are connected along the end surface. The connection surface is a plane. After performing the three loading steps, a semi-finished product is obtained in which the flat surface of the joint or contact is transformed into a helical surface uniformly twisted in the entire volume of the semi-finished product. The workpieces are also redistributed and mixed evenly throughout the semi-finished product. The initially flat and perpendicular axis of the workpieces transforms the joint surface during drawing, first to a flat surface parallel to the axis of the semi-finished product, and then to a helical surface, most of which tends to again take a position perpendicular to the axis of the semi-finished product. Thus, solid-phase mixing of the processed workpieces is realized, which occurs with minimal contamination of the entire volume of the obtained semi-finished product with oxides, and carbon (fat molecules) and hydrogen-containing (water molecules) chemical compounds.

Повысить эффективность первого этапа обработки за счет активизации процесса залечивания дефектов твердофазного соединения заготовок можно путем совмещения деформирования заготовок сжатием с кручением. Совместная, интенсивная сдвиговая деформация заготовок в условиях сжимающих нагрузок ускоряет процессы залечивания дефектов твердофазного соединения, что повышает качество полуфабриката. To increase the efficiency of the first stage of processing by activating the process of healing defects in the solid-phase connection of the workpieces by combining the deformation of the workpieces with compression and torsion. The joint, intensive shear deformation of the workpieces under compressive loads accelerates the healing of defects in the solid-phase compound, which improves the quality of the semi-finished product.

Если на первом этапе сжатие дополнить реверсивным кручением, то это приведет к снижению потребных усилий деформирования за счет того, что произойдет активизация релаксационных процессов в деформируемом материале. Развитие релаксационных процессов обеспечит развитие динамической рекристаллизации за счет того, что при деформации циклическим нагружением интенсивно формируются дислокации различных систем скольжения, которые, вступая в дислокационные реакции, образуют дислокационные скопления, являющиеся центрами зарождения новых зерен. If at the first stage the compression is supplemented with reverse torsion, then this will lead to a decrease in the required deformation forces due to the fact that activation of relaxation processes in the deformable material will occur. The development of relaxation processes will ensure the development of dynamic recrystallization due to the fact that during deformation by cyclic loading, dislocations of various slip systems are intensively formed, which, entering into dislocation reactions, form dislocation clusters, which are the centers of nucleation of new grains.

Получать полуфабрикаты с заданной микроструктурой и свойствами методом псевдопорошковой металлургии можно из заготовок любой формы и размеров. It is possible to obtain semi-finished products with a given microstructure and properties by the method of pseudopowder metallurgy from workpieces of any shape and size.

Например, в том случае, когда технические возможности не позволяют литьем получить массивную цилиндрическую заготовку без дефектов, которые концентрируются в центре заготовки, выбирают две или более трубчатые заготовки. Трубчатые заготовки с точки зрения качественного микроструктурного состояния можно получить центробежным литьем. For example, in the case when technical capabilities do not allow casting to obtain a massive cylindrical workpiece without defects, which are concentrated in the center of the workpiece, two or more tubular workpieces are selected. Tubular billets from the point of view of high-quality microstructural state can be obtained by centrifugal casting.

Заготовки устанавливают аксиально. При установке заготовок возможно применение термического натяга для осуществления герметизации поверхности соединения и последующего при нагреве автовакуумирования. The blanks are set axially. When installing blanks, it is possible to use thermal interference for sealing the surface of the joint and subsequent auto-vacuum heating.

Изготовление полуфабриката в этом случае осуществляют за три этапа. The manufacture of the semi-finished product in this case is carried out in three stages.

На первом этапе заготовки помещают в рабочее пространство деформирующей установки создают требуемую среду, нагревают до рабочей температуры и деформируют сжатием до получения полосы, прикладывая усилие сжатия перпендикулярно оси симметрии исходных заготовок. Сжатие осуществляют до образования контакта по внутренней поверхности внутренней цилиндрической заготовки и образования полосы. At the first stage, the workpieces are placed in the working space of the deforming installation, the required medium is created, heated to the working temperature and deformed by compression to obtain a strip, applying a compressive force perpendicular to the axis of symmetry of the initial workpieces. Compression is carried out until a contact is formed on the inner surface of the inner cylindrical workpiece and a strip is formed.

На втором этапе осуществляют протяжку полосы до получения прутка. At the second stage, the strip is pulled to obtain a bar.

На третьем этапе пруток деформируют кручением, прикладывая крутящий момент к противоположным концевым участкам в плоскости, перпендикулярной оси симметрии прутка. At the third stage, the bar is deformed by torsion, applying a torque to the opposite end sections in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the bar.

Рассмотренный метод получения полуфабрикатов позволяет повысить их качество за счет повышения качества литых заготовок, например при литье тонкостенных труб, за счет использования центробежного литья. The considered method for producing semi-finished products allows to improve their quality by improving the quality of cast billets, for example when casting thin-walled pipes, through the use of centrifugal casting.

В некоторых случаях целесообразно применять трубчатую заготовку и заготовку в виде прутка. Например, когда одна из заготовок очень хрупкая, то ее аксиально устанавливают в пластичную трубчатую оболочку. In some cases, it is advisable to use a tubular blank and a blank in the form of a bar. For example, when one of the preforms is very fragile, it is axially mounted in a plastic tubular shell.

В этом случае заготовки устанавливают одна в другую. Изготовление полуфабриката осуществляют за три этапа. In this case, the workpieces are set one into the other. The manufacture of a semi-finished product is carried out in three stages.

На первом этапе заготовки деформируют сжатием до получения полосы, прикладывая деформирующее усилие перпендикулярно оси симметрии заготовок. At the first stage, the workpieces are deformed by compression to obtain a strip, applying a deforming force perpendicular to the axis of symmetry of the workpieces.

На втором этапе осуществляют протяжку полученной полосы до получения прутка. At the second stage, the obtained strip is pulled to obtain a bar.

На третьем этапе выполняют деформирование прутка кручением, прикладывая крутящий момент к противоположным концевым участкам в плоскости, перпендикулярной оси симметрии прутка. Это целесообразно выполнять, если длина трубчатой заготовки и прутка превышают величину, равную двум внешним диаметрам трубчатой заготовки. At the third stage, the bar is deformed by torsion, applying a torque to the opposite end sections in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the bar. This is advisable if the length of the tubular billet and bar exceeds a value equal to two external diameters of the tubular billet.

На первом этапе твердофазного перемешивания деформирование аксиально установленных друг в друга заготовок можно осуществить вдоль оси симметрии заготовок до образования шайбы, а на втором этапе выполнить протяжку шайбы вдоль оси, перпендикулярно оси симметрии шайбы до получения прутка. Такую последовательность операций целесообразно выполнять, если длина трубчатой заготовки и прутка не превышают величины, необходимой для сохранения устойчивости сборки. At the first stage of solid-phase mixing, the deformation of axially mounted workpieces can be carried out along the axis of symmetry of the workpieces until the washer is formed, and at the second stage, the washer is drawn along the axis perpendicular to the axis of symmetry of the washer until a bar is obtained. It is advisable to perform such a sequence of operations if the length of the tubular workpiece and the bar does not exceed the value necessary to maintain the stability of the assembly.

В некоторых случаях готовить микроструктуру заданного типа в заготовках проще методом прямого или обратного выдавливания, методом экструзии или волочением. После такой обработки заготовки обычно имеют большую длину и малое по сравнению с длиной поперечное сечение, то есть принимают форму прутков. In some cases, it is easier to prepare a microstructure of a given type in preforms by direct or reverse extrusion, by extrusion, or by drawing. After such processing, the workpieces usually have a large length and a small cross section compared to the length, that is, they take the form of rods.

В этом случае заготовки совмещают по боковым поверхностям вдоль их образующей. Изготовление полуфабриката осуществляют за два этапа. In this case, the workpieces are aligned on the side surfaces along their generatrix. The manufacture of a semi-finished product is carried out in two stages.

На первом этапе пачку заготовок деформируют сжатием до получения прутка большего диаметра, прикладывая усилие сжатия перпендикулярно оси симметрии исходных заготовок. At the first stage, the pack of blanks is deformed by compression to obtain a rod of a larger diameter, applying a compressive force perpendicular to the axis of symmetry of the initial blanks.

На втором этапе выполняют деформирование полученного прутка кручением, прикладывая крутящий момент к противоположным концевым участкам прутка в плоскости, перпендикулярной оси его симметрии. At the second stage, the resulting rod is deformed by torsion, applying torque to the opposite end sections of the rod in a plane perpendicular to its axis of symmetry.

Для того чтобы упростить процесс получения соединения и повысить эффективность операции протяжки заготовки, выбирают имеющим в поперечном сечении многоугольник с плоской боковой поверхностью, например треугольник, четырехугольник, шестиугольник и т.д. In order to simplify the process of obtaining the connection and increase the efficiency of the operation of broaching the workpiece, a polygon with a flat side surface, for example a triangle, a quadrangle, a hexagon, etc., is selected in cross section.

Методом твердофазного перемешивания можно обрабатывать заготовки в виде пластин или полос, когда микроструктура в заготовках готовится прокаткой. Заготовки соединяют по большим боковым поверхностям. Изготовление полуфабриката осуществляют за три этапа. Using the method of solid-phase mixing, it is possible to process preforms in the form of plates or strips when the microstructure in the preforms is prepared by rolling. Workpieces are joined along large lateral surfaces. The manufacture of a semi-finished product is carried out in three stages.

На первом этапе пачку заготовок деформируют сжатием до получения полосы, прикладывая усилие сжатия перпендикулярно оси симметрии исходных заготовок. At the first stage, the pack of blanks is deformed by compression to obtain a strip, applying a compressive force perpendicular to the axis of symmetry of the initial blanks.

На втором этапе полосу протягивают до образования прутка. In the second stage, the strip is stretched to form a bar.

На третьем этапе выполняют деформирование полученного прутка кручением, прикладывая крутящий момент к противоположным концевым участкам в плоскости, перпендикулярной оси его симметрии. Данный метод наиболее эффективно может применяться в тех случаях, когда на этапах подготовки микроструктуры применяют водородное пластифицирование и когда требуется последующее удаление водорода из заготовок в процессе дегазации. Листовые заготовки ввиду их малой толщины являются прекрасными объектами для получения массивных полуфабрикатов в процессе их твердофазного перемешивания. At the third stage, the obtained rod is deformed by torsion, applying a torque to the opposite end sections in a plane perpendicular to its axis of symmetry. This method can be most effectively applied in cases where hydrogen plasticization is used at the stages of microstructure preparation and when subsequent removal of hydrogen from the workpieces during degassing is required. Sheet blanks due to their small thickness are excellent objects for obtaining massive semi-finished products in the process of their solid-phase mixing.

При получении полуфабриката с использование трехэтапной обработки после второго этапа заготовки обычно имеют цилиндрическую или близкую к цилиндрической форму. Если соотношение длины заготовки к ее поперечному размеру достаточно велико, например более 2,5-3,0, тогда становится целесообразно на третьем этапе кручение заготовок совмещать с растяжением. Дополнительная к кручению компонента растяжения позволяет повысить ресурс пластичности перемешиваемых заготовок, активизирует протекание процессов динамической рекристаллизации, а также развитие процессов зернограничного проскальзывания, повышая однородность распределения микроструктуры, химического состава во всем объеме получаемого полуфабриката, а следовательно, и их качество. Upon receipt of the semi-finished product using a three-stage processing after the second stage, the workpieces usually have a cylindrical or close to cylindrical shape. If the ratio of the length of the workpiece to its transverse size is large enough, for example, more than 2.5-3.0, then it becomes advisable at the third stage to combine the torsion of the workpieces with tension. An additional tensile component to torsion allows to increase the plasticity resource of mixed billets, activates the dynamic recrystallization processes, as well as the development of grain-boundary slipping processes, increasing the uniformity of the distribution of the microstructure and chemical composition in the entire volume of the obtained semi-finished product, and therefore their quality.

Повысить эффективность процесса твердофазного перемешивания и прежде всего качества получаемого полуфабриката при обработке коротких заготовок можно, совместив на третьем этапе деформирование кручением со сжатием. To increase the efficiency of the solid-phase mixing process and, above all, the quality of the obtained semi-finished product when processing short workpieces, it is possible to combine torsional deformation with compression at the third stage.

Для получения неразъемного соединения заготовок, подвергаемых твердофазному перемешиванию, могут быть использованы различные методы: обычная пайка, реактивная пайка, известные методы сварки плавлением, твердофазное соединение. Various methods can be used to obtain an integral connection of workpieces subjected to solid-phase mixing: conventional soldering, reactive soldering, known methods of fusion welding, solid-phase bonding.

Целесообразно в качестве неразъемного соединения заготовок по совмещаемым поверхностям использовать твердофазное соединение, которое можно выполнять как перед первым этапом, так и в начале первого этапа, используя режимы, известные, например, из источника [3]. Если в качестве метода соединения заготовок использовать твердофазное соединение, тогда становится возможным достижение максимального уровня качества полуфабриката с точки зрения отсутствия продуктов загрязнения в объеме полуфабрикатов за счет автоматического выполнения жестких требований по высокой степени культуры производства. It is advisable to use a solid-phase connection, which can be performed both before the first stage and at the beginning of the first stage, using the modes known, for example, from the source [3] as an integral connection of preforms on compatible surfaces. If solid-phase bonding is used as a method for joining preforms, then it becomes possible to achieve the maximum level of quality of the semi-finished product in terms of the absence of contamination products in the volume of semi-finished products due to the automatic fulfillment of strict requirements for a high degree of production culture.

В некоторых случаях целесообразно совмещать операцию соединения заготовок с первым этапом и таким образом повышать производительность процесса получения полуфабрикатов. In some cases, it is advisable to combine the operation of joining the workpieces with the first stage and thus increase the productivity of the process for producing semi-finished products.

В том случае, если по условиям задач требуется получить в полуфабрикате высокодисперсное перемешивание заготовок, то получение полуфабрикатов осуществляют за N циклов, каждый из которых включает рассмотренные выше этапы. In the event that, according to the conditions of the tasks, it is required to obtain finely mixed workpieces in the semi-finished product, then the semi-finished products are obtained in N cycles, each of which includes the steps discussed above.

Получение полуфабрикатов с заданными микроструктурой и свойствами методом псевдопорошковой металлургии дополнительно позволяет снизить трудоемкость и себестоимость получения крупногабаритных полуфабрикатов за счет применения менее энергоемкого оборудования и сведения к минимуму ручного труда. Obtaining semi-finished products with the specified microstructure and properties by the method of pseudopowder metallurgy additionally reduces the complexity and cost of producing large-sized semi-finished products through the use of less energy-intensive equipment and minimizing manual labor.

Перечень фигур графических изображений. The list of figures of graphic images.

1. Микроструктура участка твердофазного соединения титанового сплава ВТ14, подвергнутого горячей деформации в условиях сверхпластичности:
а - Исходное состояние.
1. The microstructure of the plot of the solid-phase compound of the VT14 titanium alloy subjected to hot deformation under conditions of superplasticity:
a - The initial state.

б - После деформации одноосным растяжением. b - After deformation by uniaxial tension.

Степень деформации ε =19,0%, температура деформации Т=860oС, скорость деформации

Figure 00000003
1,6•10-4 с-1.Deformation degree ε = 19.0%, deformation temperature Т = 860 o С, strain rate
Figure 00000003
1.6 • 10 -4 s -1 .

2. Схема процесса твердофазного перемешивания двух массивных заготовок:
а - Первый этап - сжатие.
2. Scheme of the process of solid-phase mixing of two massive billets:
a - The first stage is compression.

б - Второй этап - протяжка. b - The second stage - broach.

в - Третий этап - кручение. c - The third stage is torsion.

3. Микроструктура сплава ВТ9:
а - Участок полуфабриката после твердофазного перемешивания.
3. Microstructure of VT9 alloy:
a - Section of the semi-finished product after solid-phase mixing.

б - Поверхность разрушения полуфабриката. b - The destruction surface of the semi-finished product.

4. Микроструктура сплава ВТ6:
а - Участок полуфабриката после твердофазного перемешивания.
4. Microstructure of VT6 alloy:
a - Section of the semi-finished product after solid-phase mixing.

б - Поверхность разрушения полуфабриката. b - The destruction surface of the semi-finished product.

5. Микроструктура сплава 25Х15К:
а - Участок полуфабриката после твердофазного перемешивания.
5. Microstructure of alloy 25X15K:
a - Section of the semi-finished product after solid-phase mixing.

б - Поверхность разрушения полуфабриката. b - The destruction surface of the semi-finished product.

6. Схема процесса твердофазного перемешивания листовых заготовок:
а - Первый этап - сжатие.
6. Scheme of the process of solid-phase mixing of sheet blanks:
a - The first stage is compression.

б - Второй этап - протяжка. b - The second stage - broach.

в - Третий этап - кручение. c - The third stage is torsion.

7. Схема процесса твердофазного перемешивания заготовок в виде прутков:
а - Сборка заготовок.
7. Scheme of the process of solid-phase mixing of billets in the form of rods:
a - Assembly of blanks.

б - Первый этап - прямое выдавливание. b - The first stage is direct extrusion.

в - Второй этап - кручение. c - The second stage is torsion.

8. Схема процесса твердофазного перемешивания двух трубчатых заготовок:
а - Первый этап - сжатие вдоль оси симметрии заготовок.
8. Scheme of the process of solid-phase mixing of two tubular blanks:
a - The first stage - compression along the axis of symmetry of the workpieces.

б - Второй этап - протяжка. b - The second stage - broach.

в - Третий этап - кручение. c - The third stage is torsion.

9. Схема процесса твердофазного перемешивания трубчатой заготовки и установленного вовнутрь трубчатой заготовки прутка:
а - Сборка заготовок.
9. Scheme of the process of solid-phase mixing of the tubular billet and the bar installed inside the tubular billet:
a - Assembly of blanks.

б - Первый этап - сжатие заготовок вдоль оси, перпендикулярной оси симметрии заготовок. b - The first stage is the compression of the blanks along an axis perpendicular to the axis of symmetry of the blanks.

в - Второй этап - кручение. c - The second stage is torsion.

10. Схема процесса твердофазного перемешивания трубчатой заготовки и установленного вовнутрь трубчатой заготовки прутка:
а - Сборка заготовок.
10. Scheme of the process of solid-phase mixing of the tubular billet and the bar installed inside the tubular billet:
a - Assembly of blanks.

б - Первый этап - сжатие вдоль оси симметрии заготовок. b - The first stage is compression along the axis of symmetry of the workpieces.

в - Второй этап - протяжка. c - The second stage is a broach.

г - Третий этап - кручение. d - The third stage is torsion.

11. Схема второго цикла процесса получения композиционного полуфабриката за три этапа и два цикла:
а - Первый этап - сжатие.
11. Scheme of the second cycle of the process of obtaining a composite semi-finished product in three stages and two cycles:
a - The first stage is compression.

б - Второй этап - протяжка. b - The second stage - broach.

в - Третий этап - кручение. c - The third stage is torsion.

На фигурах, иллюстрирующих схемы процесса, изображения отдельных заготовок отличаются различной штриховкой. In the figures illustrating the process diagrams, the images of individual blanks differ in different hatching.

Примеры конкретного выполнения. Examples of specific performance.

Приведенные ниже примеры не исчерпывают областей применения заявляемого способа. В качестве иллюстрации представлены примеры, в которых полуфабрикаты, в том числе и крупногабаритные, получены из материалов, наиболее широко известных и используемых в технике. В частности, примеры 3 и 7, касающийся получения крупногабаритного полуфабриката из магнитного сплава 25Х15К и композиционного полуфабриката с использованием заготовок из магнитного сплава 25Х15К и жаропрочного сплава ЭИ435, подтверждают возможность получения полуфабрикатов из жаропрочных, трудно деформируемых материалов. The following examples do not exhaust the scope of the proposed method. By way of illustration, examples are presented in which semi-finished products, including large-sized ones, are obtained from materials that are most widely known and used in technology. In particular, examples 3 and 7, concerning the preparation of a large-sized semi-finished product from a 25X15K magnetic alloy and a composite semi-finished product using blanks from a 25X15K magnetic alloy and the heat-resistant alloy EI435, confirm the possibility of obtaining semi-finished products from heat-resistant, difficult to deform materials.

Во всех примерах температурно-скоростные условия выбирают с учетом заданной микроструктуры в полуфабрикате, а также исходной микроструктуры в заготовках. In all examples, the temperature and speed conditions are selected taking into account the given microstructure in the semi-finished product, as well as the initial microstructure in the workpieces.

Кроме того, в некоторых примерах температурно-скоростные условия выбираются также с учетом свойств полуфабрикатов. In addition, in some examples, temperature and speed conditions are also selected taking into account the properties of the semi-finished products.

Во всех примерах обработки двухфазных титановых сплавов применяли режимы горячей деформации, соответствующие оптимальным режимам сверхпластичности. In all examples of processing two-phase titanium alloys, hot deformation modes corresponding to optimal superplasticity modes were used.

Пример 1. Example 1

Твердофазному перемешиванию подвергают две цилиндрические заготовки из двухфазного титанового сплава ВТ9 (Ti - основа; 5,8-7,0 Al; 2,8-3,8 Мо; 0,8-2,0 Zr; 0,2-0,35 Si). Микрокристаллическую структуру в заготовках готовят в процессе горячей деформации в условиях сложного нагружения, используя установку для сложного нагружения по режимам, обеспечивающим получение микроструктуры со средним размером зерен ~5,0 мкм. После термомеханической обработки заготовки имеют глобулярную микроструктуру со средним размером зерен dcp=4,0-5,0 мкм, равномерно распределенную во всем объеме заготовок. Выбирают две заготовки. Диаметр заготовок - 130,0 мм, длина каждой -100,0 мм. Two cylindrical billets of two-phase VT9 titanium alloy (Ti - base; 5.8-7.0 Al; 2.8-3.8 Mo; 0.8-2.0 Zr; 0.2-0.35) are subjected to solid-phase mixing Si). The microcrystalline structure in the workpieces is prepared in the process of hot deformation under complex loading conditions using a complex loading apparatus according to the regimes providing a microstructure with an average grain size of ~ 5.0 μm. After thermomechanical processing, the preforms have a globular microstructure with an average grain size dcp = 4.0-5.0 μm, uniformly distributed over the entire volume of the preforms. Two blanks are selected. The diameter of the blanks is 130.0 mm, the length of each is 100.0 mm.

Обработку заготовок выполняют, применяя следующее технологическое оборудование:
1. Вакуумная печь с газораспределительным пультом.
Processing blanks is performed using the following processing equipment:
1. Vacuum furnace with gas distribution panel.

2. Раскатной стан. 2. Rolling mill.

3. Гидравлический пресс усилием 630 тонн с установленным на нижней штамповой плите поворотным столом. 3. 630 tons hydraulic press with a rotary table mounted on the lower die plate.

Процесс осуществляют за три этапа. Схема осуществления процесса представлена на фиг.2а, б, в. The process is carried out in three stages. A diagram of the process is presented in figa, b, c.

Перед первым, основным этапом обработки заготовок выполняют дополнительную операцию - твердофазное соединение заготовок. Для чего соединяемые торцевые поверхности заготовок очищают от грязи и обезжиривают, промывая в ацетоне. Далее заготовки совмещают по обработанным поверхностям. Затем их устанавливают в приспособление, позволяющее передавать равномерное усилие сжатия по всей торцевой поверхности заготовок, передавая усилие на заготовки газообразным аргоном через гибкую металлическую мембрану. Приспособление с установленными в них заготовками помещают в вакуумную печь. В рабочей камере печи создают вакуум остаточным давлением 5,0•10-3 Па и осуществляют разогрев заготовок до температуры 920oС. Температуру сварки выбирают на 30oС ниже температуры последующей деформационной обработки с целью предотвратить рост зерна в заготовках при их высокотемпературной выдержке на этапе образования соединения. После выхода температуры на рабочий уровень заготовки сжимают, прикладывая к торцевым поверхностям давление 2,0 МПа. Заготовки выдерживают под заданным давлением в течение одного часа. После чего давление снимают, температуру понижают, доводя до комнатной, в рабочую камеру вакуумной печи напускают воздух, приспособление извлекают из печи, разбирают и вынимают из него сваренные заготовки.Before the first, main stage of workpiece processing, an additional operation is performed - solid-phase connection of the workpieces. Why the connected end surfaces of the workpieces are cleaned of dirt and degreased by rinsing in acetone. Next, the workpieces are combined on the treated surfaces. Then they are installed in a device that allows to transmit uniform compression force over the entire end surface of the workpieces, transmitting the force to the workpieces with gaseous argon through a flexible metal membrane. The device with the blanks installed in them is placed in a vacuum oven. In the working chamber of the furnace, a vacuum is created with a residual pressure of 5.0 • 10 -3 Pa and the workpieces are heated to a temperature of 920 o C. The welding temperature is selected 30 o C below the temperature of the subsequent deformation processing in order to prevent grain growth in the workpieces during their high-temperature exposure to the stage of formation of the compound. After the temperature reaches the working level, the workpieces are compressed by applying a pressure of 2.0 MPa to the end surfaces. The workpieces are kept at a given pressure for one hour. After that, the pressure is removed, the temperature is lowered, bringing it to room temperature, air is let into the working chamber of the vacuum furnace, the device is removed from the furnace, the welded workpieces are dismantled and removed from it.

Первый этап твердофазного перемешивания - сжатие заготовок с кручением до получения шайбы выполняют на гидравлическом прессе, снабженным поворотным столом (фиг.2а). The first stage of solid-phase mixing - compression of the workpieces with torsion to obtain the washer is performed on a hydraulic press equipped with a rotary table (figa).

Процесс сжатия направлен на то, чтобы увеличить площадь первоначальной поверхности соединения примерно на 60%. Совмещение сжатия с кручением направлено на интенсификацию процессов внутризеренного скольжения по различным системам скольжения и образования устойчивых к аннигиляции дислокационных скоплений, которые способствуют динамической рекристаллизации, что приводит к дополнительному измельчению исходного зерна в среднем на 10-15%. Применение реверсивного кручения снижает потребные усилия, как показывает практика в среднем на 20%. The compression process aims to increase the initial surface area of the joint by about 60%. The combination of compression with torsion is aimed at intensifying the processes of intragranular slip along various slip systems and the formation of annihilation-resistant dislocation clusters that contribute to dynamic recrystallization, which leads to additional grinding of the initial grain by an average of 10-15%. The use of reverse torsion reduces the required effort, as practice shows on average by 20%.

Режим обработки заготовок на первом этапе следующий:
- температура деформации - 950oС;
- скорость деформации ~10-3 с-1;
- степень обжатия заготовок по высоте - 60%,
- скорость вращения поворотного стола - 1,0 оборот/мин.
The workpiece processing mode in the first stage is as follows:
- deformation temperature - 950 o C;
- strain rate ~ 10 -3 s -1 ;
- the degree of compression of the workpieces in height - 60%,
- rotational speed of the turntable - 1.0 revolution / min.

- направление вращения в процессе обработки изменяют четыре раза. - the direction of rotation during processing is changed four times.

На втором этапе полученную шайбу протягивают вдоль направления, перпендикулярного оси шайбы до образования прутка. Протяжку выполняют со степенью деформации, обеспечивающей изменения как ориентации поверхности соединения относительно первоначального положения (фиг.2б), а также и площади первоначального соединения. In a second step, the resulting washer is pulled along a direction perpendicular to the axis of the washer until a rod is formed. The broach is performed with a degree of deformation, providing changes in both the orientation of the surface of the connection relative to the initial position (figb), as well as the area of the initial connection.

Режим протяжки шайбы следующий:
- температура деформации - 950oС;
- скорость деформации ~10-3 с-1.
Washer pull mode is as follows:
- deformation temperature - 950 o C;
- strain rate ~ 10 -3 s -1 .

Протяжку осуществляют на гидравлическом прессе. The broach is carried out on a hydraulic press.

После протяжки получают пруток, который подвергают механической обработке на токарном станке для удаления дефектов с поверхности. Размеры прутка следующие: длина - 200,0 мм, диаметр - 100,0 мм. Поверхность соединения после протяжки становится параллельной образующей прутка. After broaching get a bar, which is subjected to machining on a lathe to remove defects from the surface. The dimensions of the bar are as follows: length - 200.0 mm, diameter - 100.0 mm. The surface of the joint after drawing becomes parallel to the generatrix of the bar.

Третий этап - кручение прутка (фиг.2в). Дополнительно с кручением к прутку прикладывают сжимающую нагрузку. Кручение выполняют на раскатном стане. Режим обработки прутка кручением в сочетании с растяжением следующий:
температура деформации - 950oС;
- скорость вращения подвижного захвата - 0,5 оборота/мин;
- количество оборотов - 10;
- степень обжатия заготовок по высоте - 20%.
The third stage is the torsion of the bar (pigv). Additionally, with torsion, a compressive load is applied to the bar. Torsion is performed on a rolling mill. The processing mode of the torsion bar in combination with tension is as follows:
deformation temperature - 950 o C;
- rotation speed of the movable gripper - 0.5 revolution / min;
- number of revolutions - 10;
- the degree of compression of the workpieces in height - 20%.

По завершению третьего этапа первоначальная плоская поверхность соединения, разделяющая заготовку на две части, трансформируется в винтовую поверхность, которая как бы разделяет заготовку на несколько частей (фиг.2в). Увеличение количества оборотов приводит к увеличению частей, на которые делится заготовка, и соответственно площади первоначального соединения. При этом увеличение количества оборотов приводит к тому, что большая часть винтовой поверхности стремиться занять положение, перпендикулярное оси заготовки. Upon completion of the third stage, the initial flat surface of the connection, dividing the workpiece into two parts, is transformed into a helical surface, which seems to divide the workpiece into several parts (pigv). An increase in the number of revolutions leads to an increase in the parts into which the workpiece is divided, and, accordingly, the area of the initial joint. Moreover, an increase in the number of revolutions leads to the fact that most of the helical surface tend to occupy a position perpendicular to the axis of the workpiece.

На фиг. 3а представлена микроструктура полуфабриката после заключительного третьего этапа процесса твердофазного перемешивания на участке, включающем зону соединения заготовок друг с другом, свидетельствующий об отсутствии дефектов соединении. На фиг.3б представлена поверхность разрушения полуфабриката на этом участке. Вязкий, ячеистый излом свидетельствует о том, что разрушение происходит не по поверхности соединения, а по основному материалу. In FIG. 3a shows the microstructure of the semi-finished product after the final third stage of the solid-phase mixing process in the area, including the zone of connection of the blanks with each other, indicating the absence of joint defects. On figb presents the destruction surface of the semi-finished product in this area. A viscous, cellular fracture indicates that fracture does not occur along the surface of the joint, but along the base material.

Выполненный ультразвуковой контроль показал высокую степень однородности распределения микроструктуры в объеме всего полуфабриката. Результаты металлогафического анализа свидетельствуют о том, что размер зерен в полуфабрикате составляет величину d=5,0-6,0 мкм. Дефектов в виде микропор в зоне контакта заготовок обнаружено не было. После третьего этапа обработки предел прочности материала полуфабриката равен пределу прочности материала заготовок в исходном состоянии и соответствует значению σв =900 МПа.The performed ultrasonic testing showed a high degree of uniformity in the distribution of the microstructure in the volume of the entire semi-finished product. The results of metallogaphic analysis indicate that the grain size in the semi-finished product is d = 5.0-6.0 μm. No micropore defects were found in the contact zone of the workpieces. After the third stage of processing, the tensile strength of the semi-finished material is equal to the tensile strength of the workpiece material in the initial state and corresponds to the value of σ in = 900 MPa.

Пример 2. Example 2

Твердофазному перемешиванию подвергают две цилиндрические заготовки из двухфазного титанового сплава ВТ6 (Ti - основа; 5,3-6,5 Аl; 3,5-4,5 V). Two cylindrical billets of two-phase VT6 titanium alloy (Ti - base; 5.3-6.5 Al; 3.5-4.5 V) are subjected to solid-phase mixing.

Заготовки имеют глобулярную микроструктуру со средним размером зерен dcp= 4,0-6,0 мкм, равномерно распределенную во всем объеме. Выбирают две заготовки. Размеры заготовок такие же, как в предыдущем примере. Заготовки обрабатывают за три этапа аналогично примеру 1. The blanks have a globular microstructure with an average grain size dcp = 4.0-6.0 μm, uniformly distributed throughout the volume. Two blanks are selected. The dimensions of the blanks are the same as in the previous example. The workpieces are processed in three stages as in example 1.

Применяют следующее технологическое оборудование:
1. Гидравлический пресс усилием 630 тонн с установленным на нижней штамповой плите поворотным столом.
Apply the following processing equipment:
1. A hydraulic press with a force of 630 tons with a rotary table mounted on the lower die plate.

Учитывая то обстоятельство, что в основе первого этапа твердофазного перемешивания лежит операция сжатия, процесс твердофазного соединения заготовок совмещают с первым этапом. Для чего поверхности заготовок очищают от загрязнения и обезжиривают в ацетоне. Далее заготовки совмещают по подготовленным поверхностям, устанавливают между плоскопараллельными плитами штампа и сжимают. Затем заготовки нагревают, постоянно поддерживая усилие сжатие на заготовках на уровне ~0,5-0,7 от уровня текущего значения напряжения течения. Данная операция направлена на предотвращение окисления поверхностей соединения обрабатываемых заготовок и реализацию эффекта автовакуумирования. После выхода температуры на уровень 910-915oС осуществляют выдержку заготовок под действием сжимающего усилия в течение 30 мин. После чего процесс продолжают, выполняя сжатие заготовок с одновременным реверсивным закручиванием до получения шайбы.Considering the fact that the compression operation is the basis of the first stage of solid-phase mixing, the process of solid-phase joining of workpieces is combined with the first stage. Why surfaces of the workpieces are cleaned of contamination and degreased in acetone. Next, the workpieces are combined on prepared surfaces, set between plane-parallel plates of the stamp and compressed. Then the workpieces are heated, constantly maintaining the compression force on the workpieces at a level of ~ 0.5-0.7 from the level of the current value of the flow stress. This operation is aimed at preventing oxidation of the joining surfaces of the workpieces and the implementation of the auto-vacuum effect. After the temperature reaches the level of 910-915 o With carry out the exposure of the workpieces under the action of compressive forces for 30 minutes After that, the process is continued, compressing the workpieces with simultaneous reverse twisting to obtain the washer.

Режим обработки заготовок на первом этапе следующий:
- температура деформации - 930oС;
- скорость осевой компоненты деформации ~10-3 с-1;
- степень обжатия заготовок по высоте - 60%;
- скорость вращения поворотного стола - 1,0 оборот/мин;
- направления вращения в процессе обработки изменяют четыре раза.
The workpiece processing mode in the first stage is as follows:
- deformation temperature - 930 o C;
- the velocity of the axial component of the strain ~ 10 −3 s −1 ;
- the degree of compression of the workpieces in height - 60%;
- rotary table rotation speed - 1.0 rpm;
- the direction of rotation during processing is changed four times.

На втором этапе полученную шайбу протягивают вдоль направления, перпендикулярного оси шайбы, до образования прутка. At the second stage, the obtained washer is pulled along the direction perpendicular to the axis of the washer until a rod is formed.

Режим протяжки шайбы следующий:
- температура деформации - 930oС;
- скорость деформации ~10-3 с-1.
Washer pull mode is as follows:
- deformation temperature - 930 o C;
- strain rate ~ 10 -3 s -1 .

После протяжки получают пруток, который подвергают механической обработке на токарном станке. После удаления дефектов с поверхности прутка в процессе токарной обработки размеры прутка становятся следующими: длина - 200,0 мм, диаметр - 100,0 мм. After broaching get a bar, which is subjected to machining on a lathe. After removing defects from the surface of the bar during turning, the dimensions of the bar become the following: length - 200.0 mm, diameter - 100.0 mm.

Третий этап - кручение прутка. Дополнительно с кручением к прутку прикладывают сжимающую нагрузку. The third stage is the torsion of the bar. Additionally, with torsion, a compressive load is applied to the bar.

Режим обработки прутка следующий:
- температура деформации - 930oС;
- скорость вращения подвижного захвата - 0,5 оборота/мин;
- количество оборотов поворотного стола - 10;
- степень обжатия заготовок по высоте - 15%.
The bar processing mode is as follows:
- deformation temperature - 930 o C;
- rotation speed of the movable gripper - 0.5 revolution / min;
- the number of revolutions of the rotary table - 10;
- the degree of compression of the workpieces in height - 15%.

Поскольку в данном примере использована схема обработки заготовок аналогичная примеру 1. Следовательно, изменение площади исходной поверхности, ее формы и ориентации в пространстве также происходит аналогично примеру 1. Since in this example we used a workpiece processing scheme similar to Example 1. Therefore, the change in the area of the original surface, its shape and orientation in space also occurs similarly to example 1.

На фиг.4а представлена микроструктура полуфабриката в зоне контакта заготовок друг с другом после заключительного третьего этапа процесса твердофазного перемешивания, а на фиг.4б - поверхность разрушения на участке полуфабриката в зоне соединения. On figa presents the microstructure of the semi-finished product in the zone of contact of the preforms with each other after the final third stage of the solid-phase mixing process, and on figb - the fracture surface in the semi-finished product in the connection zone.

Результаты металлогафического и ультразвукового анализов показали высокую однородность распределения микроструктуры по всему объему полуфабриката. Средний размер зерен в полуфабрикате составил величину d=5,0-6,0 мкм. Дефектов в виде микропор в зоне контакта заготовок обнаружено не было. После третьего этапа обработки предел прочности материала полуфабриката был равен пределу прочности материала заготовок в исходном состоянии и соответствовал значению σв =910 МПа.The results of metallogaphic and ultrasonic analyzes showed a high uniformity of the distribution of the microstructure over the entire volume of the semi-finished product. The average grain size in the semi-finished product was d = 5.0-6.0 μm. No micropore defects were found in the contact zone of the workpieces. After the third stage of processing, the tensile strength of the semi-finished material was equal to the tensile strength of the workpiece material in the initial state and corresponded to the value of σ in = 910 MPa.

Пример 3. Example 3

Получают полуфабрикат из железо-хром-кобальтного сплава 25Х15К. В качестве заготовок используют десять шайб высотой 25,0 мм и диаметром 90,0 мм. A semifinished product of iron-chromium-cobalt alloy 25X15K is obtained. Ten blanks with a height of 25.0 mm and a diameter of 90.0 mm are used as blanks.

Настоящий пример иллюстрирует возможность получения крупногабаритного полуфабриката из отдельных заготовок прецизионного сплава, к которому предъявляются повышенные требования по однородности распределения химического состава во всем объеме. This example illustrates the possibility of obtaining a large-sized semi-finished product from individual billets of a precision alloy, which are subject to increased requirements for uniform distribution of the chemical composition in the entire volume.

Учитывая то, что сплав 25Х15К относится к классу трудно деформируемых и трудно свариваемых материалов по сравнению с двухфазными титановыми сплавами, используемыми в примерах 1 и 2, дополнительно подтверждается возможность использования заявляемого метода для получения полуфабрикатов, в том числе и крупногабаритных, из трудно деформируемых и трудно свариваемых материалов. Given the fact that the alloy 25X15K belongs to the class of difficultly deformed and difficult to weld materials compared to the two-phase titanium alloys used in examples 1 and 2, the possibility of using the inventive method to obtain semi-finished products, including large ones, from difficultly deformed and difficult to confirm, is further confirmed welded materials.

В таблице представлен химический состав используемого сплава по ГОСТу, а также фактический состав, который получен в заготовках. Материал получают в виде отливок диаметром 40,0 мм и длиной 300,0 мм. Полученные прутки разрезают на мерные заготовки, а затем изготавливают шайбы, используя горячую пластическую деформацию. В качестве шайб допускается использование отливок. Как правило, такие отливки имеют мелкозернистую структуру с достаточно равномерным распределением легирующих элементов по объему. The table shows the chemical composition of the used alloy according to GOST, as well as the actual composition, which is obtained in the workpieces. The material is obtained in the form of castings with a diameter of 40.0 mm and a length of 300.0 mm. The resulting rods are cut into measured billets, and then washers are made using hot plastic deformation. Casting is allowed as washers. As a rule, such castings have a fine-grained structure with a fairly uniform distribution of alloying elements throughout the volume.

После горячей обработки шайбы имеют глобулярную микроструктуру со средним размером зерен dcp=10,0-20,0 мкм, которая равномерно распределена во всем их объеме. After hot working, the washers have a globular microstructure with an average grain size dcp = 10.0–20.0 μm, which is evenly distributed over their entire volume.

Используют трехэтапную обработку с предварительным твердофазным соединением заготовок друг с другом. Схема обработки аналогична примеру 1. Use three-stage processing with preliminary solid-phase connection of the workpieces with each other. The processing scheme is similar to example 1.

В данном примере используют следующее технологическое оборудование:
1. Вакуумная печь с газораспределительным пультом.
In this example, the following process equipment is used:
1. Vacuum furnace with gas distribution panel.

2. Paскатной стан. 2. Slope mill.

3. Гидравлический пресс усилием 630 тонн с установленным на нижней штамповой плите поворотным столом. 3. 630 tons hydraulic press with a rotary table mounted on the lower die plate.

Предварительное твердофазное соединение заготовок выполняют следующим образом. Торцевые поверхности шайб подвергают шлифовке, а затем обезжиривают, промывая последовательно в ацетоне, а затем в этиловом спирте. После чего заготовки совмещают по обработанным поверхностям. Затем устанавливают в приспособление, позволяющее передавать равномерное усилие сжатия по всей торцевой поверхности заготовок. Для этих целей используют метод твердофазного соединения газообразным аргоном, передавая усилие на заготовки через гибкую металлическую мембрану. Приспособление с установленными в них заготовками помещают в вакуумную печь. В рабочей камере печи создают вакуум остаточным давлением 5,0•10-3 Па и осуществляют разогрев заготовок до температуры 1300oС. Температуру выбирают, исходя из того, что окислы основных и легирующих сплав элементов на поверхности соединения сублимируются, т.е. происходит ее самоочистка.Preliminary solid-phase connection of the workpieces is as follows. The end surfaces of the washers are ground and then degreased, washing successively in acetone and then in ethanol. After that, the workpieces are combined on the treated surfaces. Then installed in the device, allowing to transmit uniform compression force over the entire end surface of the workpieces. For these purposes, the method of solid-phase bonding with gaseous argon is used, transferring force to the workpieces through a flexible metal membrane. The device with the blanks installed in them is placed in a vacuum oven. In the working chamber of the furnace, a vacuum is created with a residual pressure of 5.0 • 10 -3 Pa and the preforms are heated to a temperature of 1300 o C. The temperature is selected based on the fact that the oxides of the main and alloying alloy elements on the connection surface are sublimated, i.e. self-cleaning takes place.

После выхода температуры на рабочий уровень заготовки сжимают, прикладывая к торцевым поверхностям давление 2,0 МПа. Заготовки выдерживают под заданным давлением в течение одного часа. После чего давление снимают, температуру понижают, доводя до комнатной, в рабочую камеру вакуумной печи напускают воздух, приспособление извлекают из печи и разбирают, вынимая из него сваренные заготовки. After the temperature reaches the working level, the workpieces are compressed by applying a pressure of 2.0 MPa to the end surfaces. The workpieces are kept at a given pressure for one hour. After that, the pressure is removed, the temperature is lowered, bringing to room temperature, air is let into the working chamber of the vacuum furnace, the device is removed from the furnace and disassembled, removing the welded workpieces from it.

Первый этап - получение шайбы в процессе сжатия с одновременным реверсивным кручением выполняют на воздухе. Заготовки обрабатывают, используя следующий режим:
- температура деформации - 960oС;
- скорость деформации ~10-3 с-1;
- степень обжатия заготовок по высоте - 60%;
- скорость вращения поворотного стола - 1,0 оборота/мин;
- направление вращения в процессе обработки изменяли четыре раза.
The first stage is to obtain the puck in the compression process with simultaneous reverse torsion performed in air. Billets are processed using the following mode:
- deformation temperature - 960 o C;
- strain rate ~ 10 -3 s -1 ;
- the degree of compression of the workpieces in height - 60%;
- rotational speed of the turntable - 1.0 revolution / min;
- the direction of rotation during processing was changed four times.

На втором этапе полученную шайбу протягивают вдоль направления, перпендикулярного оси шайбы, до образования прутка. At the second stage, the obtained washer is pulled along the direction perpendicular to the axis of the washer until a rod is formed.

Режим протяжки шайбы следующий:
- температура деформации - 960oС;
- скорость деформации - ~10-3 с-1.
Washer pull mode is as follows:
- deformation temperature - 960 o C;
- strain rate - ~ 10 -3 s -1 .

После протяжки получают пруток, который подвергают механической обработке на токарном станке. После удаления дефектов с поверхности размеры прутка следующие: длина - 230,0 мм, диаметр - 90,0 мм. After broaching get a bar, which is subjected to machining on a lathe. After removing defects from the surface, the dimensions of the bar are as follows: length - 230.0 mm, diameter - 90.0 mm.

Третий этап - кручение прутка. Дополнительно с кручением к прутку прикладывают сжимающую нагрузку. The third stage is the torsion of the bar. Additionally, with torsion, a compressive load is applied to the bar.

Режим обработки прутка следующий:
- температура деформации - 960oС;
- скорость вращения подвижного захвата - 0,5 оборота/мин;
- количество оборотов поворотного стола - 10;
- степень обжатия заготовок по высоте - 15%.
The bar processing mode is as follows:
- deformation temperature - 960 o C;
- rotation speed of the movable gripper - 0.5 revolution / min;
- the number of revolutions of the rotary table - 10;
- the degree of compression of the workpieces in height - 15%.

В данном примере, как и в предыдущем, использована схема обработки заготовок аналогично примеру 1. Следовательно, изменение площади исходной поверхности, ее формы и ориентации в пространстве происходит так же, как в примере 1. In this example, as in the previous one, the workpiece processing scheme is used similarly to example 1. Therefore, the change in the area of the initial surface, its shape and orientation in space occurs in the same way as in example 1.

На фиг. 5а представлена микроструктура полуфабриката в зоне контакта заготовок друг с другом после заключительного третьего этапа процесса твердофазного перемешивания, а на фиг.5б - поверхность разрушения. In FIG. 5a shows the microstructure of the semi-finished product in the contact zone of the preforms with each other after the final third stage of the solid-phase mixing process, and Fig. 5b shows the fracture surface.

Результаты металлогафического и ультразвукового анализов показали высокую однородность распределения микроструктуры по всему объему полуфабриката. Средний размер зерен в полуфабрикате составил величину dcp=15,0-25,0 мкм. Дефектов в виде микропор в зоне контакта заготовок обнаружено не было. После третьего этапа обработки предел прочности материала полуфабриката был равен пределу прочности материала заготовок в исходном состоянии и соответствовал значению σв =680 МПа.The results of metallogaphic and ultrasonic analyzes showed a high uniformity of the distribution of the microstructure over the entire volume of the semi-finished product. The average grain size in the semi-finished product was dcp = 15.0-25.0 μm. No micropore defects were found in the contact zone of the workpieces. After the third treatment step the tensile strength was equal semifinished material strength limit of the material blanks in the initial state and corresponds to a value of σ = 680 MPa.

После деформационной обработки была проведена стандартная термомагнитная обработка полуфабриката, причем направление внешнего поля было перпендикулярно оси полуфабриката. After deformation processing, standard thermomagnetic processing of the semi-finished product was carried out, and the direction of the external field was perpendicular to the axis of the semi-finished product.

Замеры магнитных свойств полуфабриката показали, что коэрцитивная сила равна Нс=38,0 кА/м, а остаточная индукция равна Вr=1,0 Тл, что соответствует значениям, которые определены ГОСТом на данный материал.Measurements of the magnetic properties of the semi-finished product showed that the coercive force is equal to N s = 38.0 kA / m, and the residual induction is equal to Br = 1.0 T, which corresponds to the values determined by GOST for this material.

Пример 4. Example 4

Твердофазному перемешиванию подвергают десять листовых заготовок из титанового сплава ВТ9 (Ti - основа; 5,8-7,0 Аl; 2,8-3,8 Мо; 0,8-2,0 Zr; 0,2-0,35 Si). Ten sheet blanks of VT9 titanium alloy are subjected to solid-phase mixing (Ti - base; 5.8-7.0 Al; 2.8-3.8 Mo; 0.8-2.0 Zr; 0.2-0.35 Si )

Субмикрокристаллическую структуру получают деформационно-термической обработкой заготовок, предварительно подвергнутых водородному пластифицированию и последующей горячей прокаткой материала в полосы на изотермическом прокатном стане. The submicrocrystalline structure is obtained by deformation-heat treatment of billets previously subjected to hydrogen plasticization and subsequent hot rolling of the material into strips on an isothermal rolling mill.

Размеры листовых заготовок следующие:
- ширина - 20,0 мм;
- толщина - 3,0 мм;
- длина - 200,0 мм.
The dimensions of the sheet blanks are as follows:
- width - 20.0 mm;
- thickness - 3.0 mm;
- length - 200.0 mm.

В исходном состоянии заготовки имеют субмикрокристаллическую структуру со средним размером зерен d=0,4-0,6 мкм. In the initial state, the preforms have a submicrocrystalline structure with an average grain size d = 0.4-0.6 μm.

Твердофазное перемешивание осуществляют за три этапа: первый этап - сжатие заготовок вдоль направления, перпендикулярного поверхности соединения (фиг. 6а); второй этап - протяжка заготовок (фиг.6б) и третий этап - закручивание заготовок с одновременным растяжением (фиг.6в). Solid-phase mixing is carried out in three stages: the first stage is the compression of the workpieces along the direction perpendicular to the surface of the connection (Fig. 6a); the second stage is the broaching of the blanks (Fig.6b) and the third stage is the twisting of the blanks with simultaneous stretching (Fig.6b).

В данном примере используют следующее технологическое оборудование:
1. Вакуумная печь с газораспределительным пультом.
In this example, the following process equipment is used:
1. Vacuum furnace with gas distribution panel.

2. Гидравлический пресс усилием 630 тонн. 2. A hydraulic press with an effort of 630 tons.

3. Машина сложного нагружения. 3. The machine is complex loading.

Перед первым этапом осуществляют твердофазное соединение заготовок в вакуумной печи, совмещая этот процесс с удалением остаточного водорода из заготовок. Before the first stage, solid-phase connection of the workpieces in a vacuum furnace is carried out, combining this process with the removal of residual hydrogen from the workpieces.

Заготовки накладывают одна на другую, совмещая по большей из боковых сторон При этом образуется пачка. Сечение пачки 20,0 х 30,0 х 200,0 мм. Пачку устанавливают в приспособление, нагревают и соединяют. The blanks are laid one on top of the other, combining along most of the sides. A pack is formed. The section of the pack is 20.0 x 30.0 x 200.0 mm. The pack is installed in the device, heated and connected.

Режим получения твердофазного соединения следующий:
Остаточное давление в камере - 5•10-3 Па.
The mode of preparation of the solid phase compound is as follows:
The residual pressure in the chamber is 5 • 10 -3 Pa.

Температура сварки - 700oС.Welding temperature - 700 o C.

Сварочное давление - 3,0 МПа. Welding pressure - 3.0 MPa.

Время сварки - 1,0 час. Welding time - 1.0 hour.

Первый этап - сжатие заготовок до получения полосы выполняют на гидравлическом прессе. Режим обработки заготовок на первом этапе выбран следующим:
- температура деформации - 700oС;
- скорость деформации - 10-3 с-1;
- степень обжатия заготовок по высоте - 30%.
The first stage is the compression of the workpieces to obtain the strip is performed on a hydraulic press. The workpiece processing mode in the first stage is selected as follows:
- deformation temperature - 700 o C;
- strain rate - 10 -3 s -1 ;
- the degree of compression of the workpieces in height - 30%.

Второй этап - протяжка заготовок, которую выполняют по режимам, аналогичным первому этапу сжатия. После протяжки и последующей механической обработки на токарном станке пруток имеет диаметр 25,0 мм и длину 200,0 мм. The second stage is the broaching of blanks, which is performed according to the modes similar to the first stage of compression. After broaching and subsequent machining on a lathe, the bar has a diameter of 25.0 mm and a length of 200.0 mm.

Третий этап - кручение прутка. Кручение совмещают с растяжением. Горячее деформирование прутка выполняют на установке для сложного нагружения по следующему режиму:
- температура деформации - 700oС;
- скорость вращения подвижного захвата - 0,5 оборотов/мин;
- количество оборотов -10;
- скорость осевой компоненты деформации - 10-3 с-1;
- степень деформации осевой компоненты - 80%.
The third stage is the torsion of the bar. Torsion is combined with stretching. Hot deformation of the bar is performed on the installation for complex loading in the following mode:
- deformation temperature - 700 o C;
- rotation speed of the movable gripper - 0.5 rpm;
- number of revolutions -10;
- the speed of the axial component of the deformation is 10 -3 s -1 ;
- the degree of deformation of the axial component is 80%.

В данном примере использована схема обработки, в которой на третьем этапе производят интенсивное закручивание заготовок, следовательно, площадь исходной поверхности, ее форма и ориентация в пространстве изменяются так же, как и в примере 1 после третьего этапа. In this example, we used a processing scheme in which the third stage intensively twists the workpieces, therefore, the initial surface area, its shape and spatial orientation change in the same way as in example 1 after the third stage.

Результаты металлогафического и ультразвукового анализов показали высокую однородность распределения микроструктуры по всему объему заготовки. Средний размер зерен в полуфабрикате не превышал значения d=0,3-0,5 мкм. Дефектов в виде микропор в зоне контакта обнаружено не было. The results of metallogaphic and ultrasonic analyzes showed a high uniformity in the distribution of the microstructure over the entire volume of the workpiece. The average grain size in the semi-finished product did not exceed the value d = 0.3-0.5 microns. No micropore defects were detected in the contact zone.

Пример 5. Example 5

Твердофазному перемешиванию подвергают шесть длинномерных заготовок из технически чистого титана ВТ 1-0. Субмикрокристаллическую структуру в заготовках получали методом равноканального углового прессования. Поперечное сечение пересекающихся каналов было выполнено в виде равностороннего треугольника. Поэтому заготовки в сечении имели форму равностороннего треугольника со стороной - 20,0 мм. Длина каждой заготовки 100,0 мм. Six long billets of technically pure titanium VT 1-0 are subjected to solid-phase mixing. The submicrocrystalline structure in the workpieces was obtained by equal channel angular pressing. The cross section of the intersecting channels was made in the form of an equilateral triangle. Therefore, the blanks in cross section had the shape of an equilateral triangle with a side of 20.0 mm. The length of each workpiece is 100.0 mm.

В данном примере используют следующее технологическое оборудование:
1. Гидравлический пресс усилием 630 тонн.
In this example, the following process equipment is used:
1. 630 tons hydraulic press.

2. Машина сложного нагружения. 2. Complex loading machine.

В исходном состоянии заготовки имеют микроструктуру со средним размером зерен d=0,3-0,5 мкм. In the initial state, the preforms have a microstructure with an average grain size d = 0.3-0.5 microns.

Заготовки совмещают по боковым поверхностям, образуя пакет с шестигранным сечением. Пакет с натягом устанавливают в оболочку из технически чистого титана ВТ1-0 (фиг.7а), герметизируют по торцам, заваривая аргонодуговой сваркой, и соединяют с вакуумной системой посредством трубопровода. The workpieces are combined on the side surfaces, forming a package with a hexagonal section. An interference fit package is installed in a shell made of technically pure titanium VT1-0 (Fig. 7a), sealed at the ends, welded by argon-arc welding, and connected to a vacuum system via a pipeline.

Оболочку с установленными в него заготовками нагревают до температуры 200oС, из внутренней полости оболочки откачивают воздух до значения величины остаточного давления, равного В=5•10-2 Па, и осуществляют первый этап нагружения.The shell with the blanks installed in it is heated to a temperature of 200 o C, the air is pumped out of the inner cavity of the shell to the value of the residual pressure equal to B = 5 • 10 -2 Pa, and the first stage of loading is carried out.

Процесс получения полуфабриката твердофазным перемешиванием осуществляют за два этапа. Схема осуществления процесса представлена на фиг.7б, в. The process of obtaining the semi-finished product by solid-phase mixing is carried out in two stages. The process flow chart is presented in figb, c.

Первый этап совмещают с твердофазным соединением (фиг.7б). Заготовки сжимают в направлении, перпендикулярном оси симметрии, прямым выдавливанием контейнера с заготовками на гидравлическом прессе усилием 630 тонн. Величина обжатия при выдавливании составляет величину 2,0. Операцию выдавливания выполняют при температуре 200oС. Операция прямого выдавливания предусматривает деформирование заготовок в условиях сложного двухкомпонентного нагружения. В данном случае деформация радиального сжатия сочетается с деформацией осевого растяжения. Скорость подвижного пуансона при выдавливании равна 10,0 мм/мин.The first stage is combined with a solid-phase compound (Fig.7b). The blanks are compressed in a direction perpendicular to the axis of symmetry by direct extrusion of the container with blanks on a hydraulic press with an effort of 630 tons. The amount of compression during extrusion is 2.0. The extrusion operation is performed at a temperature of 200 o C. The direct extrusion operation involves the deformation of the workpieces in conditions of complex two-component loading. In this case, the radial compression strain is combined with the axial tensile strain. The speed of the movable punch during extrusion is 10.0 mm / min.

На втором этапе заготовки прямо в контейнере деформируют, сочетая кручение с растяжением (фиг.7в). Это сделано для того, чтобы исключить образование трещин на боковой поверхности заготовок, а также в целях экономии времени и средств. Деформацию кручением с растяжением выполняют на машине сложного нагружения. At the second stage, the blanks are deformed directly in the container, combining torsion with tension (Fig. 7c). This is done in order to exclude the formation of cracks on the side surface of the workpieces, as well as in order to save time and money. Torsional deformation with tension is performed on a complex loading machine.

Режим обработки заготовок на машине сложного нагружения следующий:
- температура деформации - 200oС;
- скорость вращения подвижного захвата - 0,5 оборотов/мин;
- количество оборотов - 10;
- скорость деформирования растяжением - 5,0 мм/мин.
The workpiece processing mode on the complex loading machine is as follows:
- deformation temperature - 200 o C;
- rotation speed of the movable gripper - 0.5 rpm;
- number of revolutions - 10;
- tensile deformation rate - 5.0 mm / min.

- величина деформации осевой компоненты растяжения - 20,0%. - the magnitude of the deformation of the axial component of the tension is 20.0%.

После обработки полуфабрикат протачивают, удаляя с поверхности материал контейнера. After processing, the semi-finished product is ground, removing the material of the container from the surface.

Результаты ультразвукового и металлогафического анализов показали высокую однородность распределения микроструктуры по всему объему полуфабриката. Средний размер зерен в полуфабрикате не превышал значения d=0,2-0,4 мкм. The results of ultrasonic and metallogaphic analyzes showed a high uniformity of the distribution of the microstructure over the entire volume of the semi-finished product. The average grain size in the semi-finished product did not exceed the value d = 0.2-0.4 μm.

Пример 6. Example 6

Получают полуфабрикат из железо-хром-кобальтного сплава 25Х15К, имеющего исходную микроструктуру, как в примере 3, В качестве заготовок используют десять шайб высотой 25,0 мм и диаметром 90,0 мм. Заготовки покрывают Ni толщиной 0,5 мм, гальванически осаживая его на соединяемые поверхности шайб. Покрытия в данном примере выполняют роль чередующихся прослоек из пластичного Ni и хрупкого 25Х15К материала. Схема обработки заготовок аналогична примеру 3. Изменен только режим твердофазного соединения. A semifinished product is obtained from an iron-chromium-cobalt alloy 25X15K having an initial microstructure, as in Example 3, Ten washers with a height of 25.0 mm and a diameter of 90.0 mm are used as blanks. The blanks are coated with 0.5 mm Ni, galvanically depositing it on the joined surfaces of the washers. Coatings in this example play the role of alternating layers of ductile Ni and brittle 25X15K material. The processing scheme for workpieces is similar to Example 3. Only the solid-phase compound mode is changed.

Настоящий пример, как и пример 3, иллюстрирует возможность получения крупногабаритного композиционного полуфабриката из отдельных заготовок прецизионного сплава, к которому предъявляются повышенные требования по однородности распределения химического состава в объеме магнитного материала. Чередующаяся прослойка технически чистого никеля обладает большей по сравнению с матричным сплавом (25Х15К) пластичностью и решает задачу предотвращения хрупкого разрушения материала как на этапе изготовления заготовок, так и на этапе эксплуатации изделий. Гальваническое нанесение покрытия предотвращает окисление поверхности заготовок из сплава 25Х15К при нагреве, дополнительно решая задачу снижения температуры твердофазного соединения заготовок, что приводит к снижению огрубления микроструктуры. This example, as well as example 3, illustrates the possibility of obtaining a large-sized composite semi-finished product from individual billets of a precision alloy, which are subject to increased requirements for the uniformity of the distribution of the chemical composition in the volume of the magnetic material. The alternating interlayer of technically pure nickel has a higher ductility compared to the matrix alloy (25X15K) and solves the problem of preventing brittle fracture of the material both at the stage of manufacturing the workpieces and at the stage of operation of the products. Galvanic coating prevents oxidation of the surface of 25X15K alloy billets upon heating, additionally solving the problem of lowering the temperature of the solid-phase bonding of billets, which leads to a decrease in the coarsening of the microstructure.

В таблице представлен химический состав используемого сплава по ГОСТу, а также фактический состав в заготовках. Заготовки получают в виде отливок диаметром 40,0 мм и длиной 300,0 мм. Полученные прутки разрезают на мерные заготовки, а затем изготавливают шайбы, используя горячую пластическую деформацию. The table shows the chemical composition of the alloy used according to GOST, as well as the actual composition in the workpieces. Billets are obtained in the form of castings with a diameter of 40.0 mm and a length of 300.0 mm. The resulting rods are cut into measured billets, and then washers are made using hot plastic deformation.

После горячей обработки шайбы имеют глобулярную микроструктуру со средним размером зерен dcp= 10,0-20,0 мкм, которая равномерно распределена во всем объеме. After hot working, the washers have a globular microstructure with an average grain size dcp = 10.0–20.0 μm, which is uniformly distributed throughout the volume.

После изготовления на поверхность шайб в процессе электрохимической обработки осаживают Ni. Толщина покрытия 0,5 мм. After manufacturing, Ni is deposited onto the surface of the washers during electrochemical processing. Coating thickness 0.5 mm.

В данном примере используют трехэтапную обработку заготовок с предварительным твердофазным соединением их друг с другом. Схема обработки аналогична примеру 3. In this example, three-stage processing of preforms with preliminary solid-phase connection of them with each other is used. The processing scheme is similar to example 3.

В примере используют следующее технологическое оборудование:
1. Вакуумная печь с газораспределительным пультом.
In the example, the following process equipment is used:
1. Vacuum furnace with gas distribution panel.

2. Paскатной стан. 2. Slope mill.

3. Гидравлический пресс усилием 630 тонн с установленным на нижней штамповой плите поворотным столом. 3. 630 tons hydraulic press with a rotary table mounted on the lower die plate.

Твердофазное соединение заготовок выполняют следующим образом. Перед сваркой торцевые поверхности шайб с нанесенным покрытием из Ni обезжиривают, промывая последовательно в ацетоне, а затем в этиловом спирте. После чего заготовки совмещают по обработанным поверхностям. Затем устанавливают приспособление, позволяющее передавать равномерное усилие сжатия по всей торцевой поверхности заготовок. Для этих целей используют технологию диффузионной сварки газом, передавая усилие на заготовки через гибкую металлическую мембрану. Приспособление с установленными в них заготовками помещают в вакуумную печь. В рабочей камере печи создают вакуум остаточным давлением 5,0•10-3 Па и осуществляют разогрев заготовок до температуры 1100oС. Температуру сварки выбирают, исходя из того, что поверхность Ni самоочищается, начиная с температуры 1000oС, а при 1100oC ее химическая активность уже достаточна для дополнительной очистки находящейся под ней поверхности матричного магнитного сплава. После выхода температуры на рабочий уровень заготовки сжимают, прикладывая к торцевым поверхностям давление 2,0 МПа. Заготовки выдерживают под заданным давлением в течение полутора часов. После чего давление снимают, температуру понижают, доводя до комнатной, в рабочую камеру вакуумной печи напускают воздух, приспособление извлекают из печи и разбирают, вынимая из него сваренные заготовки.Solid-phase connection of the workpieces is as follows. Before welding, the end surfaces of the Ni-coated washers are degreased by washing successively in acetone and then in ethanol. After that, the workpieces are combined on the treated surfaces. Then install a device that allows you to transfer uniform compression force over the entire end surface of the workpieces. For these purposes, gas diffusion welding technology is used, transferring force to the workpieces through a flexible metal membrane. The device with the blanks installed in them is placed in a vacuum oven. In the working chamber of the furnace, a vacuum is created with a residual pressure of 5.0 • 10 -3 Pa and the workpieces are heated to a temperature of 1100 o C. The welding temperature is selected based on the fact that the Ni surface is self-cleaning, starting at a temperature of 1000 o С, and at 1100 o C its chemical activity is already sufficient for additional cleaning of the surface of the matrix magnetic alloy located beneath it. After the temperature reaches the working level, the workpieces are compressed by applying a pressure of 2.0 MPa to the end surfaces. The workpieces are kept under the specified pressure for one and a half hours. After that, the pressure is removed, the temperature is lowered, bringing to room temperature, air is let into the working chamber of the vacuum furnace, the device is removed from the furnace and disassembled, removing the welded workpieces from it.

Первый этап - получение шайбы в процессе сжатия с одновременным реверсивным кручением выполняют на воздухе. Заготовки обрабатывают, используя следующий режим:
- температура деформации - 960oС;
- скорость деформации ~10-3 c-1;
- степень обжатия заготовок по высоте - 60%;
- скорость вращения поворотного стола - 1,0 оборота/мин.
The first stage is to obtain the puck in the compression process with simultaneous reverse torsion performed in air. Billets are processed using the following mode:
- deformation temperature - 960 o C;
- strain rate ~ 10 -3 s -1 ;
- the degree of compression of the workpieces in height - 60%;
- rotational speed of the turntable - 1.0 revolution / min.

- направление вращения в процессе обработки изменяют четыре раза. - the direction of rotation during processing is changed four times.

На втором этапе, полученную шайбу протягивают вдоль направления, перпендикулярного оси шайбы, до образования прутка. In a second step, the resulting washer is pulled along a direction perpendicular to the axis of the washer until a rod is formed.

Режим протяжки шайбы следующий:
- температура деформации - 960oС;
- скорость деформации - ~10-3 с-1.
Washer pull mode is as follows:
- deformation temperature - 960 o C;
- strain rate - ~ 10 -3 s -1 .

После протяжки получают пруток, который подвергают механической обработке на токарном станке. После удаления дефектов с поверхности размеры прутка следующие: длина - 230,0 мм, диаметр - 90,0 мм. After broaching get a bar, which is subjected to machining on a lathe. After removing defects from the surface, the dimensions of the bar are as follows: length - 230.0 mm, diameter - 90.0 mm.

Третий этап - кручение прутка. Дополнительно с кручением к прутку прикладывают сжимающую нагрузку. The third stage is the torsion of the bar. Additionally, with torsion, a compressive load is applied to the bar.

Режим обработки прутка следующий:
- температура деформации - 960oС;
- скорость вращения подвижного захвата - 0,5 оборота/мин;
- количество оборотов поворотного стола - 10;
- степень обжатия заготовок по высоте - 15%.
The bar processing mode is as follows:
- deformation temperature - 960 o C;
- rotation speed of the movable gripper - 0.5 revolution / min;
- the number of revolutions of the rotary table - 10;
- the degree of compression of the workpieces in height - 15%.

В данном примере использована схема обработки заготовок, аналогичная примеру 3. Следовательно, изменение площади исходной поверхности, ее формы и ориентации в пространстве происходит так же, как в примере 3. In this example, we used a workpiece processing scheme similar to Example 3. Therefore, the change in the area of the initial surface, its shape and orientation in space occurs in the same way as in example 3.

Результаты металлогафического и ультразвукового анализов показали высокую однородность распределения микроструктуры по всему объему полуфабриката. Средний размер зерен в полуфабрикате составил величину dcp=15,0-25,0 мкм. Дефектов в виде микропор в зоне контакта заготовок обнаружено не было. После третьего этапа обработки предел прочности материала полуфабриката был равен пределу прочности материала заготовок в исходном состоянии, а пластичность превышала пластичность основного материала в три раза. The results of metallogaphic and ultrasonic analyzes showed a high uniformity of the distribution of the microstructure over the entire volume of the semi-finished product. The average grain size in the semi-finished product was dcp = 15.0-25.0 μm. No micropore defects were found in the contact zone of the workpieces. After the third stage of processing, the tensile strength of the semi-finished material was equal to the tensile strength of the workpiece material in the initial state, and the ductility exceeded the ductility of the base material by three times.

После деформационной обработки была проведена стандартная термомагнитная обработка полуфабриката. Замеры магнитных свойств полуфабриката показали, что коэрцитивная сила в нем равна Нс=39,0 кА/м, а остаточная индукция равна Вr= 1,0 Тл, что соответствует значениям, которые определены ГОСТом на данный сплав.After deformation processing, standard thermomagnetic processing of the semi-finished product was carried out. Measurements of the magnetic properties of the semi-finished product showed that the coercive force in it is equal to N s = 39.0 kA / m, and the residual induction is equal to Br = 1.0 T, which corresponds to the values determined by GOST for this alloy.

Пример 7. Example 7

Получают композиционный полуфабрикат из чередующихся заготовок железо-хром-кобальтного сплава 25Х15К и сплава на никелевой основе ХН76Т (ЭИ435). Исходная микроструктура в сплаве 25Х15К такая же, как в примере 3. В сплаве ЭИ 435 средний размер зерен равен 20,0 мкм. A composite semi-finished product is obtained from alternating billets of an iron-chromium-cobalt alloy 25X15K and a nickel-based alloy XH76T (EI435). The initial microstructure in the 25X15K alloy is the same as in Example 3. In the EI 435 alloy, the average grain size is 20.0 μm.

Химический состав сплава 25Х15К представлен в таблице. Химический состав сплава ЭИ435 следующий (% по массе): 19,5-22,5 Cr; 0,15-0,35 Ti; ≤6,0 Fe; ≤0,8 Si; ≤0,7 Mn; ≤0,12 C; ≤0,0012 S; ≤0,015 Р; остальное Ni. The chemical composition of the alloy 25X15K is presented in the table. The chemical composition of the alloy EI435 is as follows (% by weight): 19.5-22.5 Cr; 0.15-0.35 Ti; ≤ 6.0 Fe; ≤0.8 Si; ≤0.7 Mn; ≤0.12 C; ≤0.0012 S; ≤0.015 P; the rest is Ni.

Сплав ЭИ435 при комнатной температуре имеет прочность σв ==800 МПа, пластичность δ=40% и коэффициент линейного расширения в интервале температур 20-1000oС - α=17,0•106, К-1.Alloy EI435 at room temperature has a strength σ == 800 MPa, the ductility δ = 40% and a coefficient of linear expansion in the temperature range 20-1000 o C - α = 17,0 • June 10, K -1.

Сплав 25Х15К при комнатной температуре имеет прочность σв ==700 МПа, пластичность сплава после термомагнитной обработки равна δ<1,0%, а коэффициент линейного расширения - α ==12,0•106, К-1.Alloy 25H15K at room temperature has a strength σ == 700 MPa, the ductility of the alloy after the magnetic annealing is δ <1,0%, a linear expansion coefficient - α == 12,0 • June 10, K -1.

Для получения полуфабриката используют пять шайб толщиной 10,0 мм из сплава ЭИ435 и четыре шайбы толщиной 25,0 мм из сплава 25Х15К. Диаметр всех шайб равен 90,0 мм. To obtain a semi-finished product, five washers 10.0 mm thick from EI435 alloy and four washers 25.0 mm thick from 25X15K alloy are used. The diameter of all washers is 90.0 mm.

Заготовки покрывают Ni толщиной 0,1 мм, гальванически осаживая его на соединяемые поверхности шайб. В данном примере применение покрытия, как и в предыдущем, связано с необходимостью снижения температуры сварки, а также с необходимостью восприпятствовать взаимодействию элементов легирования сплавов ЭИ435 и 25Х15К друг с другом с образованием хрупких соединений в процессе деформации. The blanks are coated with 0.1 mm thick Ni, galvanically depositing it on the joined surfaces of the washers. In this example, the use of the coating, as in the previous one, is associated with the need to reduce the welding temperature, as well as with the need to prevent the interaction of alloying elements of alloys EI435 and 25X15K with each other with the formation of brittle joints during deformation.

Схема обработки заготовок аналогична предыдущему примеру. The blank processing scheme is similar to the previous example.

Настоящий пример, как и примеры 3,6, иллюстрирует возможность получения крупногабаритного композиционного полуфабриката из отдельных заготовок прецизионного сплава, к которому предъявляются повышенные требования по однородности химического состава в объеме магнитного материала. Чередующиеся с магнитным слои из жаропрочного сплава ЭИ435 обладает большей прочностью, пластичностью, а также коэффициентом линейного расширения. Такое сочетание свойств решает задачу предотвращения хрупкого разрушения магнитного материала в композиционном роторе как на этапе изготовления заготовок, так и на этапе эксплуатации изделия. This example, as well as examples 3.6, illustrates the possibility of obtaining a large-sized composite semi-finished product from individual blanks of a precision alloy, which are subject to increased requirements for the uniformity of the chemical composition in the volume of the magnetic material. Alternating with magnetic layers of heat-resistant alloy EI435 has greater strength, ductility, as well as the coefficient of linear expansion. This combination of properties solves the problem of preventing brittle fracture of the magnetic material in the composite rotor both at the stage of manufacturing the blanks and at the stage of operation of the product.

Как и в предыдущих примерах, материал сплава 25Х15К получают в виде отливок диаметром 40,0 мм и длиной 300,0 мм. Полученные прутки разрезают на мерные заготовки, а затем изготавливают шайбы, используя горячую пластическую деформацию. As in the previous examples, the 25X15K alloy material is obtained in the form of castings with a diameter of 40.0 mm and a length of 300.0 mm. The resulting rods are cut into measured billets, and then washers are made using hot plastic deformation.

После горячей обработки шайбы имеют глобулярную микроструктуру со средним размером зерен dcp= 10,0-20,0 мкм, которая равномерно распределена во всем объеме. After hot working, the washers have a globular microstructure with an average grain size dcp = 10.0–20.0 μm, which is uniformly distributed throughout the volume.

Шайбы из сплава ЭИ435 изготавливают из деформированных прутков диаметром 40,0 мм. Washers from alloy EI435 are made from deformed rods with a diameter of 40.0 mm.

После изготовления на поверхность шайб в процессе электрохимической обработки осаживают Ni. Толщина покрытия 0,1 мм. After manufacturing, Ni is deposited onto the surface of the washers during electrochemical processing. Coating thickness 0.1 mm.

В данном примере используют трехэтапную обработку заготовок с предварительным твердофазным соединением их друг с другом. Схема обработки аналогична примеру 3. In this example, three-stage processing of preforms with preliminary solid-phase connection of them with each other is used. The processing scheme is similar to example 3.

В примере используют следующее технологическое оборудование:
1. Вакуумная печь с газораспределительным пультом.
In the example, the following process equipment is used:
1. Vacuum furnace with gas distribution panel.

2. Раскатной стан. 2. Rolling mill.

3. Гидравлический пресс усилием 630 тонн с установленным на нижней штамповой плите поворотным столом. 3. 630 tons hydraulic press with a rotary table mounted on the lower die plate.

Твердофазное соединение заготовок выполняют следующим образом. Solid-phase connection of the workpieces is as follows.

Перед сваркой торцевые поверхности шайб с нанесенным покрытием обезжиривают, промывая последовательно в ацетоне, а затем в этиловом спирте. После чего заготовки совмещают по обработанным поверхностям, чередуя их между собой. Затем устанавливают в приспособление, позволяющее передавать равномерное усилие сжатия по всей торцевой поверхности заготовок. Для этих целей используют метод твердофазного соединения газообразным аргоном, передавая усилие на заготовки через гибкую металлическую мембрану. Приспособление с установленными в них заготовками помещают в вакуумную печь. В рабочей камере печи создают вакуум остаточным давлением 5,0•10-3 Па и осуществляют разогрев заготовок до температуры 1100oС. Температуру сварки выбирают, исходя из того, что поверхность Ni самоочищается, начиная с температуры 1000oС, а при 1100oС ее химическая активность уже достаточна для дополнительной очистки находящейся под ней поверхности матричных сплавов.Before welding, the end surfaces of the coated washers are degreased by washing successively in acetone and then in ethanol. After that, the workpieces are combined on the treated surfaces, alternating between them. Then installed in the device, allowing to transmit uniform compression force over the entire end surface of the workpieces. For these purposes, the method of solid-phase bonding with gaseous argon is used, transferring force to the workpieces through a flexible metal membrane. The device with the blanks installed in them is placed in a vacuum oven. In the working chamber of the furnace, a vacuum is created with a residual pressure of 5.0 • 10 -3 Pa and the workpieces are heated to a temperature of 1100 o C. The welding temperature is selected based on the fact that the Ni surface is self-cleaning, starting at a temperature of 1000 o С, and at 1100 o Since its chemical activity is already sufficient for additional cleaning of the surface of matrix alloys located beneath it.

После выхода температуры на рабочий уровень заготовки сжимают, прикладывая к торцевым поверхностям давление 2,5 МПа. Заготовки выдерживают под заданным давлением в течение двух часов. После чего давление снимают, температуру понижают, доводя до комнатной, в рабочую камеру вакуумной печи напускают воздух, приспособление извлекают из печи и разбирают, вынимая из него сваренные заготовки. After the temperature reaches the working level, the workpieces are compressed by applying a pressure of 2.5 MPa to the end surfaces. The workpieces are kept at a given pressure for two hours. After that, the pressure is removed, the temperature is lowered, bringing to room temperature, air is let into the working chamber of the vacuum furnace, the device is removed from the furnace and disassembled, removing the welded workpieces from it.

Первый этап - получение шайбы в процессе сжатия с одновременным кручением выполняют на воздухе. Заготовки обрабатывают, используя следующий режим:
- температура деформации - 960oС;
- скорость деформации ~10-3 с-1;
- степень обжатия заготовок по высоте - 60%;
- скорость вращения поворотного стола - 1,0 оборота/мин.
The first stage is to obtain the puck in the compression process with simultaneous torsion performed in air. Billets are processed using the following mode:
- deformation temperature - 960 o C;
- strain rate ~ 10 -3 s -1 ;
- the degree of compression of the workpieces in height - 60%;
- rotational speed of the turntable - 1.0 revolution / min.

На втором этапе полученную шайбу протягивают вдоль направления, перпендикулярного оси шайбы, до образования прутка. At the second stage, the obtained washer is pulled along the direction perpendicular to the axis of the washer until a rod is formed.

Режим протяжки шайбы следующий:
- температура деформации - 960oС;
- скорость деформации - ~10-3 с-1.
Washer pull mode is as follows:
- deformation temperature - 960 o C;
- strain rate - ~ 10 -3 s -1 .

После протяжки получают пруток, который подвергают механической обработке на токарном станке. После удаления дефектов с поверхности размеры прутка следующие: длина - 230,0 мм, диаметр - 90,0 мм. After broaching get a bar, which is subjected to machining on a lathe. After removing defects from the surface, the dimensions of the bar are as follows: length - 230.0 mm, diameter - 90.0 mm.

Третий этап - кручение прутка. Дополнительно с кручением к прутку прикладывают сжимающую нагрузку. The third stage is the torsion of the bar. Additionally, with torsion, a compressive load is applied to the bar.

Режим обработки прутка следующий:
- температура деформации - 960oС,
- скорость вращения подвижного захвата - 0,5 оборота/мин;
- количество оборотов поворотного стола - 10;
- степень обжатия заготовок по высоте - 15%.
The bar processing mode is as follows:
- deformation temperature - 960 o C,
- rotation speed of the movable gripper - 0.5 revolution / min;
- the number of revolutions of the rotary table - 10;
- the degree of compression of the workpieces in height - 15%.

В данном примере использована схема обработки заготовок, аналогичная примеру 3. Следовательно, изменение площади исходной поверхности, ее формы и ориентации в пространстве происходит так же, как в примере 1. In this example, we used a workpiece processing scheme similar to Example 3. Therefore, the change in the area of the initial surface, its shape and orientation in space occurs in the same way as in example 1.

Результаты металлографического и ультразвукового анализов показали высокую однородность распределения микроструктуры по всему объему полуфабриката. Средний размер зерен в полуфабрикате составил величину dcp=15,0-25,0 мкм. Дефектов в виде микропор в зоне соединения заготовок обнаружено не было. После третьего этапа обработки предел прочности материала полуфабриката был равен пределу прочности материала заготовок в исходном состоянии и соответствовал значению σв =780 МПа, а пластичность соответствовала значению δ =10,0%.The results of metallographic and ultrasonic analyzes showed a high uniformity of the distribution of the microstructure throughout the volume of the semi-finished product. The average grain size in the semi-finished product was dcp = 15.0-25.0 μm. No defects in the form of micropores were found in the junction of the workpieces. After the third treatment step the tensile strength was equal semifinished material strength limit of the material blanks in the initial state and corresponds to a value of σ = 780 MPa and ductility corresponded to the value δ = 10,0%.

После деформационной обработки была проведена стандартная термомагнитная обработка полуфабриката. Замеры магнитных свойств полуфабриката показали, что коэрцитивная сила равна Нc=39,0 кА/м, а остаточная индукция равна Вr=1,0 Тл, что соответствует значениям, которые определены ГОСТом на выбранный магнитный материал.After deformation processing, standard thermomagnetic processing of the semi-finished product was carried out. Measurements of the magnetic properties of the semi-finished product showed that the coercive force is equal to Н c = 39.0 kA / m, and the residual induction is equal to Br = 1.0 T, which corresponds to the values determined by GOST for the selected magnetic material.

Пример 8. Example 8

Твердофазному перемешиванию подвергают две, предварительно установленные друг в друга трубчатые заготовки из сплава 25Х15К. Средний размер зерен в трубчатой заготовке равен 50,0-100,0 мкм. Для того чтобы улучшить микроструктуру заготовок и свести к минимуму образование дендритной ликвации, заготовки получают центробежным литьем. Solid-phase mixing is subjected to two tubular preforms of alloy 25X15K pre-installed in each other. The average grain size in the tubular billet is 50.0-100.0 μm. In order to improve the microstructure of the workpieces and minimize the formation of dendritic segregation, the workpieces are obtained by centrifugal casting.

Одна заготовка имеет внешний диаметр 120,0 мм, а толщину 15,0 мм. У второй заготовки внешний диаметр равен 90,0 мм, а толщина 15,0 мм. Длина заготовок равна 250,0 мм. Поверхности заготовок подвергают тонкому точению. Затем их обезжиривают и устанавливают с натягом одна в другую. К торцам герметично приваривают заглушки, соединяя внутреннюю полость сборки с вакуумной системой, через металлический трубопровод. One workpiece has an external diameter of 120.0 mm and a thickness of 15.0 mm. The second workpiece has an external diameter of 90.0 mm and a thickness of 15.0 mm. The length of the workpieces is 250.0 mm. The surface of the workpieces is subjected to fine turning. Then they are degreased and installed tightly one into the other. Plugs are hermetically welded to the ends, connecting the internal cavity of the assembly with the vacuum system through a metal pipe.

Обработку заготовок осуществляют за три этапа. Схема осуществления процесса представлена на фиг.8а, б, в. Processing blanks is carried out in three stages. The process flow chart is presented in figa, b, c.

Термомеханическую обработку выполняют на следующем технологическом оборудовании:
1. Газораспределительный пульт с системой для создания вакуума.
Thermomechanical processing is performed on the following process equipment:
1. Gas distribution panel with a system for creating a vacuum.

2. Раскатной стан. 2. Rolling mill.

3. Гидравлический пресс усилием 630 тонн со встроенным на нижней штамповой плите поворотным столом. 3. A hydraulic press with a force of 630 tons with a rotary table integrated on the lower die plate.

Первый этап - сжатие заготовок вдоль направления, перпендикулярного оси симметрии заготовки (фиг.8а). The first stage is the compression of the workpieces along the direction perpendicular to the axis of symmetry of the workpiece (figa).

Перед нагревом заготовок из внутренней полости сборки откачивают воздух, доводя остаточное давление до уровня В=5,0•10-2 Па. Затем осуществляют нагрев заготовки до температуры Т=1300oС, постоянно поддерживая во внутренней полости остаточное давление В=5,0•10-2 Па. После выхода температуры на заданный уровень заготовки сжимают, используя следующие режимы:
- температура деформации - 1300oС;
- скорость деформации ~10-3 с-1.
Before heating the workpieces, the air is pumped out of the internal cavity of the assembly, bringing the residual pressure to the level B = 5.0 • 10 -2 Pa. Then the workpiece is heated to a temperature of T = 1300 o C, constantly maintaining a residual pressure of B = 5.0 • 10 -2 Pa in the internal cavity. After the temperature reaches the preset level, the workpieces are compressed using the following modes:
- deformation temperature - 1300 o C;
- strain rate ~ 10 -3 s -1 .

Сжатие заготовок до смыкания внутренней поверхности и образования твердофазного соединения осуществляют в штампе специальной конфигурации, фиг.8а. Конструкция штампа обеспечивает локализацию деформации в области перегиба внутренней поверхности заготовок, выводя дефектные области в облой. Первый этап выполняют на гидравлическом прессе усилием 630 тонн. После смыкания половинок штампа осуществляют выдержку в сжатом состоянии в течение 0,5 часа. Compression of the workpieces until the inner surface is closed and the solid-phase compound is formed is carried out in a stamp of a special configuration, Fig. 8a. The design of the stamp provides localization of deformation in the area of inflection of the inner surface of the workpieces, removing the defective areas in the bulk. The first stage is performed on a hydraulic press with an effort of 630 tons. After closing the halves of the stamp carry out exposure in a compressed state for 0.5 hours.

На втором этапе у полуфабриката фрезерованием удаляют облой и протягивают на прессе, придавая ему форму цилиндра (фиг.8б). Режим обработки полуфабриката на втором этапе следующий:
- температура деформации - 960oС;
- скорость деформации - ~10-3 с-1.
At the second stage, the prefabricated mill is removed by milling and is pulled on the press, giving it the shape of a cylinder (Fig. 8b). The processing mode of the semi-finished product in the second stage is as follows:
- deformation temperature - 960 o C;
- strain rate - ~ 10 -3 s -1 .

После завершения второго этапа полуфабрикат протачивают на токарном станке до диаметра 100,0 мм и длины 200,0 мм. After the second stage is completed, the semi-finished product is machined on a lathe to a diameter of 100.0 mm and a length of 200.0 mm.

Третий этап - кручение полуфабриката (фиг.8в) осуществляют на раскатном стане. Для чего заготовку устанавливают в рабочее пространство раскатного стана, закрепляя в захватах вращающего устройства. The third stage is the torsion of the semi-finished product (pigv) is carried out on a rolling mill. Why the workpiece is installed in the working space of the rolling mill, fixing in the grips of the rotating device.

Перед деформацией заготовку нагревают до температуры 950oС, выдерживают в течение 0,5 часа и деформируют кручением со скоростью 0,5 оборота в минуту на шесть полных оборотов. В процессе деформации кручением максимальная деформация сосредоточена вблизи поверхности соединения, в зоне, где наиболее вероятно появление дефектов твердофазного соединения. Следовательно, интенсивная деформация в данном случае решает проблему залечивания дефектов твердофазного соединения, а также их перемешивания в объеме полуфабриката. На третьем этапе обработки полуфабриката так же, как и в предыдущих примерах, происходит увеличение площади поверхности твердофазного соединения и изменение ее формы.Before deformation, the workpiece is heated to a temperature of 950 o C, maintained for 0.5 hours and deformed by torsion at a speed of 0.5 revolutions per minute for six full revolutions. In the process of torsion deformation, the maximum deformation is concentrated near the surface of the joint, in the zone where defects of the solid-phase compound are most likely to occur. Therefore, intense deformation in this case solves the problem of healing defects of a solid-phase compound, as well as their mixing in the bulk of the semi-finished product. In the third stage of processing the semi-finished product, as in the previous examples, there is an increase in the surface area of the solid-phase compound and a change in its shape.

Проведенные ультразвуковой контроль и металлогафический анализ показали высокую однородность распределения микроструктуры по всему объему полуфабриката. Средний размер зерен в полуфабрикате составил величину d=15,0-20,0 мкм. Дефектов в виде микропор в зоне твердофазного соединения обнаружено не было. Ultrasonic testing and metallogaphic analysis showed a high uniformity of the distribution of the microstructure throughout the volume of the semi-finished product. The average grain size in the semi-finished product was d = 15.0-20.0 microns. No micropore defects were detected in the solid-phase compound zone.

После деформационной обработки была проведена стандартная термомагнитная обработка полуфабриката. Замеры магнитных свойств полуфабриката показали, что коэрцитивная сила равна Нс=37,0 кА/м, а остаточная индукция равна Вr= 1,10 Тл, что соответствует значениям, которые определены ГОСТом для данного материала.After deformation processing, standard thermomagnetic processing of the semi-finished product was carried out. Measurements of the magnetic properties of the semi-finished product showed that the coercive force is equal to N s = 37.0 kA / m, and the residual induction is equal to Br = 1.10 T, which corresponds to the values determined by GOST for this material.

Пример 9. Example 9

Твердофазному перемешиванию подвергают трубчатую заготовку и заготовку в виде цилиндрического прутка из сплава 25Х15К. Микроструктура в заготовках была такая же, как в примере 8. Химический состав сплава представлен в таблице. The tubular billet and the billet in the form of a cylindrical rod from 25X15K alloy are subjected to solid-phase mixing. The microstructure in the workpieces was the same as in example 8. The chemical composition of the alloy is presented in the table.

По сравнению с предыдущим данный пример иллюстрирует возможность полного исключения образование дефектов твердофазного соединения, начиная с первого этапа, при сохранении на высоком уровне свойств материала за счет уменьшения габаритов слитков. Compared to the previous one, this example illustrates the possibility of completely eliminating the formation of defects in a solid-phase compound, starting from the first stage, while maintaining a high level of material properties by reducing the dimensions of the ingots.

Трубчатая заготовка имеет внешний диаметр 90,0 мм, а толщину стенки - 25,0 мм. Пруток имеет внешний диаметр 40,0 мм. Длина заготовок равна 250,0 мм. Поверхности заготовок подвергают тонкому точению. Затем их обезжиривают и устанавливают с натягом одна в другую (фиг.9а). Обработку заготовок осуществляют за два этапа. Схема осуществления процесса представлена на фиг.9б, в. The tubular billet has an external diameter of 90.0 mm and a wall thickness of 25.0 mm. The bar has an external diameter of 40.0 mm. The length of the workpieces is 250.0 mm. The surface of the workpieces is subjected to fine turning. Then they are degreased and installed tightly one into the other (figa). Processing blanks is carried out in two stages. The process flow chart is presented in figb, c.

Термомеханическую обработку выполняют на следующем технологическом оборудовании:
1. Раскатной стан.
Thermomechanical processing is performed on the following process equipment:
1. Rolling mill.

2. Гидравлический пресс усилием 630 тонн со встроенным на нижней штамповой плите поворотным столом. 2. A hydraulic press with a force of 630 tons with a rotary table integrated on the lower die plate.

Первый этап - сжатие заготовок вдоль направления, перпендикулярного оси симметрии (фиг.9б), осуществляют в процессе протяжки. Заготовки нагревают до заданной температуры. После выхода температуры на рабочий уровень заготовки сжимают, используя следующие режимы:
- температура деформации - 1300oС;
- скорость деформации ~10-3 с-1;
- степень обжатия заготовок - 30%.
The first stage is the compression of the workpieces along the direction perpendicular to the axis of symmetry (figb), carried out in the process of drawing. Workpieces are heated to a predetermined temperature. After the temperature reaches the working level, the workpieces are compressed using the following modes:
- deformation temperature - 1300 o C;
- strain rate ~ 10 -3 s -1 ;
- the degree of compression of the workpieces - 30%.

На первом этапе полуфабрикат протягивают вдоль оси симметрии, придавая ему форму цилиндра. Напряженно-деформированное состояние в данном случае соответствует сложному нагружению. At the first stage, the semi-finished product is stretched along the axis of symmetry, giving it the shape of a cylinder. The stress-strain state in this case corresponds to complex loading.

Первый этап выполняют на гидравлическом прессе усилием 630 тонн. После завершения первого этапа полуфабрикат протачивают на токарном станке до диаметра 100,0 мм и длины 200,0 мм. The first stage is performed on a hydraulic press with an effort of 630 tons. After completion of the first stage, the semi-finished product is machined on a lathe to a diameter of 100.0 mm and a length of 200.0 mm.

Второй этап - кручение полуфабриката (фиг.9в) осуществляют на раскатном стане. Для чего заготовку устанавливают в рабочее пространство раскатного стана, закрепляя в захватах вращающего устройства. The second stage is the torsion of the semi-finished product (pigv) carried out on a rolling mill. Why the workpiece is installed in the working space of the rolling mill, fixing in the grips of the rotating device.

Перед деформацией заготовку нагревают до температуры 950oС, выдерживают в течение 0,5 часа и деформируют кручением со скоростью 0,5 оборота в минуту на восемь полных оборотов.Before deformation, the workpiece is heated to a temperature of 950 o C, maintained for 0.5 hours and deformed by torsion at a speed of 0.5 rpm for eight full revolutions.

На первом этапе обработки полуфабриката так же, как и в предыдущих примерах, происходит увеличение площади поверхности твердофазного соединения. Изменение формы поверхности соединения на втором этапе не происходит. Однако качество соединения растет, что обусловлено равномерной, интенсивной сдвиговой деформацией при кручении в зоне соединения. At the first stage of processing the semi-finished product, as in the previous examples, there is an increase in the surface area of the solid-phase compound. The change in the shape of the surface of the compound in the second stage does not occur. However, the quality of the joint is growing, which is due to uniform, intense shear deformation during torsion in the joint zone.

Проведенные ультразвуковой контроль и металлогафический анализ показали высокую однородность распределения микроструктуры по всему объему полуфабриката. Средний размер зерен в полуфабрикате составил величину d=15,0-20,0 мкм. Дефектов в виде микропор в зоне твердофазного соединения обнаружено не было. Ultrasonic testing and metallogaphic analysis showed a high uniformity of the distribution of the microstructure throughout the volume of the semi-finished product. The average grain size in the semi-finished product was d = 15.0-20.0 microns. No micropore defects were detected in the solid-phase compound zone.

После деформационной обработки была проведена стандартная термомагнитная обработка полуфабриката. Замеры магнитных свойств полуфабриката показали, что коэрцитивная сила равна Нс=37,0 кА/м, а остаточная индукция равна Вr= 1,10 Тл, что соответствует значениям, которые определены ГОСТом для данного материала.After deformation processing, standard thermomagnetic processing of the semi-finished product was carried out. Measurements of the magnetic properties of the semi-finished product showed that the coercive force is equal to N s = 37.0 kA / m, and the residual induction is equal to Br = 1.10 T, which corresponds to the values determined by GOST for this material.

Пример 10. Example 10

Аналогично предыдущему примеру твердофазному перемешиванию подвергают трубчатую и цилиндрическую заготовки из сплава 25Х15К. Заготовки имеют такую же микроструктуру, как в примере 8. Химический состав сплава представлен в таблице. Цилиндрическая заготовка после литья и последующей механической обработки имела внешний диаметр 40,0 мм, а длину 200,0 мм. Трубчатая заготовка после механической обработки имела внутренний диаметр 40,0 мм, внешний - 100,0 мм, и длину 200,0 мм. Заготовки после механической обработки промывают и обезжиривают в ацетоне и этиловом спирте. Similarly to the previous example, tubular and cylindrical workpieces from 25X15K alloy are subjected to solid-phase mixing. The blanks have the same microstructure as in example 8. The chemical composition of the alloy is presented in the table. The cylindrical billet after casting and subsequent machining had an external diameter of 40.0 mm and a length of 200.0 mm. After machining, the tubular billet had an internal diameter of 40.0 mm, an external diameter of 100.0 mm, and a length of 200.0 mm. Workpieces after mechanical treatment are washed and degreased in acetone and ethyl alcohol.

Вовнутрь трубчатой заготовки с натягом устанавливают цилиндрическую заготовку (фиг.10а). Inside the tubular workpiece with interference fit a cylindrical workpiece (figa).

Процесс получения полуфабриката методом твердофазного перемешивания заготовок осуществляют за три этапа. Схема осуществления процесса представлена на фиг.10б, в, г. The process of obtaining a semi-finished product by solid-phase mixing of the workpieces is carried out in three stages. The process flow chart is presented in FIG. 10b, c, d.

Термомеханическую обработку выполняют на следующем технологическом оборудовании:
1. Гидравлический пресс усилием 630 тонн с установленным на нижней штамповой плите поворотным столом.
Thermomechanical processing is performed on the following process equipment:
1. A hydraulic press with a force of 630 tons with a rotary table mounted on the lower die plate.

2. Раскатной стан. 2. Rolling mill.

Первый этап - сжатие заготовок вдоль оси симметрии заготовок совмещают с кручением и выполняют на гидравлическом прессе, обеспечивающем выполнение совмещения операции сжатия заготовок с их закручиванием (фиг.10б). The first stage is the compression of the workpieces along the axis of symmetry of the workpieces combined with torsion and performed on a hydraulic press, ensuring that the work of compressing the workpieces with their twisting is combined (Fig. 10b).

Этап сжатия с одновременным закручиванием сочетают с процессом образования твердофазного соединения между заготовками. Для этого применяют штамп со специальными бойками. Бойки имеют незначительную выпуклость в центральной части. Конструкция штампа обеспечивает локализацию деформации в центре заготовок и образование контакта на поверхности соединения цилиндрической заготовки и прутка за счет раздачи заготовок. The compression stage with simultaneous twisting is combined with the process of forming a solid-phase connection between the workpieces. To do this, apply a stamp with special strikers. The strikers have a slight bulge in the central part. The design of the stamp provides localization of deformation in the center of the workpieces and the formation of contact on the connection surface of the cylindrical workpiece and the rod due to the distribution of the workpieces.

Сжатие заготовок совмещают с закручиванием с целью интенсификации процесса образования твердофазного соединения и активизации залечивания дефектов соединения на первом этапе. Compression of the workpieces is combined with twisting in order to intensify the process of formation of a solid-phase compound and to activate the healing of defects in the compound at the first stage.

Режим обработки заготовок на первом этапе следующий:
температура деформации - 1200oС;
- скорость вращения подвижного бойка - 0,5 оборотов/мин;
- количество оборотов - 5;
- степень обжатия по высоте - 60%.
The workpiece processing mode in the first stage is as follows:
deformation temperature - 1200 o C;
- the rotation speed of the movable striker is 0.5 rpm;
- number of revolutions - 5;
- the degree of compression in height - 60%.

На втором этапе шайбу протягивают вдоль направления, перпендикулярного оси симметрии шайбы, до образования прутка (фиг.10в). Протяжку осуществляют на гидравлическом прессе. Режим протяжки шайбы следующий:
- температура деформации - 960oС;
- скорость деформации - 10-3 с-1.
At the second stage, the washer is pulled along a direction perpendicular to the axis of symmetry of the washer until a rod is formed (Fig. 10c). The broach is carried out on a hydraulic press. Washer pull mode is as follows:
- deformation temperature - 960 o C;
- strain rate - 10 -3 s -1 .

После операции протяжки пруток обтачивают до следующих размеров: длина - 200 мм, диаметр 90,0 мм. After the broaching operation, the bar is grinded to the following sizes: length - 200 mm, diameter 90.0 mm.

Третий этап - кручение прутка (фиг.10г). Кручение прутка выполняют на раскатном стане. Режим обработки прутка кручением следующий:
- температура деформации - 960oС;
- скорость вращения подвижного захвата - 0,5 оборотов/мин;
- количество оборотов - 10.
The third stage is the torsion of the bar (Fig.10g). The torsion of the bar is performed on a rolling mill. The torsion bar processing mode is as follows:
- deformation temperature - 960 o C;
- rotation speed of the movable gripper - 0.5 rpm;
- number of revolutions - 10.

Результаты металлографического анализа и ультразвукового контроля показали высокую однородность распределения микроструктуры по всему объему полуфабриката. Средний размер зерен в полуфабрикате составил величину dcp= 15,0-25,0 мкм. Дефектов в виде микропор в зоне контакта заготовок обнаружено не было. После третьего этапа обработки предел прочности материала полуфабриката был равен пределу прочности материала заготовок в исходном состоянии и соответствовал значению σв =780 МПа.The results of metallographic analysis and ultrasonic testing showed a high uniformity in the distribution of the microstructure over the entire volume of the semi-finished product. The average grain size in the semi-finished product was dcp = 15.0-25.0 μm. No micropore defects were found in the contact zone of the workpieces. After the third treatment step the material tensile strength was equal semifinished material strength limit of blanks in the initial state and corresponds to a value of σ = 780 MPa.

После деформационной обработки была проведена стандартная термомагнитная обработка полуфабриката. Замеры магнитных свойств полуфабриката показали, что коэрцитивная сила равна Нс=39,0 кА/м, а остаточная индукция равна Вr=1,0 Тл, что соответствует значениям, которые определены ГОСТом на обрабатываемый материал.After deformation processing, standard thermomagnetic processing of the semi-finished product was carried out. Measurements of the magnetic properties of the semi-finished product showed that the coercive force is equal to N s = 39.0 kA / m, and the residual induction is equal to Br = 1.0 T, which corresponds to the values determined by GOST for the material being processed.

В данном примере трубчатую и цилиндрическую заготовку изготавливали из одного и того же сплава 25Х15К. Однако метод, используемый в этом случае, может быть применен также для получения композиционного полуфабриката, в котором цилиндрическую заготовку изготавливают из хрупкого магнитного материала, например 25Х15К, а трубчатую из высокопрочного материала ЭИ435. Схему обработки композиционного полуфабриката выбирают такой же, как в примере 10, а температурно-скоростные режимы обработки такими же, как в примере 7. In this example, the tubular and cylindrical billets were made from the same 25X15K alloy. However, the method used in this case can also be used to obtain a composite semi-finished product in which a cylindrical billet is made of brittle magnetic material, for example 25X15K, and tubular from high-strength material EI435. The processing scheme of the composite semi-finished product is chosen to be the same as in example 10, and the temperature-speed processing modes are the same as in example 7.

Пример 11. Example 11

Твердофазному перемешиванию подвергают заготовки из технически чистого титана и алюминия с целью получения композиционного полуфабриката для последующего изготовления из него листов из интерметаллида системы Ti-Al. После получения композиционного полуфабриката, его прокатывают и подвергают дополнительной термической обработке. Workpieces made of technically pure titanium and aluminum are subjected to solid-phase mixing in order to obtain a composite semi-finished product for the subsequent manufacture of sheets of it from the Ti-Al system intermetallic. After receiving the composite semi-finished product, it is rolled and subjected to additional heat treatment.

Заготовки имеют форму шайб со следующими размерами:
- диаметр - 50,0 мм;
- толщина - 10,0 мм.
The blanks are in the form of washers with the following dimensions:
- diameter - 50.0 mm;
- thickness - 10.0 mm.

Количество заготовок из Аl - пять, количество заготовок из Ti - шесть. The number of blanks from Al is five, the number of blanks from Ti is six.

В заготовках из Ti предварительно готовят СМК структуру. Метод подготовки структуры аналогичен примеру 5. In Ti blanks, a QMS structure is preliminarily prepared. The method of preparing the structure is similar to example 5.

Обработку заготовок выполняют на следующем технологическом оборудовании:
1. Гидравлический пресс усилием 630 тонн с установленным на нижней штамповой плите поворотным столом.
Processing blanks is performed on the following process equipment:
1. A hydraulic press with a force of 630 tons with a rotary table mounted on the lower die plate.

2. Раскатной стан. 2. Rolling mill.

3. Изотермический прокатный стан. 3. Isothermal rolling mill.

Процесс получения композиционного полуфабриката осуществляют за три основных этапа, повторяя этапы три раза, то есть за три одинаковых цикла и четвертого цикла изотермической прокатки за четыре прохода. На заключительном проходе выполняют синтез интерметаллида. Если на этапах первых трех циклов происходит интенсивное изменение площади соединения и ее поверхности, то при прокатке происходит незначительное изменение формы и пространственного положения поверхности соединения на фоне значительного изменения площади первоначального соединения. The process of obtaining a composite semi-finished product is carried out in three main stages, repeating the steps three times, that is, for three identical cycles and the fourth cycle of isothermal rolling in four passes. At the final passage, the synthesis of intermetallic is performed. If at the stages of the first three cycles an intensive change occurs in the joint area and its surface, then during rolling there is a slight change in the shape and spatial position of the joint surface against the background of a significant change in the area of the initial joint.

Все три основных цикла обработки полуфабриката аналогичны примеру 1. Поэтому на фиг.11а, б, в в качестве примера представлена только схема обработки полуфабриката на втором цикле. All three main processing cycles of the semi-finished product are similar to example 1. Therefore, in Fig. 11a, b, as an example, only the processing scheme of the semi-finished product in the second cycle is presented.

Пред сборкой поверхность заготовок зачищают металлической щеткой, удаляя с поверхности грязь и окисную пленку. Before assembly, the surface of the workpieces is cleaned with a wire brush, removing dirt and oxide film from the surface.

Заготовки накладывают одна на другую, чередуя заготовку из титана с заготовкой из алюминия, образуя сборку. Сборку устанавливают в контейнер из технически чистого титана. Контейнер герметизируют, соединяя трубопроводом с газораспределительным пультом, обеспечивающим поддержание вакуума внутри контейнера на уровне 5,0•10-2 Па.The blanks are laid one on top of the other, alternating between a titanium blank and an aluminum blank, forming an assembly. The assembly is installed in a container of technically pure titanium. The container is sealed by connecting the pipeline to a gas distribution panel, ensuring the maintenance of vacuum inside the container at the level of 5.0 • 10 -2 Pa.

Первый этап твердофазного перемешивания - сжатие заготовок до получения шайбы выполняют на гидравлическом прессе, снабженном поворотным столом в изотермических условиях. Температуру деформации выбирают такой, чтобы свести к минимуму образование хрупких интерметаллидных соединений (фиг.11а). The first stage of solid-phase mixing - compression of the workpieces to obtain the washer is performed on a hydraulic press equipped with a rotary table in isothermal conditions. The deformation temperature is chosen so as to minimize the formation of brittle intermetallic compounds (figa).

На первом этапе сжатие совмещают с кручением. Режим обработки заготовок на первом этапе следующий:
- температура деформации - 450oС,
- скорость деформации - 10-3 c-1;
- степень обжатия заготовок по высоте - 60%;
- скорость вращения подвижного бойка - 0,5 оборотов/мин.
At the first stage, compression is combined with torsion. The workpiece processing mode in the first stage is as follows:
- deformation temperature - 450 o C,
- strain rate - 10 -3 s -1 ;
- the degree of compression of the workpieces in height - 60%;
- the rotation speed of the movable striker is 0.5 revolutions / min.

На втором этапе шайбу протягивают вдоль направления, перпендикулярного оси шайбы, до образования прутка (фиг.11б). Протяжку осуществляют в изотермических условиях на гидравлическом прессе, используя следующий режим:
- температура деформации - 450oС;
- скорость деформации - 10-3 с-1.
At the second stage, the washer is pulled along a direction perpendicular to the axis of the washer until a rod is formed (Fig. 11b). The broaching is carried out in isothermal conditions on a hydraulic press using the following mode:
- deformation temperature - 450 o C;
- strain rate - 10 -3 s -1 .

После второго этапа контейнер удаляют, используя токарную обработку. After the second step, the container is removed using turning.

Третий этап - кручение прутка с одновременным сжатием (фиг.11в) выполняют на раскатном стане. Режим обработки прутка на третьем этапе следующий:
- температура деформации - 450oС;
- скорость вращения подвижного захвата - 0,5 оборотов/мин;
- количество оборотов - 10;
- степень осевой компоненты деформации - 30%.
The third stage is the torsion of the bar with simultaneous compression (Fig.11c) is performed on a rolling mill. The processing mode of the bar in the third stage is as follows:
- deformation temperature - 450 o C;
- rotation speed of the movable gripper - 0.5 rpm;
- number of revolutions - 10;
- the degree of axial component of the deformation is 30%.

Применение контейнера обусловлено существенным различием в деформационном поведении технически чистого титана и алюминия при выбранной температуре деформации и направлено так же, как и предварительная обработка титановых заготовок, на частичное выравнивание деформационных характеристик обрабатываемых заготовок особенно на первом и втором этапах обработки первого цикла. The use of the container is due to a significant difference in the deformation behavior of technically pure titanium and aluminum at a selected deformation temperature and is aimed, like the pretreatment of titanium billets, to partially equalize the deformation characteristics of the processed billets, especially at the first and second stages of processing the first cycle.

После завершения каждого цикла обработки полуфабрикат протачивают, удаляя поверхностные дефекты. After completion of each treatment cycle, the semi-finished product is grinded, removing surface defects.

Второй (фиг.11а, б, в) и третий циклы (на фигуре не показано) выполняют по аналогичной схеме и режимам, что и первый. The second (figa, b, c) and the third cycles (not shown in the figure) are performed according to a similar scheme and modes as the first.

После заключительного третьего цикла деформационно-термической обработки с учетом механической обработки, размеры полуфабриката были следующими: диаметр - 45,0 мм, длина - 90,0 мм. Полуфабрикат представляет из себя ламинарный композит. Слои титана и алюминия в нем чередуются и образовывают сложную винтовую поверхность. Причем, если в исходном состоянии число слоев было одиннадцать, то после трех циклов обработки их количество увеличилось и стало равным ~1000. After the final third cycle of deformation-heat treatment, taking into account mechanical processing, the dimensions of the semi-finished product were as follows: diameter - 45.0 mm, length - 90.0 mm. The semi-finished product is a laminar composite. Layers of titanium and aluminum in it alternate and form a complex helical surface. Moreover, if in the initial state the number of layers was eleven, then after three processing cycles their number increased and became equal to ~ 1000.

Из полученного полуфабриката изготавливают листы толщиной 0,5 мм, осуществляя синтез интерметаллида системы Ti-Al в процессе изотермической прокатки (на фигуре не показано). Перед прокаткой полуфабрикат деформируют сжатием до образования шайбы толщиной 5,0 мм. Сжатие совмещают с кручением (на фигуре не показано). Деформацию выполняют на гидравлическом прессе по режиму первого этапа. Из полученной шайбы вырезают полосу шириной 100,0 мм, которую затем прокатывают на изотермическом стане. Sheets of 0.5 mm thickness are made from the obtained semifinished product by synthesizing the Ti-Al system intermetallic compound during isothermal rolling (not shown in the figure). Before rolling, the semifinished product is deformed by compression to form a washer 5.0 mm thick. Compression is combined with torsion (not shown in the figure). The deformation is performed on a hydraulic press according to the mode of the first stage. A strip of 100.0 mm wide is cut out of the obtained washer, which is then rolled on an isothermal mill.

Прокатку полосы выполняют за три прохода до толщины ~2,0 мм при постоянной температуре Т= 450oС. Заключительный четвертый проход осуществляют при температуре Т= 850oС, получая лист толщиной 0,7 мм. Полученную листовую заготовку помещают в печь, где ее отжигают при температуре 1000oС в течение пяти часов в среде аргона с целью гарантированного выравнивания химического состава во всем объеме листа.Strip rolling is performed in three passes to a thickness of ~ 2.0 mm at a constant temperature T = 450 o C. The final fourth pass is carried out at a temperature of T = 850 o C, obtaining a sheet with a thickness of 0.7 mm The resulting sheet billet is placed in a furnace, where it is annealed at a temperature of 1000 o C for five hours in argon medium in order to guarantee equalization of the chemical composition in the entire volume of the sheet.

После отжига листовую заготовку подвергают операции размерного травления, доводя толщину листа до требуемой величины 0,5 мм. After annealing, the sheet blank is subjected to dimensional etching operations, bringing the sheet thickness to the desired value of 0.5 mm.

Металлогафический анализ показал высокую однородность распределения микроструктуры по всему объему листа. Средний размер зерен составил величину dcp= 10,0-15,0 мкм. Микропор в объеме полученного листа обнаружено не было. Микрорентгеноспектральный анализ подтвердил, что полученные листы представляют собой интерметаллид TiAl. Metallographic analysis showed a high uniformity in the distribution of the microstructure throughout the sheet. The average grain size was dcp = 10.0-15.0 μm. No micropores were found in the volume of the obtained sheet. X-ray microanalysis confirmed that the resulting sheets are TiAl intermetallic.

Источники информации
1. Порошковая металлургия в СССР: История. Современное состояние. Перспективы.М.: Наука, 1986. Под редакцией И.Н. Францевича, В.И. Трефилова, 294с.
Sources of information
1. Powder metallurgy in the USSR: History. The current state. Perspectives), Moscow: Nauka, 1986. Edited by I.N. Frantsevich, V.I. Trefilova, 294s.

2. Патент РФ 2134308, С 22 F 1/18, 1999г. 2. RF patent 2134308, C 22 F 1/18, 1999

3. Э.С. Каракозов, Л.М. Орлова, В.В. Пешков, В.И. Грегорьевский. Диффузионная сварка титана - М.: -"Металлургия", 1977, 272 с. 3. E.S. Karakozov, L.M. Orlova, V.V. Peshkov, V.I. Gregorievsky. Diffusion welding of titanium - M .: - "Metallurgy", 1977, 272 p.

4. О.А. Кайбышев, Р.Я. Лутфуллин, В.К. Бердин. Природа формирования твердофазного соединения в условиях сверхпластичности - Докл. АН СССР, 1991, т. 319, 6, с.615-618. 4. O.A. Kaybyshev, R.Ya. Lutfullin, V.K. Berdin. The nature of the formation of a solid-phase compound under superplasticity conditions - Dokl. USSR Academy of Sciences, 1991, v. 319, 6, pp. 615-618.

5. В.К.Бердин "Образование твердофазного соединения промышленных титановых сплавов в условиях сверхпластической деформации". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Уфа, 1992 г., 157с. 5. V.K. Berdin "Formation of a solid-phase compound of industrial titanium alloys under superplastic deformation." The dissertation for the degree of candidate of technical sciences, Ufa, 1992, 157 p.

Claims (22)

1. Способ получения полуфабрикатов из металлов и сплавов, включающий неразъемное соединение по совмещаемым поверхностям заготовок с подготовленной микроструктурой и/или свойствами и твердофазное перемешивание посредством деформирования за несколько этапов в температурно-скоростных условиях, выбираемых с учетом заданной микроструктуры и/или свойств полуфабрикатов, а также исходной микроструктуры заготовок, причем при деформировании изменяют направление приложения деформирующей нагрузки и/или вид нагружения и/или используют нагружение, включающее кручение, со степенью деформации на каждом этапе, обеспечивающем изменение формы и/или ориентации в пространстве поверхности соединения и/или увеличение площади соединения по сравнению с исходным состоянием или полученным на предыдущем этапе, отличающийся тем, что деформирование осуществляют в три этапа, при этом на первом этапе заготовки сжимают, на втором осуществляют протяжку до получения прутка, а на третьем пруток деформируют кручением. 1. A method of producing semi-finished products from metals and alloys, comprising an integral connection on the compatible surfaces of the workpieces with a prepared microstructure and / or properties and solid-phase mixing by deformation in several stages under temperature and speed conditions, selected taking into account the given microstructure and / or properties of the semi-finished products, and also the initial microstructure of the workpieces, and during deformation, they change the direction of application of the deforming load and / or the type of loading and / or use the load a phenomenon including torsion, with a degree of deformation at each stage, providing a change in the shape and / or orientation in the space of the surface of the connection and / or an increase in the area of the connection compared to the initial state or obtained at the previous stage, characterized in that the deformation is carried out in three stages, at the same time, at the first stage, the workpieces are compressed, at the second, a broaching is carried out until a bar is obtained, and at the third, the bar is deformed by torsion. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбирают заготовки с подготовленной микроструктурой, обеспечивающей твердофазное перемешивание в температурно-скоростных условиях, соответствующих оптимальному интервалу проявления сверхпластичности материала обрабатываемых заготовок. 2. The method according to claim 1, characterized in that the preform is selected with a prepared microstructure that provides solid-phase mixing at temperature and speed conditions corresponding to the optimal interval of manifestation of superplasticity of the material of the workpieces. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что выбирают заготовки с подготовленной микрокристаллической структурой со средним размером зерен 1,0-50,0 мкм. 3. The method according to claim 2, characterized in that the preform is selected with a prepared microcrystalline structure with an average grain size of 1.0-50.0 microns. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что выбирают заготовки с подготовленной субмикрокристаллической структурой со средним размером зерен 0,5-1,0 мкм. 4. The method according to claim 2, characterized in that the preform is selected with a prepared submicrocrystalline structure with an average grain size of 0.5-1.0 μm. 5. Способ по п.1 отличающийся тем, что выбирают заготовки из материалов с разнородной температурой плавления, образующих интерметаллидные соединения, и твердофазное перемешивание осуществляют на всех этапах, кроме последнего, в температурно-скоростных условиях для предотвращения образования хрупких прослоек, а последний этап ведут при температуре начала образования интерметаллидного соединения во всем объеме полуфабриката. 5. The method according to claim 1, characterized in that preforms are selected from materials with a heterogeneous melting point forming intermetallic compounds, and solid-phase mixing is carried out at all stages except the last under temperature-speed conditions to prevent the formation of brittle layers, and the last stage is at the temperature at which the formation of the intermetallic compound begins in the entire volume of the semi-finished product. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что заготовка из материала с высокой температурой плавления имеет меньший размер зерен. 6. The method according to claim 5, characterized in that the preform of a material with a high melting point has a smaller grain size. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при соединении выбирают заготовки из материалов с различными свойствами и чередуют их для получения композиционных полуфабрикатов. 7. The method according to claim 1, characterized in that upon joining, preforms are selected from materials with various properties and alternated to obtain composite semi-finished products. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что выбирают заготовки из материалов с различными значениями коэффициента линейного расширения, причем коэффициент линейного расширения заготовки из материала с высокими прочностными свойствами больше коэффициента линейного расширения заготовки из материала с низкими прочностными свойствами. 8. The method according to claim 7, characterized in that the preform is selected from materials with different values of the coefficient of linear expansion, and the coefficient of linear expansion of the preform from a material with high strength properties is greater than the coefficient of linear expansion of the preform from a material with low strength properties. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что используют заготовки из материалов с различными характеристиками пластичности. 9. The method according to claim 7, characterized in that use blanks from materials with different plasticity characteristics. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при соединении выбирают, по крайней мере, две заготовки в виде прутка, которые соединяют по торцевым поверхностям, и деформирование сжатием осуществляют, прикладывая усилие вдоль оси симметрии заготовок до получения шайбы, ее протягивают вдоль оси, перпендикулярной оси симметрии шайбы до получения прутка, а при деформировании кручением прикладывают крутящий момент к противоположным концевым участкам прутка в плоскости, перпендикулярной оси симметрии прутка. 10. The method according to p. 1, characterized in that at the connection, at least two preforms in the form of a rod are selected, which are connected along the end surfaces, and compression deformation is carried out by applying a force along the symmetry axis of the preforms to obtain the washer, it is stretched along axis perpendicular to the axis of symmetry of the washer until a rod is obtained, and when torsionally deformed, torque is applied to opposite end portions of the rod in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the rod. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что на первом этапе сжатие совмещают с кручением. 11. The method according to claim 10, characterized in that in the first stage the compression is combined with torsion. 12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что осуществляют реверсивное кручение. 12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the reverse torsion is carried out. 13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при соединении выбирают, по крайней мере, две трубчатые заготовки, которые устанавливают аксиально, а деформирование сжатием осуществляют до получения полосы, прикладывая усилие сжатия перпендикулярно оси симметрии исходных заготовок, полосу протягивают до получения прутка, а при деформировании кручением, прикладывают крутящий момент к противоположным концевым участкам прутка в плоскости, перпендикулярной оси симметрии прутка. 13. The method according to p. 1, characterized in that at the connection, at least two tubular billets are selected, which are installed axially, and deformation by compression is carried out until a strip is obtained, applying a compression force perpendicular to the axis of symmetry of the initial billets, the strip is stretched until a rod is obtained and during torsional deformation, torque is applied to opposite end sections of the rod in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the rod. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что при соединении выбирают трубчатую заготовку и заготовку в виде прутка, их устанавливают одна в другую, а деформирование сжатием осуществляют до получения полосы, прикладывая деформирующее усилие перпендикулярно оси симметрии заготовок, полосу протягивают до получения прутка, а при деформировании кручением прикладывают крутящий момент к противоположным концевым участкам прутка в плоскости, перпендикулярной оси симметрии прутка. 14. The method according to claim 1, characterized in that when connecting, choose a tubular billet and a billet in the form of a rod, they are installed one into the other, and deformation by compression is carried out to obtain a strip, applying a deforming force perpendicular to the axis of symmetry of the workpieces, the strip is stretched until a rod is obtained and during torsional deformation, a torque is applied to the opposite end sections of the rod in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the rod. 15. Способ по п.1, отличающийся тем, что при соединении выбирают трубчатую заготовку и заготовку в виде прутка, заготовки устанавливают одна в другую, а деформирование сжатием осуществляют до получения шайбы, прикладывая деформирующее усилие к торцам заготовок, вдоль оси симметрии заготовок, шайбу протягивают вдоль направления, перпендикулярного оси ее симметрии до получения прутка. 15. The method according to claim 1, characterized in that when connecting, choose a tubular billet and a billet in the form of a rod, the billets are installed one into the other, and deformation by compression is carried out to obtain the washer, applying a deforming force to the ends of the billets, along the axis of symmetry of the billets, the washer stretched along a direction perpendicular to the axis of its symmetry until a rod is obtained. 16. Способ по п.1, отличающийся тем, что при соединении выбирают заготовки в виде прутков, имеющих в поперечном сечении равносторонний многоугольник, с плоской гранью, которые совмещают по боковым поверхностям вдоль их образующей, а деформирование сжатием сочетают с растяжением до получения прутка, прикладывая усилие сжатия перпендикулярно оси симметрии исходных заготовок, а при деформировании кручением прикладывают крутящий момент к противоположным концевым участкам прутка в плоскости, перпендикулярной оси симметрии прутка. 16. The method according to claim 1, characterized in that when connecting, preforms are selected in the form of rods having a cross-section of an equilateral polygon with a flat face that are aligned along the side surfaces along their generatrix, and compression deformation is combined with tension to obtain a bar, applying a compressive force perpendicular to the axis of symmetry of the initial workpieces, and during torsional deformation, apply torque to the opposite end sections of the bar in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the bar. 17. Способ по п.1, отличающийся тем, что при соединении выбирают заготовки в виде пластин, а деформирование сжатием осуществляют до получения полосы, прикладывая усилие сжатия к противоположным соединяемым поверхностям заготовок, вдоль нормали к этим поверхностям, полосу протягивают до образования прутка, а при деформировании кручением прикладывают крутящий момент к противоположным концевым участкам прутка в плоскости, перпендикулярной образующей прутка. 17. The method according to claim 1, characterized in that upon joining, preforms are selected in the form of plates, and compression deformation is carried out to obtain a strip, applying a compressive force to the opposite joined surfaces of the preforms, along the normal to these surfaces, the strip is stretched to form a rod, and during torsional deformation, a torque is applied to opposite end portions of the rod in a plane perpendicular to the generatrix of the rod. 18. Способ по любому из пп.10 и 13-17, отличающийся тем, что кручение совмещают с растяжением. 18. The method according to any one of paragraphs.10 and 13-17, characterized in that the torsion is combined with stretching. 19. Способ по любому из пп.10 и 13-17, отличающийся тем, что кручение совмещают со сжатием. 19. The method according to any one of paragraphs.10 and 13-17, characterized in that the torsion is combined with compression. 20. Способ по п.1, отличающийся тем, что неразъемное соединение заготовок по совмещаемым поверхностям осуществляют твердофазным соединением обрабатываемых заготовок, которое выполняют перед первым этапом обработки заготовок. 20. The method according to claim 1, characterized in that the one-piece connection of the workpieces on compatible surfaces is carried out by solid-phase connection of the workpieces to be processed, which is performed before the first step of processing the workpieces. 21. Способ по п.1, отличающийся тем, что неразъемное соединение заготовок по совмещаемым поверхностям осуществляют твердофазным соединением обрабатываемых заготовок и совмещают, по крайней мере, с частью первого этапа. 21. The method according to claim 1, characterized in that the one-piece connection of the workpieces on compatible surfaces is carried out by solid-phase connection of the workpieces to be processed and combined, at least with part of the first stage. 22. Способ по п.1, отличающийся тем, что полуфабрикаты получают повторением циклов, каждый из которых включает указанные этапы. 22. The method according to claim 1, characterized in that the semi-finished products are obtained by repeating cycles, each of which includes these steps.
RU2001107697/02A 2001-03-22 2001-03-22 Method for obtaining semi-finished products from metals and alloys by pseudopowder metallurgy process RU2208063C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001107697/02A RU2208063C2 (en) 2001-03-22 2001-03-22 Method for obtaining semi-finished products from metals and alloys by pseudopowder metallurgy process
PCT/RU2002/000079 WO2002077299A2 (en) 2001-03-22 2002-03-07 Method for producing semifinished products from metals and alloys of a pseudopowder metallurgy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001107697/02A RU2208063C2 (en) 2001-03-22 2001-03-22 Method for obtaining semi-finished products from metals and alloys by pseudopowder metallurgy process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001107697A RU2001107697A (en) 2003-02-10
RU2208063C2 true RU2208063C2 (en) 2003-07-10

Family

ID=20247451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001107697/02A RU2208063C2 (en) 2001-03-22 2001-03-22 Method for obtaining semi-finished products from metals and alloys by pseudopowder metallurgy process

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2208063C2 (en)
WO (1) WO2002077299A2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2528296C2 (en) * 2012-09-17 2014-09-10 Оскар Акрамович Кайбышев Method of metals and alloys treatment (versions) and device to this end
RU2572955C2 (en) * 2014-05-15 2016-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ" - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского (МАТИ) Production of microstructure multiply composites from different metals or alloys

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4743312A (en) * 1987-04-20 1988-05-10 Howmet Corporation Method for preventing recrystallization during hot isostatic pressing
US5634992A (en) * 1994-06-20 1997-06-03 General Electric Company Method for heat treating gamma titanium aluminide alloys
RU2134308C1 (en) * 1996-10-18 1999-08-10 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН Method of treatment of titanium alloys
RU2164263C2 (en) * 1999-06-17 2001-03-20 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН METHOD OF PROCESSING THE BLANKS FROM γ+α2 HYPEREUTECTOID ALLOYS

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2528296C2 (en) * 2012-09-17 2014-09-10 Оскар Акрамович Кайбышев Method of metals and alloys treatment (versions) and device to this end
RU2572955C2 (en) * 2014-05-15 2016-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ" - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского (МАТИ) Production of microstructure multiply composites from different metals or alloys

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002077299A3 (en) 2002-11-14
WO2002077299A2 (en) 2002-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2496093C (en) Process for producing components or semi-finished products which contain intermetallic titanium aluminide alloys, and components producible by the process
US4482398A (en) Method for refining microstructures of cast titanium articles
JP3268639B2 (en) Strong processing equipment, strong processing method and metal material to be processed
RU2134308C1 (en) Method of treatment of titanium alloys
Wang et al. Review on modified and novel techniques of severe plastic deformation
CN104759830B (en) The method of the metal material of production performance enhancing
CN1009741B (en) Nickel base superalloy articles and method for making
Sadasivan et al. A comprehensive review on equal channel angular pressing of bulk metal and sheet metal process methodology and its varied applications
JPS6349742B2 (en)
Akula et al. A review on superplastic forming of Ti-6Al-4V and other titanium alloys
RU2119842C1 (en) Method for manufacturing axially symmetrical parts and blank making process for performing the same
JP2007031836A (en) Powder metal rotating components for turbine engines and process therefor
Zhang et al. The dynamic recrystallization evolution and kinetics of Ni–18.3 Cr–6.4 Co–5.9 W–4Mo–2.19 Al–1.16 Ti superalloy during hot deformation
RU2222635C2 (en) Method of treatment of metal materials and titanium aluminide blank made by this method
CN111659894B (en) Preparation method of powder high-temperature alloy bar and disc
RU2208063C2 (en) Method for obtaining semi-finished products from metals and alloys by pseudopowder metallurgy process
EP2283952A2 (en) Powder metal mold
RU2164263C2 (en) METHOD OF PROCESSING THE BLANKS FROM γ+α2 HYPEREUTECTOID ALLOYS
Zhao et al. A novel forming process of Mg/Al composite square tube based on numerical simulations and experiments
RU2203975C2 (en) Method of treatment of blanks made from metals or alloys
Ka et al. Equal channel angular processing—A modern deforming technique for quality products
RU2203976C2 (en) METHOD OF TREATMENT OF CAST HYPEREUTECTOID ALLOYS ON BASE OF TITANIUM ALUMINIDES γ-TiAl AND α2Tl3Al
Yu et al. THE INFLUENCE OF ULTRAFINE-GRAINED STRUCTURE ON SOLID-STATE WELDABILITY AND FORMABILITY OF PRECIPITATION-HARDENING NICKEL-BASED SUPERALLOYS
US20040134574A1 (en) Method for working billets of metals and alloys
JP2000271695A (en) Production of magnesium alloy material

Legal Events

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

Effective date: 20080323