RU2237109C1 - Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок - Google Patents
Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2237109C1 RU2237109C1 RU2003113094/02A RU2003113094A RU2237109C1 RU 2237109 C1 RU2237109 C1 RU 2237109C1 RU 2003113094/02 A RU2003113094/02 A RU 2003113094/02A RU 2003113094 A RU2003113094 A RU 2003113094A RU 2237109 C1 RU2237109 C1 RU 2237109C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deformation
- workpiece
- axis
- pressing
- plastic deformation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Forging (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к деформационно-термической обработке материалов и может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении и медицине при изготовлении полуфабрикатов из титана. Предложенный способ включает интенсивную пластическую деформацию с накопленной логарифмической степенью деформации е≥4 и последующую термомеханическую обработку, проведенную путем чередования холодной деформации со степенью 30-90% с промежуточным и окончательным отжигом в интервале температур 250-500°С в течение 0,5-2,0 часов, при этом интенсивную пластическую деформацию заготовки осуществляют путем пропускания ее через матрицу с винтовым каналом, сечение которого, перпендикулярное оси прессования, постоянно вдоль этой оси, а угол наклона винтовой линии к оси прессования изменяется по длине или высоте матрицы, имея нулевое значение на ее начальном и конечном участке. Техническим результатом изобретения является разработка способа, обеспечивающего повышение прочностных и пластических характеристик обрабатываемого материала.
Description
Изобретение относится к деформационно-термической обработке материалов с целью изменения физико-механических свойств и может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении и медицине при изготовлении полуфабрикатов из титана.
Известны способы обработки металлов с целью повышения их свойств, в частности, для получения ультрамелкозернистой структуры, обеспечивающей улучшение физико-механических характеристик. Эти способы могут сочетать в себе пластическую деформацию и термомеханическую обработку.
Известен способ обработки титановых заготовок по а.с. СССР № 1737920, МПК С 22 F 1/18, опубл. 15.12.94, заключающийся в деформировании материала при температуре смены механизма гомогенной деформации первичным двойникованием на механизм гетерогенной деформации послойным течением.
Известен способ термической обработки деталей из титановых сплавов, включающий нагрев до 150-200°С, выдержку в течение 2-3 часов, охлаждение и последующий нагрев до 500-750С с выдержкой 0,25-2,0 часа (патент РФ № 2020187, МПК С 22 F 1/18, опубл. 30.09.94).
Известен способ термомеханической обработки титановых заготовок, включающий нагрев в β-область, деформацию при температуре нагрева со степенью 60-70%, повторную деформацию в направлении, перпендикулярном первоначальной, и окончательную деформацию в (α+β)-области, после чего осуществляют закалку в воде и старение при 630-650°С (а.с. СССР № 1613505, МПК С 22 F 1/18, опубл. 15.12.90).
Известные способы обработки не позволяют получать одновременно высокую прочность и пластичность в материале заготовок.
Наиболее близким к предложенному является способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок (патент РФ № 2175685, С 22 F 1/18, В 21 J 5/00, опубл. 10.11.01), включающий интенсивную пластическую деформацию заготовки в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах, проводимую в интервале температур 500-250°С с накопленной логарифмической степенью деформаций е≥4, и последующую термомеханическую обработку чередованием холодной деформации со степенью 30-90% с промежуточным и окончательным отжигом в интервале температур 250-500°С в течение 0,5-2,0 часов.
Данный способ позволяет получать за счет интенсивной пластической деформации ультрамелкозернистую структуру в обрабатываемом материале и повысить уровень прочностных свойств. Однако получаемый уровень механических свойств (сочетание высокой прочности и удовлетворительной пластичности) недостаточны для использования в ряде ответственных конструкций.
Предложенное изобретение направлено на улучшение механических свойств обрабатываемого материала с целью повышения одновременно прочностных и пластических характеристик.
Поставленная задача решается способом получения ультрамелкозернистых титановых заготовок, включающим интенсивную пластическую деформацию с накопленной логарифмической степенью деформации е≥4 и последующую термомеханическую обработку чередованием холодной деформации со степенью 30-90% с промежуточным и окончательным отжигом в интервале температур 250-500°С в течение 0,5-2,0 часов, в котором в отличие от прототипа пластическую деформацию заготовки осуществляют путем пропускания ее через матрицу с винтовым каналом, сечение которого, перпендикулярное оси прессования, постоянно вдоль этой оси, а угол наклона винтовой линии к оси прессования изменяется по длине или высоте матрицы, имея нулевое значение на ее начальном и конечном участке.
При продавливании заготовки через винтовую матрицу она испытывает интенсивную сдвиговую деформацию. Ввиду того, что сечение винтового канала, перпендикулярное оси прессования, постоянно, то форма заготовки и ее поперечное сечение не меняются. Это позволяет осуществлять ее многократное прессование с целью накопления интенсивных деформаций и упрочнения заготовки.
Известно использование гидромеханического прессования с кручением путем многократного пропускания призматической заготовки через матрицу с винтовым каналом с целью получения больших пластических деформаций материалов, а именно сдвиговых деформаций (Я.Е. Бейгельзимер и др. Новые схемы накопления больших пластических деформаций с использованием гидроэкструзии. Физика и техника высоких давлений, 1999, т. 9, № 3, с. 109).
Сочетание интенсивной сдвиговой деформации и последующей термомеханической обработки в указанных режимах позволяет сформировать в материале термически стабильную ультрамелкозернистую структуру с размером зерен 0,1 μк и менее. При этом по сравнению с прототипом повышается уровень прочности на растяжение в 2 раза и увеличивается пластичность на 28-30%. Кроме того, в результате такой обработки первоначально анизотропный материал становится изотропным, что является отличительной структурной особенностью получаемого материала.
Таким образом, предложенная совокупность признаков способа позволяет получить новый неожиданный эффект, приводящий к значительному улучшению физико-механических свойств разрабатываемого материала. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию “Изобретательский уровень”.
Способ осуществляется следующим образом.
Призматическую титановую заготовку из сплава ВТ 1-0 в хорошо отожженном крупнозернистом состоянии с размером зерен 15-20 μк помещают в прямолинейную заходную часть матрицы с винтовым каналом, через который заготовку продавливают до тех пор, пока ее задний торец не выйдет в прямолинейную выходную часть матрицы. Ввиду того, что сечение винтового канала постоянно, в ходе процесса форма заготовки и ее поперечное сечение не изменяются. Это позволяет осуществлять ее многократное прессование с целью накопления интенсивных деформаций и упрочнения заготовки.
Деформацию проводят за несколько последовательных проходов для равномерной проработки структуры. Количество проходов определяется достижением накопленной логарифмической степени деформации е≥4.
После окончания этапа пластической деформации заготовку вынимают из оснастки и охлаждают до комнатной температуры. Затем ее подвергают правке и обработке для снятия дефектного слоя, после чего проводят контроль микротвердости, механических свойств на растяжение и микроструктуры.
На следующем этапе, называемом термомеханической обработкой (ТМО), заготовку подвергают ступенчатой многоходовой прокатке на четырехвалковом стане с промежуточными и окончательным отжигами. Температура отжига на промежуточной стадии составляет 500-350°С, время 0,5-2,0 час. На окончательной стадии температура отжига составляет 350-250°С, время 0,5-2,0 час. Суммарная степень деформации заготовки составляет 30-90%. После окончания этапа ТМО повторно проводят контроль микроструктуры, микротвердости и механических свойств.
Пример конкретного выполнения.
Берем исходную горячекованную заготовку из технически чистого титана марки ВТ1-0 в виде прутка сечением 25×25 мм и длиной 100 мм. Пруток подвергали винтовому прессованию в 3 прохода по описанному способу, в результате чего была достигнута степень деформации е=6. Максимальное значение угла наклона винтовой линии к оси прессования составляло γ=60°.
Затем заготовку подвергали правке и обработке для снятия дефектного слоя.
Контроль параметров и механических свойств показал:
- размер зерен d=0,3 μк
- предел прочности
(вдоль заготовки/поперек заготовки) σв=500 МПа/830 МПа
- предел текучести
(вдоль заготовки/поперек заготовки) σ=460 МПа/760 МПа
- относительное удлинение
(вдоль заготовки/поперек заготовки) δ=12%/17%
На следующем этапе пруток подвергали термомеханической обработке, а именно: многоходовой прокатке на четырехвалковом стане с промежуточными и окончательными отжигами. Температура отжига на промежуточной стадии составляла 350°С, время 1,0 час. На окончательной стадии температура отжига составляла 300°С, время 1,0 час.
Результаты испытаний:
- размер зерен d=0,1 μк
- предел прочности
(вдоль заготовки/поперек заготовки) σв=780 МПа/795 МПа
- предел текучести
(вдоль заготовки/поперек заготовки) σ02=750 МПа/760 МПа
- относительное удлинение
(вдоль заготовки/поперек заготовки) δ=30%/28%
Как показывают полученные результаты, комбинация термомеханической обработки (прокатки) с винтовым прессованием значительно улучшает не только прочность, но и пластичность материала заготовки, причем достигается изотропия механических свойств в продольном и поперечном направлениях, что часто является недостижимым при традиционных методах обработки.
Таким образом, предложенные способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок позволяет существенно улучшить структуру и механические свойства обрабатываемого материала и использовать его в ответственных конструкциях.
Claims (1)
- Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок, включающий интенсивную пластическую деформацию с накопленной логарифмической степенью деформации е≥4 и последующую термомеханическую обработку чередованием холодной деформации со степенью 30-90% с промежуточным и окончательным отжигом в интервале температур 250-500°С в течение 0,5-2,0 ч, отличающийся тем, что интенсивную пластическую деформацию заготовки осуществляют путем пропускания ее через матрицу с винтовым каналом, сечение которого, перпендикулярное оси прессования, постоянно вдоль этой оси, а угол наклона винтовой линии к оси прессования изменяется по длине или высоте матрицы, имея нулевое значение на ее начальном и конечном участках.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003113094/02A RU2237109C1 (ru) | 2003-05-05 | 2003-05-05 | Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003113094/02A RU2237109C1 (ru) | 2003-05-05 | 2003-05-05 | Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2237109C1 true RU2237109C1 (ru) | 2004-09-27 |
| RU2003113094A RU2003113094A (ru) | 2004-12-27 |
Family
ID=33433859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003113094/02A RU2237109C1 (ru) | 2003-05-05 | 2003-05-05 | Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2237109C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009084976A1 (fr) * | 2007-12-28 | 2009-07-09 | Institute For Metals Superplasticity Problems Of The Russian Academy Of Sciences (Imsp Ras) | Cathode froide et procédé de fabrication correspondant |
| WO2009102233A1 (ru) * | 2008-02-12 | 2009-08-20 | Gosudarstvennoe Obrazovatel'noe Uchrezhdenie Vysshego Professional'nogo Obrazovanija Ufimskij Gosudarstvennyj Aviatsionnyj Tekhnicheskij Universitet | Способ штамповки заготовок из наноструктурных титановых сплавов |
| RU2487960C2 (ru) * | 2011-07-28 | 2013-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф.Горбачева" (КузГТУ) | Способ получения ультрамелкозернистых структур прокаткой |
| RU2622536C2 (ru) * | 2015-11-03 | 2017-06-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ получения заготовок из технически чистого титана с размером зерна менее 0,4 мкм |
-
2003
- 2003-05-05 RU RU2003113094/02A patent/RU2237109C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009084976A1 (fr) * | 2007-12-28 | 2009-07-09 | Institute For Metals Superplasticity Problems Of The Russian Academy Of Sciences (Imsp Ras) | Cathode froide et procédé de fabrication correspondant |
| WO2009102233A1 (ru) * | 2008-02-12 | 2009-08-20 | Gosudarstvennoe Obrazovatel'noe Uchrezhdenie Vysshego Professional'nogo Obrazovanija Ufimskij Gosudarstvennyj Aviatsionnyj Tekhnicheskij Universitet | Способ штамповки заготовок из наноструктурных титановых сплавов |
| RU2487960C2 (ru) * | 2011-07-28 | 2013-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф.Горбачева" (КузГТУ) | Способ получения ультрамелкозернистых структур прокаткой |
| RU2622536C2 (ru) * | 2015-11-03 | 2017-06-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ получения заготовок из технически чистого титана с размером зерна менее 0,4 мкм |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pachla et al. | Effect of severe plastic deformation realized by hydrostatic extrusion and rotary swaging on the properties of CP Ti grade 2 | |
| RU2638139C2 (ru) | Ковка в открытом штампе с раздельными проходами трудных для ковки и чувствительных к траектории деформирования сплавов на основе титана и на основе никеля | |
| EP2598666A1 (en) | Hot stretch straightening of high strength alpha/beta processed titanium | |
| Montazeri-Pour et al. | Microstructural and mechanical properties of AA1100 aluminum processed by multi-axial incremental forging and shearing | |
| Pardis et al. | Development of new routes of severe plastic deformation through cyclic expansion–extrusion process | |
| EP3546606B1 (en) | Alpha+beta titanium extruded material | |
| RU2240197C1 (ru) | Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок | |
| Gupta et al. | Effect of Equal-channel angular pressing on mechanical properties: An overview | |
| JP4340754B2 (ja) | 高強度で且つ冷間圧造性に優れた鋼及び強度に優れたねじ及びボルト等の締結部品又は軸類等の成形品並びにそれらの製造方法 | |
| Lu et al. | Microstructure, mechanical properties and deformation mechanisms of an Al-Mg alloy processed by the cyclical continuous expanded extrusion and drawing approach | |
| RU2237109C1 (ru) | Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок | |
| US6976380B1 (en) | Developing the texture of a material | |
| Eghbali et al. | Warm deformation of low carbon steel using forward extrusion-equal channel angular pressing technique | |
| Kashi et al. | Microstructure and mechanical properties of the ultrafine-grained copper tube produced by severe plastic deformation | |
| RU2175685C1 (ru) | Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок | |
| Lewandowska et al. | Grain refinement in aluminium and the aluminium Al-Cu-Mg-Mn alloy by hydrostatic extrusion | |
| Zherebtsov et al. | Production, properties and application of ultrafine-grained titanium alloys | |
| Derakhshandeh et al. | Microstructure and mechanical properties of ultrafine-grained titanium processed by multi-pass ECAP at room temperature using core–sheath method | |
| RU2761398C1 (ru) | Способ обработки прутков из орто-сплавов титана для получения лопаток компрессора газотурбинного двигателя | |
| Zel’dovich et al. | Structure and mechanical properties of titanium subjected to high-rate channel angular pressing and deformation by rolling | |
| JPH07180011A (ja) | α＋β型チタン合金押出材の製造方法 | |
| RU2468114C1 (ru) | Способ получения сверхпластичного листа из алюминиевого сплава системы алюминий-литий-магний | |
| Chen et al. | Microstructure evolution and mechanical properties of large-scale AZ80 magnesium alloy billets produced by multitemperature multidirectional forging | |
| RU2251588C2 (ru) | Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок | |
| Dvorak et al. | Microstructural evolution and mechanical properties of high purity aluminium processed by equal-channel angular pressing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070506 |