RU2243833C1 - Method for making thin sheets of high strength titanium alloys - Google Patents
Method for making thin sheets of high strength titanium alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2243833C1 RU2243833C1 RU2003125891/02A RU2003125891A RU2243833C1 RU 2243833 C1 RU2243833 C1 RU 2243833C1 RU 2003125891/02 A RU2003125891/02 A RU 2003125891/02A RU 2003125891 A RU2003125891 A RU 2003125891A RU 2243833 C1 RU2243833 C1 RU 2243833C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rolling
- temperature
- case
- bag
- sheets
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способу изготовления тонких листов из высокопрочных титановых сплавов методом пакетной прокатки.The invention relates to the field of metal forming, and in particular to a method for manufacturing thin sheets of high-strength titanium alloys by the method of batch rolling.
Известен способ изготовления тонких листов из прочных и высокопрочных сплавов (патент РФ №2179899, кл. В 21 В 1/38, публ. 27.02.02). Способ включает подготовку карточной заготовки, сборку пакета в стальном кейсе, нагрев кейса до температуры 880°С и горячую прокатку со степенью деформации 60%, отжиг пакета при температуре 770°С в течение 30 мин, правку, раскрой пакета и отделочные операции листов.A known method of manufacturing thin sheets of strong and high-strength alloys (RF patent No. 2179899, CL 21
Данный способ позволяет получать листы с размерами α-фазы в микроструктуре 2-4 мкм, что вполне достаточно для изготовления деталей из листов в условиях сверхпластической деформации (СПД) при температурах 900-960°С. Это оптимальная температура для получения необходимых значений напряжений течения и относительного удлинения при скоростях деформации 10-3-10-4 сек-1.This method allows to obtain sheets with dimensions of the α-phase in the microstructure of 2-4 microns, which is quite enough for the manufacture of parts from sheets under conditions of superplastic deformation (SPD) at temperatures of 900-960 ° C. This is the optimal temperature to obtain the required values of flow stresses and elongation at strain rates of 10 -3 -10 -4 sec -1 .
Снижение температуры СПД ниже 800°С приводит к резкому увеличению напряжения течения до 75 МПа, и листы, полученные по известному способу, не пригодны для СПД при температурах ниже 800°С.Lowering the temperature of the SPD below 800 ° C leads to a sharp increase in the flow stress to 75 MPa, and the sheets obtained by the known method are not suitable for SPD at temperatures below 800 ° C.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ пакетной прокатки тонких листов (0,076-1,0 мм) из прочных и высокопрочных металлов, таких как титан, цирконий и их сплавы (патент США №2985945, публ. 30.05.61). Способ включает подготовку карточной заготовки, сборку пакета в стальном кейсе, нагрев пакета до 727-759°С, горячую прокатку пакета, отжиг, холодную прокатку со степенью деформации 10-60%, термообработку, раскрой пакета, отделочные операции листов.The closest in technical essence to the claimed invention is a method of batch rolling of thin sheets (0.076-1.0 mm) of strong and high-strength metals such as titanium, zirconium and their alloys (US patent No. 2985945, publ. 30.05.61). The method includes preparing a card blank, assembling a bag in a steel case, heating the bag to 727-759 ° C, hot rolling the bag, annealing, cold rolling with a degree of deformation of 10-60%, heat treatment, cutting the bag, finishing sheet operations.
Обработка высокопрочных сплавов в предлагаемом диапазоне температур затруднительна, приводит к образованию микротрещин и разрывов в обрабатываемом материале.The processing of high-strength alloys in the proposed temperature range is difficult, leading to the formation of microcracks and gaps in the processed material.
Листы, полученные по способу-прототипу, можно использовать для формовки деталей сложной формы методом сверхпластической деформации (СПД) только при высоких температурах (900-960°С). Снижение температуры ниже 800°С приводит к резкому увеличению напряжения при деформации.The sheets obtained by the prototype method can be used for molding parts of complex shape by the method of superplastic deformation (SPD) only at high temperatures (900-960 ° C). A decrease in temperature below 800 ° C leads to a sharp increase in stress during deformation.
Процесс изготовления деталей в условиях СПД осуществляют в специальных печах, внутрь которых помещают штампы и нагревают до температуры деформации 900-960°С. Через каналы, выполненные в верхнем штампе, к заготовке подается под давлением нагретый инертный газ, который и создает необходимое для формовки детали усилие. В связи с высокими температурами СПД долговечность инструмента (штампов) крайне мала, а расход электроэнергии чрезвычайно велик. Поэтому возникла потребность в снижении температуры процесса изготовления деталей в условиях СПД до 800°С и ниже.The manufacturing process of parts under SPD conditions is carried out in special furnaces, inside which dies are placed and heated to a deformation temperature of 900-960 ° С. Through channels made in the upper die, a heated inert gas is supplied to the workpiece under pressure, which creates the force necessary for molding the part. Due to the high temperatures of the SPD, the tool (stamp) life is extremely small, and the power consumption is extremely high. Therefore, there was a need to reduce the temperature of the manufacturing process of parts in the SPD conditions to 800 ° C and below.
Известно, что для расширения температурно-скоростного интервала СПД необходимо уменьшить размер зерна α-фазы (О.А.Кайбышев. Сверхпластичность промышленных сплавов. М.: Металлургия, 1984). Поэтому задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение листов с ультрамелкозернистой структурой, пригодных для сверхпластической деформации при температурах ниже 800°С.It is known that to expand the temperature-speed range of SPD, it is necessary to reduce the grain size of the α phase (O.A. Kaibyshev. Superplasticity of industrial alloys. M: Metallurgy, 1984). Therefore, the problem to which the invention is directed is to produce sheets with an ultrafine-grained structure suitable for superplastic deformation at temperatures below 800 ° C.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления тонких листов из высокопрочных титановых сплавов, включающем подготовку карточных заготовок, сборку пакета в стальном кейсе, нагрев и горячую прокатку пакета, термообработку, раскрой пакета и отделочные операции листов, перед первой прокаткой карточные заготовки нагревают до температуры на 50-150°С выше температуры полиморфного превращения, выдерживают в течение 15-50 мин и закаливают с охлаждением в воде, горячую прокатку пакета в кейсе, нагретом до температуры 650-750°С, первоначально осуществляют в продольном или поперечном направлении относительно направления прокатки исходной заготовки с суммарной степенью деформации 61-70%, а последующую горячую прокатку пакетов в кейсе осуществляют в направлении, перпендикулярном направлению первой прокатки пакета при тех же температурно-деформационных параметрах, после прокатки кейс подвергают отжигу при температуре 650-700°С с выдержкой 30-60 мин.The problem is solved in that in the method of manufacturing thin sheets of high-strength titanium alloys, including the preparation of card blanks, assembling the bag in a steel case, heating and hot rolling of the bag, heat treatment, cutting the bag and finishing operations of the sheets, before the first rolling, the card blanks are heated to a temperature 50-150 ° C higher than the polymorphic transformation temperature, incubated for 15-50 min and quenched with cooling in water, hot rolling of the bag in a case heated to a temperature of 650-750 ° C, initial It is carried out in the longitudinal or transverse direction relative to the rolling direction of the initial billet with a total degree of deformation of 61-70%, and the subsequent hot rolling of the packages in the case is carried out in the direction perpendicular to the direction of the first rolling of the package at the same temperature and deformation parameters, after rolling the case is annealed at a temperature of 650-700 ° C with a shutter speed of 30-60 minutes
Нагрев карточных заготовок до температуры на 50-150°С выше температуры полиморфного превращения (до температуры существования β-фазы) с последующей закалкой в воду позволяет получить в структуре сплава игольчатый α'-мартенсит, толщиной не более 1 мкм. При последующем нагреве до 650-750°С и горячей прокатке со степенью деформации 61-70% игольчатый α'-мартенсит разрушается, превращаясь в α-фазу, которая деформируется с образованием строчечных включений, состоящих из мельчайших зерен, обеспечивающих получение очень мелкозернистой микроструктуры, которая улучшает сверхпластичность сплава.Heating card blanks to a temperature of 50-150 ° C above the temperature of polymorphic transformation (to the temperature of existence of the β-phase) with subsequent quenching in water makes it possible to obtain needle-shaped α'-martensite with a thickness of not more than 1 μm in the alloy structure. Subsequent heating to 650-750 ° C and hot rolling with a degree of deformation of 61-70%, the needle-shaped α'-martensite is destroyed, turning into the α-phase, which is deformed with the formation of line inclusions consisting of fine grains, providing a very fine-grained microstructure, which improves the superplasticity of the alloy.
Направление прокатки пакетов имеет существенное значение в формировании кристаллографической текстуры листов. Изменяя последовательность продольной и поперечной прокатки пакета (поворот на 90°) относительно направления прокатки исходной заготовки (сляба), можно получить различную кристаллографическую текстуру в листах и снизить анизотропию механических свойств.The direction of rolling the packages is essential in the formation of the crystallographic texture of the sheets. By changing the sequence of longitudinal and transverse rolling of the package (rotation of 90 °) relative to the direction of rolling of the original billet (slab), you can get a different crystallographic texture in the sheets and reduce the anisotropy of the mechanical properties.
Для опытного опробования предлагаемого способа изготовления листов, пригодных для СПД при температурах ниже 800°С, был подобран химический состав сплава Ti-6Al-4V в пределах требований спецификации ASM-Т-9046 с следующим содержанием компонентов, мас.%: 5,5-6,0 Аl; 4,0-4,5 V; 0,08-0,16 О2; 0,2-0,3 Fe; 0,06-0,1 Ni; 0,06-0,1 Сr; не более 0,005 С; не более 0,005 N, Ti - остальное.For experimental testing of the proposed method of manufacturing sheets suitable for SPD at temperatures below 800 ° C, the chemical composition of the Ti-6Al-4V alloy was selected within the requirements of the ASM-T-9046 specification with the following components, wt.%: 5.5- 6.0 Al; 4.0-4.5 V; 0.08-0.16 About 2 ; 0.2-0.3 Fe; 0.06-0.1 Ni; 0.06-0.1 Cr; not more than 0.005 C; not more than 0.005 N, Ti - the rest.
Целью подбора химического состава сплава было максимально увеличить содержание β-фазы в сплаве путем увеличения содержания легирующих элементов, стабилизирующих β-фазу, что приводит к снижению температуры полиморфного превращения β-фазы в α-фазу, и, как следствие, снижение температуры, при которой устанавливается равное количество фаз (50% α-фазы и 50% β-фазы), необходимое для получения наилучших значений свойств сверхпластичности в сплаве, т.е. для снижения напряжения течения при СПД.The purpose of selecting the chemical composition of the alloy was to maximize the content of the β phase in the alloy by increasing the content of alloying elements that stabilize the β phase, which leads to a decrease in the temperature of the polymorphic transformation of the β phase into the α phase, and, as a result, a decrease in the temperature at which an equal number of phases (50% of the α phase and 50% of the β phase) is established, which is necessary to obtain the best values of the properties of superplasticity in the alloy, i.e. to reduce the flow stress during SPD.
Из слитка с таким химическим составом были изготовлены листы размерами 2,23×915×1650 мм (пример 1) и 2,032×1219×3658 мм (пример 2). Температура полиморфного превращения (Тп.п.) сплава равна 940°С.Sheets with dimensions of 2.23 × 915 × 1650 mm (Example 1) and 2.032 × 1219 × 3658 mm (Example 2) were made from an ingot with such a chemical composition. The polymorphic transformation temperature (TPP) of the alloy is 940 ° C.
Пример 1.Example 1
Полосу толщиной 20 мм разрезали на карточки размером 1380×1120 мм. Карточки нагревали до температуры 1050°С (Тп.п.+110°С), выдерживали 30 мин и закаливали в воде. После удаления с поверхности газонасыщенного слоя и дефектов карточки укладывали в кейс, изготовленный из углеродистой стали. Собранный кейс нагревали до температуры 700°С и прокатывали в поперечном направлении относительно направления прокатки первоначальной заготовки (сляба) с суммарной степенью деформации 63% на толщину листа 7,2 мм. Затем карточки перекладывали в кейс для получения готового листа, вновь нагревали до температуры 700°С и прокатывали в направлении, перпендикулярном направлению первой прокатки пакета с суммарной степенью деформации 63%, до получения листов толщиной 2,4 мм. Далее кейс подвергали отжигу при температуре 650°С с выдержкой при этой температуре 60 мин.A strip 20 mm thick was cut into 1380 × 1120 mm cards. Cards were heated to a temperature of 1050 ° C (Tp + 110 ° C), held for 30 minutes and quenched in water. After removal of the gas-saturated layer and defects from the surface, the cards were placed in a case made of carbon steel. The assembled case was heated to a temperature of 700 ° C and rolled in the transverse direction relative to the rolling direction of the initial billet (slab) with a total degree of deformation of 63% for a sheet thickness of 7.2 mm. Then the cards were transferred to the case to get the finished sheet, again heated to a temperature of 700 ° C and rolled in the direction perpendicular to the direction of the first rolling of the package with a total degree of deformation of 63%, to obtain sheets with a thickness of 2.4 mm. Next, the case was annealed at a temperature of 650 ° C with holding at this temperature for 60 minutes.
Затем проводились обычные отделочные операции, включающие правку листов на ролико-правильной машине, шлифовку, травление, вырезку образцов для испытаний и обрезку листов на готовый размер. В результате были получены листы размерами 2,23×915×1650 мм.Then, the usual finishing operations were carried out, including straightening the sheets on a straightening machine, grinding, etching, cutting out test specimens, and cutting the sheets to the finished size. As a result, sheets with dimensions of 2.23 × 915 × 1650 mm were obtained.
Пример 2.Example 2
Листы размерами 2,032×1219×3658 мм производили по аналогии с примером 1 с использованием двойной пакетной прокатки. Отличие заключалось в изменении направления прокатки после закалки карточных заготовок на α'-мартенсит (первой прокатки). Пакет сначала прокатывался в продольном направлении относительно направления прокатки первоначальной заготовки (сляба), а затем в направлении, перпендикулярном направлению первой прокатки пакета.Sheets with dimensions of 2.032 × 1219 × 3658 mm were produced by analogy with example 1 using double batch rolling. The difference was in a change in the direction of rolling after quenching of card blanks to α'-martensite (first rolling). The package was first rolled in the longitudinal direction relative to the direction of rolling of the original billet (slab), and then in the direction perpendicular to the direction of the first rolling of the package.
Были проведены механические испытания образцов листов, полученных по примеру 1 и примеру 2. Результаты механических испытаний приведены в таблице.Mechanical tests were carried out on samples of sheets obtained in Example 1 and Example 2. The results of the mechanical tests are shown in the table.
удлинение, %relative
elongation,%
Микроструктура полученных листов приведена на фиг.1, где:The microstructure of the obtained sheets is shown in figure 1, where:
а) - микроструктура листов, полученных по примеру 1;a) the microstructure of the sheets obtained in example 1;
в) - микроструктура листов, полученных по примеру 2.C) - the microstructure of the sheets obtained in example 2.
Анализ микроструктуры показал, что средний размер зерна α-фазы составляет менее 1 мкм, что существенно (в 3-5 раз) меньше, чем размер зерна серийно выпускаемых листов.An analysis of the microstructure showed that the average grain size of the α phase is less than 1 μm, which is significantly (3-5 times) smaller than the grain size of commercially available sheets.
Образцы листов подвергли испытаниям в условиях сверхпластической деформации (СПД) при температуре 760°С при скорости деформации 3·10-4 сек-1. Результаты испытаний приведены на фиг.2.Samples of the sheets were tested under conditions of superplastic deformation (SPD) at a temperature of 760 ° C at a strain rate of 3 · 10 -4 sec -1 . The test results are shown in figure 2.
Анализ результатов испытаний показал, что напряжение течения материала образцов серийных листов с размером зерна 6,0 мкм, испытанного при температуре 900°С, практически не отличается от напряжения течения материала листов с размером зерна 1,0 мкм, но испытанного при температуре 760°С (при истинной деформации=1,1 напряжение течения не превышает 35 МПа). Но при этом истинная деформация до разрушения образцов с размером зерна 1,0 мкм составляет 2,0 против 1,7 для образцов от серийно выпускаемых листов. Таким образом, полученные листы пригодны для СПД при температуре 760°С.Analysis of the test results showed that the flow stress of the samples of serial sheets with a grain size of 6.0 microns, tested at a temperature of 900 ° C, does not practically differ from the flow stress of the material of sheets with a grain size of 1.0 microns, but tested at a temperature of 760 ° C (with true strain = 1.1, the flow stress does not exceed 35 MPa). But at the same time, the true deformation before fracture of samples with a grain size of 1.0 μm is 2.0 versus 1.7 for samples from commercially available sheets. Thus, the resulting sheets are suitable for SPD at a temperature of 760 ° C.
Снижение температуры СПД позволит значительно повысить стойкость штампов при проведении процесса сверхпластической штамповки и снизить расход электроэнергии при эксплуатации печей. Кроме того, уменьшение температуры нагрева листов перед сверхпластической штамповкой позволит уменьшить затраты на безвозвратные потери металла, связанные с очисткой поверхности детали после процесса штамповки от окалины и газонасыщенного слоя. Безвозвратные потери металла снизятся в 3-10 раз в зависимости от условий проведения СПД.Lowering the temperature of the SPD will significantly increase the resistance of the dies during the superplastic stamping process and reduce energy consumption during operation of the furnaces. In addition, reducing the heating temperature of the sheets before superplastic stamping will reduce the cost of irretrievable metal losses associated with cleaning the surface of the part after the stamping process from scale and gas-saturated layer. Irrecoverable metal losses will decrease by 3-10 times depending on the conditions of the SPD.
Claims (1)
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003125891/02A RU2243833C1 (en) | 2003-08-25 | 2003-08-25 | Method for making thin sheets of high strength titanium alloys |
EP04775265A EP1658389B1 (en) | 2003-08-25 | 2004-08-25 | Method for manufacturing thin sheets of high-strength titanium alloys |
PCT/RU2004/000330 WO2005019489A1 (en) | 2003-08-25 | 2004-08-25 | Method for manufacturing thin sheets of high-strength titanium alloys |
DE602004011531T DE602004011531T2 (en) | 2003-08-25 | 2004-08-25 | METHOD FOR PRODUCING THIN STAINS FROM HIGH-TEN TITANIUM ALLOYS |
US11/351,533 US7708845B2 (en) | 2003-08-25 | 2006-02-10 | Method for manufacturing thin sheets of high strength titanium alloys description |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003125891/02A RU2243833C1 (en) | 2003-08-25 | 2003-08-25 | Method for making thin sheets of high strength titanium alloys |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2243833C1 true RU2243833C1 (en) | 2005-01-10 |
RU2003125891A RU2003125891A (en) | 2005-02-27 |
Family
ID=34881898
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003125891/02A RU2243833C1 (en) | 2003-08-25 | 2003-08-25 | Method for making thin sheets of high strength titanium alloys |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2243833C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566691C2 (en) * | 2011-04-22 | 2015-10-27 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Titanium slab for use in hot rolling and method of its producing |
RU184621U1 (en) * | 2017-11-27 | 2018-11-01 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | PACK FOR ROLLING THIN SHEETS |
WO2018199791A1 (en) | 2017-04-25 | 2018-11-01 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Titanium alloy-based sheet material for low-temperature superplastic deformation |
CN115971249A (en) * | 2022-12-09 | 2023-04-18 | 浙江申吉钛业股份有限公司 | Preparation method of ultrathin TC4 titanium alloy plate |
-
2003
- 2003-08-25 RU RU2003125891/02A patent/RU2243833C1/en active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566691C2 (en) * | 2011-04-22 | 2015-10-27 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Titanium slab for use in hot rolling and method of its producing |
WO2018199791A1 (en) | 2017-04-25 | 2018-11-01 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Titanium alloy-based sheet material for low-temperature superplastic deformation |
RU184621U1 (en) * | 2017-11-27 | 2018-11-01 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | PACK FOR ROLLING THIN SHEETS |
CN115971249A (en) * | 2022-12-09 | 2023-04-18 | 浙江申吉钛业股份有限公司 | Preparation method of ultrathin TC4 titanium alloy plate |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003125891A (en) | 2005-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7708845B2 (en) | Method for manufacturing thin sheets of high strength titanium alloys description | |
Semiatin et al. | The thermomechanical processing of alpha/beta titanium alloys | |
RU2317174C2 (en) | Method for isothermally forging nickel base super-alloys in air | |
EP2324137B1 (en) | Process for forming aluminium alloy sheet components | |
CN105839039B (en) | A kind of preparation method of the TiAl alloy sheet material of uniform formation | |
WO2021219056A1 (en) | High-strength stainless steel rotor and preparation method therefor | |
CN106955893A (en) | A kind of superplastic forming processing method of SP700 titanium-alloy thin-plates | |
RU2555267C2 (en) | Method of fabrication of thin sheets from two-phase titanium alloy and product from these sheets | |
JP2001518140A (en) | Aluminum sheet manufacturing method | |
RU2478448C2 (en) | Method of making thin sheets from difficult-to-form titanium alloys | |
RU2522252C1 (en) | Thin sheet manufacturing method | |
RU2243833C1 (en) | Method for making thin sheets of high strength titanium alloys | |
CN111876700B (en) | Heat treatment process of powder metallurgy aluminum alloy cold-rolled sheet | |
RU2250806C1 (en) | Method for making thin sheets of high-strength titanium alloys | |
CN109487102B (en) | Preparation method of aluminum-magnesium-scandium alloy plate for superplastic forming | |
RU2675011C1 (en) | Method of manufacturing flat products from hafnium-containing alloy based on titanium | |
RU2691471C1 (en) | Method of production of rolled sheet from titanium alloy of grade bt8 | |
RU2335571C2 (en) | Method of fabricating plates out of titanium alloy | |
RU2445399C1 (en) | Manufacturing method of flat hafnium profile | |
EP0484577B1 (en) | Process for enhancing physical properties of aluminum-lithium workpieces | |
RU2318913C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING SHEETS OF β-TITANIUM ALLOYS | |
RU2635650C1 (en) | Method of thermomechanical processing of high-alloyed pseudo- (titanium alloys alloyed by rare and rare-earth metals | |
RU2224047C1 (en) | Method for manufacture of semi-finished sheet products from titanium alloys | |
CN114472770B (en) | GH141 alloy large round bar forging process | |
RU2805951C1 (en) | Rotor made of high strength stainless steel and method of its manufacturing |