RU2321674C2

RU2321674C2 - Method for producing homogenous fine-grain titanium material (variants)

Info

Publication number: RU2321674C2
Application number: RU2002135197/02A
Authority: RU
Inventors: Оскар Акрамович Кайбышев (RU); Оскар Акрамович Кайбышев; Геннадий Алексеевич Салищев (RU); Геннадий Алексеевич Салищев; Майкл Фрэнсис Ксавьер ЖИГЛИОТТИ (US); Майкл Фрэнсис Ксавьер ЖИГЛИОТТИ; Гр. Бернард Патрик БЬЮЛЭЙ (US); Гр. Бернард Патрик БЬЮЛЭЙ; Джон Броддас ДИТОН (US); Джон Броддас ДИТОН; Роберт Гилмор СНИ (US); Роберт Гилмор СНИ
Original assignee: Дженерал Электрик Компани; Институт проблем сверхпластичности металлов РАН
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2008-04-10
Also published as: DE60314589D1; EP1433863A1; EP1433863B1; DE60314589T2

Abstract

FIELD: metallurgy, possibly production of homogenous fine-grain titanium material.

SUBSTANCE: according to first variant of invention method comprises steps of first heat treatment of blank of titanium material due to heating it till β-region; quickly cooling blank till (α + β)-region and forging it while creating at deforming process super-plasticity condition; then performing second heat treatment due to realizing recrystallization annealing for producing grain size in range approximately from 5 micrometers till 20 micrometers. According to second variant of method blank of double-phase titanium material is subjected to first heat treatment due to heating it till β-region. Heating temperature is in range approximately from 600°C till approximately temperature of polymorphous phase conversion of titanium material. Blank is quickly cooled till (α + β)-region and it is subjected to forging while creating super-plasticity condition. Then second heat treatment is realized due to performing recrystallization annealing. In the result double-phase material with grain size 15 - 20 micrometers is produced.

EFFECT: possibility for producing material that may be subjected to ultrasound flaw detection at high accuracy.

14 cl, 8 dwg, 3 tbl, 5 ex

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Изобретение относится к способам производства титанового материала. В частности, изобретение относится к способу производства титанового материала, по которому могут быть изготовлены титановые материалы для ультразвуковой дефектоскопии, включая способы и системы ультразвукового контроля.The invention relates to methods for the production of titanium material. In particular, the invention relates to a method for producing titanium material, in which titanium materials for ultrasonic inspection can be manufactured, including methods and systems of ultrasonic inspection.

Производство титанового материала с размерами зерна и природой колоний частиц, имеющих αTi-структуру, может включать важные переменные, которые влияют на область применения титанового материала. Кроме того, размер зерна титана и характер колоний частиц структуры αTi может влиять на ультразвуковые помехи и ультразвуковую дефектоскопию в однофазных и двухфазных титановых сплавах и материалах, в которых может использоваться ультразвуковая дефектоскопия, чтобы определить пригодность титанового материала для различных применений. Размер зерна титана и характер структуры колоний частиц αTi может влиять на способы ультразвукового контроля и результаты такого контроля, если создается нежелательный шум при проведении ультразвуковой дефектоскопии. Этот шум может скрывать или маскировать критические недостатки титана, что может ограничить область применения этого титана.The production of a titanium material with grain sizes and the nature of the colony of particles having an αTi structure may include important variables that affect the scope of the titanium material. In addition, the grain size of titanium and the nature of the colony of particles of the αTi structure can affect ultrasonic interference and ultrasonic inspection in single-phase and two-phase titanium alloys and materials in which ultrasonic inspection can be used to determine the suitability of the titanium material for various applications. The grain size of titanium and the nature of the structure of the colony of αTi particles can affect the methods of ultrasonic testing and the results of such monitoring if undesirable noise is generated during ultrasonic inspection. This noise may obscure or mask the critical imperfections of titanium, which may limit the scope of this titanium.

Структуры колоний формируются в процессе производства титанового материала, например во время охлаждения титанового материала, имеющего высокую температуру. Как полагают, колонии формируются, когда βTi преобразуется в αTi и может определять «текстурованную» микроструктуру титанового материала. Между зерном αTi и основным зерном βTi существует определенное кристаллографическое отношение, в результате которого имеются только три кристаллографические ориентации, при которых αTi будет формироваться из данного зерна βTi. Если скорость охлаждения достаточно большая и существует равномерное зародышеобразование αTi по всему зерну, соседние частицы αTi имеют различные ориентации, и каждая ведет себя как различный акустический объект рассеяния. Однако, если имеется только несколько участков зародышеобразования αTi в зерне βTi, то частицы αTi в данной области будут расти с той же самой ориентацией, в результате чего образуется структура колонии. Эта колония становится акустическим объектом. Поскольку колония сформирована в зерне βTi, размер колонии будет меньше, чем размер зерна αTi. Хотя термомеханический эффект, который основан на динамической рекристаллизации в диапазоне температур α+β для достижения равномерного мелкого зерна (РМЗ) частиц α Ti и предотвращает формирование колонии при улучшении микроструктуры титана, в титановом материале могут оставаться определенные дефекты. Эти дефекты могут быть весьма нежелательными для некоторых применений титанового материала. Таким образом, дефекты должны быть обнаружены до использования титанового материала в различных областях применения, чувствительных к микроструктуре.Colony structures are formed during the production of titanium material, for example, during cooling of a titanium material having a high temperature. Colonies are thought to form when βTi is converted to αTi and can determine the “textured” microstructure of titanium material. There is a definite crystallographic relationship between the αTi grain and the main βTi grain, as a result of which there are only three crystallographic orientations at which αTi will be formed from a given βTi grain. If the cooling rate is sufficiently large and there is uniform nucleation of αTi throughout the grain, the neighboring particles of αTi have different orientations, and each behaves as a different acoustic scattering object. However, if there are only a few nucleation sites of αTi in βTi grain, then αTi particles in this region will grow with the same orientation, resulting in the formation of a colony structure. This colony becomes an acoustic object. Since the colony is formed in βTi grain, the colony size will be smaller than the αTi grain size. Although the thermomechanical effect, which is based on dynamic recrystallization in the temperature range α + β to achieve uniform fine grain size (RMZ) of α Ti particles, prevents colony formation while improving the titanium microstructure, certain defects may remain in the titanium material. These defects can be very undesirable for some titanium material applications. Thus, defects must be detected before using titanium material in various microstructure sensitive applications.

Способы производства титанового материала известны и могут быть различными. Один такой способ производства титанового материала основан на динамической рекристаллизации титанового материала в диапазоне температур α+β. Эта рекристаллизация предназначена для достижения относительно равномерного мелкого зерна (РМЗ) αTi частицы и предотвращает формирование колонии. Хотя этот тип рекристаллизации предназначен для улучшения микроструктур титанового материала, в процессе обработки титанового материала могут возникнуть дефекты, которые ограничивают область применения титанового материала. Некоторые из дефектов в титановом материале трудно обнаружить при использовании обычных способов ультразвуковой дефектоскопии.Methods for producing titanium material are known and may be different. One such method for producing titanium material is based on the dynamic recrystallization of titanium material in the temperature range α + β. This recrystallization is intended to achieve a relatively uniform fine grain (RMZ) αTi particle and prevents colony formation. Although this type of recrystallization is intended to improve the microstructures of the titanium material, defects may occur during the processing of the titanium material that limit the scope of the titanium material. Some of the defects in the titanium material are difficult to detect using conventional ultrasonic inspection methods.

Неразрушающий контроль изделий и конструкций путем ультразвуковой дефектоскопии широко используется в данной области техники для испытаний и оценки таких изделий.Non-destructive testing of products and structures by ultrasonic inspection is widely used in the art for testing and evaluating such products.

Ультразвуковая дефектоскопия и тесты, как правило, требуют, чтобы дефекты или недостатки в изделиях и конструкциях демонстрировали бы различное акустическое поведение по сравнению со сплошными изделиями и конструкциями, подвергнутыми ультразвуковой обработке, чтобы обнаружить эти дефекты. Такое различное поведение позволяет ультразвуковой дефектоскопии обнаруживать дефекты, зерно, нарушение структуры и другие соответствующие микроструктурные характеристики (дефекты) материала. Материалы, из которых изготавливаются изделия и конструкции с большими упруго анизотропными зернами типа стальных отливок, сплавов титана и сплавов никеля, часто очень трудно проверить методом ультразвуковой дефектоскопии. Трудности возникают, по меньшей мере, частично потому, что звуковые волны, которые используются для ультразвуковой дефектоскопии, отражаются от зерна и от массивов зерен, разделяя общее упругое поведение, и создают фоновый «шум». Созданные помехи могут маскировать дефекты материала и являются, таким образом, крайне нежелательными.Ultrasonic flaw detection and testing typically require defects or defects in products and structures to exhibit different acoustic behavior compared to solid products and structures subjected to ultrasonic treatment in order to detect these defects. Such different behavior allows ultrasonic flaw detection to detect defects, grain, structural disruption and other relevant microstructural characteristics (defects) of the material. The materials from which products and structures are made with large elastically anisotropic grains such as steel castings, titanium alloys and nickel alloys are often very difficult to verify by ultrasonic inspection. Difficulties arise, at least in part, because the sound waves that are used for ultrasonic flaw detection are reflected from the grain and from the array of grains, sharing the overall elastic behavior, and create a background “noise”. Interferences created can mask material defects and are thus highly undesirable.

В способах ультразвуковой дефектоскопии используются сфокусированные ультразвуковые лучи, которые увеличивают фракцию дефекта в любом мгновенно озвучиваемом объеме материала в конструкциях и изделиях. Усовершенствованная методика ультразвуковой дефектоскопии может идентифицировать признаки, основанные на максимальном сигнале, так же как и на сигнале шума. Рассеяние звука в поликристаллическом металлическом теле, которое также формулируется в данной области техники как ослабление распространяющейся звуковой волны, может быть описано как функция, по меньшей мере, одного размера зерна, соответствующего характеристикам материала и частоте ультразвука. Как правило, описываются три различных функциональных отношения по рассеянию, частоте и размерам зерна, а именно:Methods of ultrasonic flaw detection use focused ultrasonic rays, which increase the defect fraction in any instantly voiced volume of material in structures and products. An advanced ultrasonic flaw detection technique can identify features based on the maximum signal, as well as the noise signal. Sound scattering in a polycrystalline metal body, which is also formulated in the art as attenuation of a propagating sound wave, can be described as a function of at least one grain size corresponding to the characteristics of the material and the frequency of the ultrasound. As a rule, three different functional relationships are described by scattering, frequency and grain size, namely:

для λ>2πD·а, равное приблизительно Tν⁴Θ, называемое «релеевским рассеянием»;for λ> 2πD · a, approximately equal to Tν ⁴ Θ, called “Rayleigh scattering”;

для λ>2πD·а или λ≅D·a, равное приблизительно Dv²Σ, называемое «стохастическим» или «фазовым» рассеянием;for λ> 2πD · a or λ≅D · a, approximately equal to Dv ² Σ, called “stochastic” or “phase” scattering;

для λ<<D·a ∝ 1/D, называемое «диффузионным» рассеянием;for λ << D · a ∝ 1 / D, called “diffusion” scattering;

где а - ослабление, λ - длина волны ультразвуковой энергии, ν - частота ультразвуковой энергии, D - средний диаметр зерна, Т - объем рассеяния зерна и Θ и Σ - факторы рассеяния, основанные на упругих свойствах проверяемого материала.where a is attenuation, λ is the wavelength of ultrasonic energy, ν is the frequency of ultrasonic energy, D is the average grain diameter, T is the grain scattering volume, and Θ and Σ are scattering factors based on the elastic properties of the material being tested.

Микроструктура титанового материала может быть определена путем измерения рассеяния звука в материале. Чувствительность к рассеянию звука микроструктуры титанового материала может быть приписана частицам αTi, которые собраны в колонии. Как правило, эти колонии титанового материала имеют общую кристаллографическую (и упругую) ориентацию и эти колонии частиц αTi могут вести себя как большое зерно в титановом материале. Отдельная частица αTi может иметь диаметр 5 μм, однако колония частиц αTi может иметь размер больше 200 μм в диаметре. Таким образом, вклад размера благодаря чувствительности к рассеянию звука от частиц αTi может изменяться, например изменяться более чем в 40 раз среди различных микроструктур. Кроме того, чувствительность к рассеянию звука из-за частиц αTi может изменяться в диапазоне от беспорядочно кристаллографически ориентированных частиц αTi до частиц αTi в кристаллографически ориентированных колониях частиц αTi.The microstructure of the titanium material can be determined by measuring the scattering of sound in the material. The sound scattering sensitivity of the microstructure of the titanium material can be attributed to αTi particles that are collected in the colony. Typically, these colonies of titanium material have a common crystallographic (and elastic) orientation, and these colonies of αTi particles can behave like large grains in a titanium material. A single αTi particle may have a diameter of 5 μm, however, a colony of αTi particles may have a size greater than 200 μm in diameter. Thus, the contribution of size due to sensitivity to sound scattering from particles αTi can vary, for example, change more than 40 times among different microstructures. In addition, the sensitivity to sound scattering due to αTi particles can vary from randomly crystallographically oriented αTi particles to αTi particles in crystallographically oriented colony of αTi particles.

Хотя ультразвуковая дефектоскопия большинства изделий из титанового материала может быть выполнена с некоторой степенью достоверности, форма, размер, конфигурация, структура и ориентация изделий, зерен титанового материала и микроструктуры, сформированные при производстве титанового материала, подвергшегося ультразвуковой обработке, могут внести ошибки в результаты ультразвуковой дефектоскопии. Таким образом, чтобы иметь приемлемый титановый материал для некоторых применений, желательно обеспечить способы производства титанового материала, которые обеспечивают производство изделий и конструкций из титана, которые могут быть подвергнуты ультразвуковой дефектоскопии. Последняя улучшает определение и дифференцирование помех в процессе ультразвуковой дефектоскопии. Таким образом, способ ультразвуковой дефектоскопии может определять, является ли шум при ультразвуковой дефектоскопии результатом дефекта в титановом материале или возник из-за других факторов.Although ultrasonic inspection of most titanium material products can be performed with some degree of certainty, the shape, size, configuration, structure and orientation of the products, titanium material grains and microstructures formed during the production of titanium material subjected to ultrasonic processing can introduce errors into the results of ultrasonic inspection . Thus, in order to have an acceptable titanium material for some applications, it is desirable to provide methods for producing titanium material that enable the production of titanium products and structures that can be subjected to ultrasonic inspection. The latter improves the identification and differentiation of interference in the process of ultrasonic inspection. Thus, the ultrasonic inspection method can determine whether the noise during ultrasonic inspection is the result of a defect in the titanium material or has arisen due to other factors.

Следовательно, существует потребность в способе производства титанового материала, который является подходящим для создания титанового материала, изделий и конструкций, которые могут быть подвергнуты ультразвуковой дефектоскопии с улучшенными свойствами для определения и отделения помех в процессе ультразвуковой дефектоскопии.Therefore, there is a need for a method for producing titanium material that is suitable for creating titanium material, products and structures that can be subjected to ultrasonic inspection with improved properties for detecting and separating interference during ultrasonic inspection.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящим изобретением обеспечивается способ производства однородного мелкозернистого титанового материала, при котором титановый материал имеет размер зерна в диапазоне приблизительно от 5 μм до приблизительно 20 μм. Способ включает стадии подготовки заготовки титанового материала; проведение первой термической обработки заготовки титанового материала для нагрева этой заготовки до β-области; быстрое охлаждение заготовки титанового материала от β-области до α+β-области; ковку заготовки титанового материала и проведение второй обработки заготовки титанового материала. Способ производства титанового материала включает обработку заготовки титанового материала в условиях сверхпластичности при данном производстве титанового материала.The present invention provides a method for producing a uniform fine-grained titanium material, wherein the titanium material has a grain size in the range of about 5 μm to about 20 μm. The method includes the steps of preparing a titanium material preform; conducting the first heat treatment of the titanium material preform to heat this preform to the β region; rapid cooling of the titanium material preform from the β region to the α + β region; the forging of the titanium material preform and the second processing of the titanium material preform. A method for producing a titanium material includes processing a titanium material preform under superplasticity in a given production of titanium material.

Настоящее изобретение включает в себя также способ производства однородного мелкозернистого титанового материала, при котором титановый материал имеет размер зерна в диапазоне от приблизительно 15 мкм до приблизительно 20 мкм, обеспечивая, в основном, равноосное зерно титана и, в основном, зерно титана одного размера и, в основном, равномерное распределение частиц второй фазы и легирующих элементов. Способ включает следующие стадии: подготовка заготовки титанового материала, получение титанового материала, включающего двухфазный титановый материал; проведение первой термической обработки заготовки титанового материала, чтобы нагреть заготовку титанового материала до β-области; быстрое охлаждение заготовки титанового материала от β-области до α+β-области; ковку заготовки титанового материала и проведение второй термической обработки заготовки титанового материала. Способ производства титанового материала включает обработку заготовки титанового материала в условиях сверхпластичности при осуществлении данного способа производства титанового материала. Способ производства титанового материала включает нагревание заготовки титанового материала до температуры в диапазоне от приблизительно 600°С до приблизительно Tpt, где Tpt - температура полиморфного фазового превращения титанового материала.The present invention also includes a method for producing a uniform fine-grained titanium material, wherein the titanium material has a grain size in the range of from about 15 μm to about 20 μm, providing substantially equiaxed titanium grain and mainly titanium grain of the same size, and basically, uniform distribution of particles of the second phase and alloying elements. The method includes the following steps: preparing a titanium material preform, obtaining a titanium material comprising a two-phase titanium material; conducting a first heat treatment of the titanium material preform in order to heat the titanium material preform to a β region; rapid cooling of the titanium material preform from the β region to the α + β region; forging a titanium material preform and conducting a second heat treatment of the titanium material preform. A method for producing a titanium material includes processing a preform of a titanium material under superplasticity in the implementation of this method for the production of titanium material. A method of manufacturing a titanium material comprises heating a titanium material preform to a temperature in the range of from about 600 ° C to about Tpt, where Tpt is the polymorphic phase transformation temperature of the titanium material.

Эти и другие аспекты, преимущества и существенные особенности изобретения станут очевидными из следующего подробного описания со ссылками на приложенные чертежи, на которых одинаковые части обозначены одними и теми же цифровыми позициями и раскрывают варианты изобретения.These and other aspects, advantages and essential features of the invention will become apparent from the following detailed description with reference to the attached drawings, in which the same parts are denoted by the same digital position and disclose variations of the invention.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На фигуре 1 представлены микрофотографии материала Т16242 при следующих условиях: (а) обычная заготовка; (b) обычная поковка; (с) заготовка с равномерным мелким зерном (РМЗ); (d) поковка из заготовки РМЗ.The figure 1 presents microphotographs of material T16242 under the following conditions: (a) a conventional blank; (b) ordinary forging; (c) a workpiece with uniform fine grain (RMZ); (d) forgings from the PMZ billet.

На фигуре 2 представлено икосаэдральное изображение, полученное из анализа образца материала Тi6242 с помощью анализа типа обратного рассеяния электронов (EBSP) при следующих условиях: (а) обычная заготовка; (b) обычная поковка.The figure 2 presents the icosahedral image obtained from the analysis of a sample of material Ti6242 using analysis of the type of backscattering of electrons (EBSP) under the following conditions: (a) a conventional workpiece; (b) ordinary forging.

(с) заготовка РМЗ; (d) поковка из заготовки РМЗ;(c) procurement of RMZ; (d) forgings from billets RMZ;

На фигуре 3 показаны полюсные фигуры [0001], полученные с помощью ЕВЗР-анализа материала Ti6242 при следующих условиях:The figure 3 shows the pole figures [0001] obtained using the EVZR analysis of the material Ti6242 under the following conditions:

(а) обычная заготовка; (b) обычная поковка; (с) заготовка РМЗ;(a) conventional procurement; (b) ordinary forging; (c) procurement of RMZ;

(d) поковка из заготовки РМЗ.(d) forgings from the PMZ billet.

На фигуре 4 показаны изображения блоков Ti6242 при сканировании с частотой 5 МГц, причем блоки содержат множество глухих отверстий диаметром 0,79 мм, которые сверлят на глубину 25 мм ниже верхней поверхности блока. На этом чертеже слева вверху представлена титановая заготовка РМЗ, справа вверху - обычная титановая заготовка, слева внизу - поковка из обычного титана и справа внизу - поковка из титана РМЗ, где С - сканирование изображений выполнено с частотой 5 МГц и ослаблением шума на 12 дБ.Figure 4 shows images of Ti6242 blocks when scanned at a frequency of 5 MHz, and the blocks contain many blind holes with a diameter of 0.79 mm, which are drilled to a depth of 25 mm below the upper surface of the block. In this drawing, the titanium billet of the RMZ is represented at the top left, the usual titanium billet at the top right, the forgings from ordinary titanium at the bottom left and the forgings from RMZ forgings at the bottom right, where C - image scanning was performed with a frequency of 5 MHz and noise reduction by 12 dB.

На фигуре 5 показаны изображения блоков Ti6242, сканированные с частотой 5 МГц, причем блоки содержат множество глухих отверстий диаметром 0,79 мм, которые сверлят на глубину 25 мм ниже верхней поверхности блока. На этом чертеже слева вверху представлена титановая заготовка РМЗ, справа вверху - обычная титановая заготовка, слева внизу - поковка из обычного титана и справа внизу - поковка из титана РМЗ, где С-сканирование изображений выполнено с частотой 5 МГц и ослаблением шума на 34 дБ.Figure 5 shows images of Ti6242 blocks scanned at a frequency of 5 MHz, and the blocks contain many blind holes with a diameter of 0.79 mm, which are drilled to a depth of 25 mm below the upper surface of the block. In this drawing, the RMZ titanium billet is shown at the top left, ordinary titanium billet at the top right, ordinary titanium forgings at the bottom left and RMZ titanium forgings at the bottom right, where C-scanning of images was performed with a frequency of 5 MHz and noise attenuation of 34 dB.

На фигуре 6 представлен график средних сигналов от глухих отверстий по отношению к тем, которые механически выполнены в блоке из обычной заготовки.The figure 6 presents a graph of average signals from blind holes in relation to those that are mechanically made in the block from a conventional workpiece.

На фигуре 7 представлен график среднего шума от блоков, которые механически обработаны из обычной заготовки.The figure 7 presents a graph of the average noise from blocks that are mechanically processed from a conventional workpiece.

На фигуре 8 представлен график отношения сигнал/шум блоков Ti6242 как функция частоты.Figure 8 is a graph of signal to noise ratio of Ti6242 units as a function of frequency.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF THE INVENTION

Способ производства титанового материала в соответствии с изобретением включает множество стадий металлургической обработки, используемой для получения титанового материала с однородной микроструктурой с мелким зерном. Полученный титановый материал подходит для различных чувствительных к микроструктуре областей применения, включая, но не ограничиваясь, изготовление узлов турбин. Полученный титановый материал может также быть без затруднения проверен способами и системами ультразвуковой дефектоскопии. Ультразвуковая дефектоскопия титанового материала, который получен по способу производства титанового материала в соответствии с изобретением, позволяет быстро определить характеристики титанового материала, например, не ограничиваясь сказанным, тип рассеяния, размер зерна и другие характеристики микроструктуры.The method for producing titanium material in accordance with the invention includes many stages of metallurgical processing used to produce titanium material with a uniform microstructure with fine grain. The resulting titanium material is suitable for a variety of microstructure sensitive applications, including but not limited to the manufacture of turbine assemblies. The obtained titanium material can also be tested without difficulty by methods and systems of ultrasonic flaw detection. Ultrasonic testing of titanium material, which is obtained by the method of manufacturing titanium material in accordance with the invention, allows you to quickly determine the characteristics of the titanium material, for example, but not limited to, type of scattering, grain size and other characteristics of the microstructure.

Способ производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением включает, по меньшей мере, стадию получения заготовки титанового материала, в которой заготовка титанового материала может быть сформирована любым подходящим способом производства титанового материала, включая, но не ограничиваясь, способы порошковой металлургии; первую термическую обработку заготовки путем нагрева до β-области для титана; быстрое охлаждение нагретой таким образом заготовки титанового материала; ковку охлажденной заготовки титанового материала с созданием в процессе деформирования титанового материала заготовки условий сверхпластичности и вторую термическую обработку кованой заготовки титанового материала путем рекристаллизационного отжига. Конечный титановый материал обладает микроструктурой с размером зерна в диапазоне от приблизительно 5 мкм до приблизительно 20 мкм, например в диапазоне от приблизительно 15 мкм до приблизительно 20 мкм.A method for producing titanium material in accordance with the present invention includes at least a step for producing a titanium material preform, wherein the titanium material preform can be formed by any suitable method for producing titanium material, including, but not limited to, powder metallurgy methods; first heat treating the preform by heating to the β region for titanium; rapid cooling of the titanium material preheated in this way; forging a cooled preform of titanium material with the creation of superplastic conditions in the process of deformation of the titanium material preform; and second heat treatment of the forged preform of titanium material by recrystallization annealing. The final titanium material has a microstructure with a grain size in the range from about 5 microns to about 20 microns, for example in the range from about 15 microns to about 20 microns.

Равномерная микроструктура мелкозернистого титанового материала создается рекристаллизацией титанового материала в процессе осуществления способа производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением. Рекристаллизация титанового материала часто происходит во время пластической деформации титанового материала, например во время отжига или деформации титанового материала. Следовательно, результирующий микроструктурный размер зерна находится в диапазоне от приблизительно 5 мкм до приблизительно 20 мкм, например в диапазоне от приблизительно 15 мкм до приблизительно 20 мкм. Такой размер зерна титанового материала приводит к уменьшению дефектов в титановом материале.A uniform microstructure of fine-grained titanium material is created by recrystallization of the titanium material in the process of manufacturing the titanium material in accordance with the present invention. Recrystallization of the titanium material often occurs during plastic deformation of the titanium material, for example during annealing or deformation of the titanium material. Therefore, the resulting microstructural grain size is in the range from about 5 microns to about 20 microns, for example in the range from about 15 microns to about 20 microns. This grain size of the titanium material leads to a decrease in defects in the titanium material.

Обычные процессы пластической деформации титанового материала не способны формировать высокооднородные микроструктуры титанового материала. Эти известные процессы пластической деформации могут привести к образованию различных металлографических и кристаллографических микроструктур титана с различным неравномерным распределением частиц второй фазы и различных форм частиц в микроструктуре титанового материала. Такая микроструктура титанового материала, даже при том, что она может обладать небольшими размерами зерна, создает значительные уровни шума при ультразвуковой дефектоскопии, который, конечно, является нежелательным.Conventional processes of plastic deformation of a titanium material are not able to form highly homogeneous microstructures of a titanium material. These known processes of plastic deformation can lead to the formation of various metallographic and crystallographic microstructures of titanium with different uneven distribution of particles of the second phase and various shapes of particles in the microstructure of titanium material. Such a microstructure of the titanium material, even though it may have small grain sizes, creates significant noise levels during ultrasonic inspection, which, of course, is undesirable.

Однородная микроструктура с мелким зерном с размером в диапазоне от приблизительно 5 мкм до приблизительно 20 мкм, например в диапазоне от приблизительно 15 мкм до приблизительно 20 мкм, может быть сформирована по способу производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением. Эта однородная микроструктура с мелким зерном формируется динамической рекристаллизацией зерна титанового материала, которая часто сопровождается созданием вторых фаз. Температурные и скоростные условия способа производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением включают диапазон температур от приблизительно 600°С до приблизительно Т_пп, где Т_пп является температурой полиморфного преобразования титанового материала. Интервал скоростей для способа производства титанового материала находится в диапазоне от приблизительно 10^-5 до приблизительно 10^-1 с^-1. В способе производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением более низкая температура деформации и более высокая скорость деформации обеспечивают малый размер зерна. Эти диапазоны температур и скоростей деформации включают условия сверхпластичной деформации, которые заканчиваются динамической рекристаллизацией титанового материала и формированием рекристаллизованного зерна титанового материала с размером зерна в диапазоне от приблизительно 5 мкм до приблизительно 20 мкм.A homogeneous fine grain microstructure with a size in the range of from about 5 microns to about 20 microns, for example in the range of from about 15 microns to about 20 microns, can be formed by the method of manufacturing titanium material in accordance with the present invention. This homogeneous microstructure with fine grain is formed by the dynamic recrystallization of a grain of titanium material, which is often accompanied by the creation of second phases. The temperature and speed conditions of the method for producing titanium material in accordance with the present invention include a temperature range from about 600 ° C to about T _pp , where T _pp is the polymorphic transformation temperature of the titanium material. The speed range for the method of manufacturing titanium material is in the range from about 10 ^-5 to about 10 ^-1 s ^-1 . In the method for producing titanium material in accordance with the present invention, a lower deformation temperature and a higher deformation rate provide a small grain size. These temperature and strain rate ranges include superplastic deformation conditions that result in dynamic recrystallization of the titanium material and the formation of a recrystallized grain of the titanium material with a grain size in the range of from about 5 μm to about 20 μm.

Условия сверхпластичной деформации создаются в течение одной из стадий обработки по способу производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением. Микроструктура титанового материала может стать однородной, если титановый материал подвергнут сверхпластичной деформации, при которой однородность обеспечивается, в основном, получением равноосного зерна, причем отдельные зерна имеют, в основном, один и тот же размер. Кроме того, любые вторичные фазовые частицы титанового материала могут быть, в основном, равномерно распределены в титановом материале, и любые легирующие элементы в нем могут быть, в основном, распределены между фазами. В целом, титановый материал, который получен по способу производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает, в основном, бесструктурное состояние, означающее, что титановый материал не содержит колоний, которые мешали бы ультразвуковой дефектоскопии. В результате шумы при проведении ультразвуковой дефектоскопии могут быть уменьшены и чувствительность ультразвуковой дефектоскопии по обнаружению дефектов титанового материала увеличена.Superplastic deformation conditions are created during one of the processing steps according to the method for producing titanium material in accordance with the present invention. The microstructure of the titanium material can become homogeneous if the titanium material is subjected to superplastic deformation, in which the uniformity is ensured mainly by obtaining equiaxed grains, and the individual grains are basically the same size. In addition, any secondary phase particles of the titanium material can be substantially evenly distributed in the titanium material, and any alloying elements in it can be mainly distributed between the phases. In General, the titanium material, which is obtained by the method of producing titanium material in accordance with the present invention, provides, basically, a structureless state, meaning that the titanium material does not contain colonies that would interfere with ultrasonic inspection. As a result, the noise during ultrasonic inspection can be reduced and the sensitivity of ultrasonic inspection to detect defects in titanium material is increased.

Заготовка титанового материала, которая получена по способу производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением, может включать двухфазный титановый материал, например двухфазный титановый сплав, который может быть получен с помощью любого подходящего металлургического процесса, включая, не ограничиваясь, порошковую металлургию. Титановый сплав может включать любой подходящий титановый материал или титановый сплав, например сплавы Ti64, сплавы Тi6242, сплавы TI-5Al-2.5Sn, сплавы TI-5Al-2.5Sn-Eli, титановые сплавы IMI550, титановые сплавы VT8-1, титановые сплавы VT6 и другие титановые материалы. Обсуждаемые здесь сплавы являются образцовыми титановыми материалами для титановых изделий и конструкций в соответствии с изобретением. Описание конкретных титановых сплавов никоим образом не ограничивает возможности изобретения.The procurement of titanium material, which is obtained by the method of manufacturing titanium material in accordance with the present invention, may include a two-phase titanium material, for example a two-phase titanium alloy, which can be obtained using any suitable metallurgical process, including, but not limited to, powder metallurgy. The titanium alloy may include any suitable titanium material or titanium alloy, for example Ti64 alloys, Ti6242 alloys, TI-5Al-2.5Sn alloys, TI-5Al-2.5Sn-Eli alloys, IMI550 titanium alloys, VT8-1 titanium alloys, VT6 titanium alloys and other titanium materials. The alloys discussed herein are exemplary titanium materials for titanium articles and structures in accordance with the invention. The description of specific titanium alloys in no way limits the scope of the invention.

Формирование однородной микроструктуры с мелким зерном в титановых материалах может быть отнесено к начальной микроструктуре титанового материала перед любой деформацией. Например, начальная микроструктура титанового материала перед деформацией в α+β-области имеет тенденцию включать зерно, которое является грубым и пластинчатым. Этот размер зерна находится в диапазоне от приблизительно 300 мкм до приблизительно 500 мкм.The formation of a homogeneous microstructure with fine grain in titanium materials can be attributed to the initial microstructure of the titanium material before any deformation. For example, the initial microstructure of titanium material before deformation in the α + β region tends to include grain, which is coarse and lamellar. This grain size ranges from about 300 microns to about 500 microns.

Титановый материал с меньшим и более равномерным размером зерна, который может быть получен при деформации в β-области, может быть также получен при деформации в (α+β)-области. Для того чтобы получить эту микроструктуру титанового материала, осуществляются несколько стадий ковки по способу производства титанового материала с температурой около Т_пп. Таким образом, рекристаллизационный отжиг или вторичная деформация в способе производства титанового материала осуществляются в β-области для формирования однородной микроструктуры с тонким β-зерном.Titanium material with a smaller and more uniform grain size, which can be obtained by deformation in the β region, can also be obtained by deformation in the (α + β) region. In order to obtain this microstructure of the titanium material, several forging stages are carried out according to the method for producing titanium material with a temperature of about T _pp . Thus, recrystallization annealing or secondary deformation in the method for producing titanium material is carried out in the β region to form a homogeneous microstructure with a fine β grain.

Различные ориентации зерен начального титанового материала при наличии механических напряжений в процессе осуществления способа производства титанового материала могут привести к неравномерной рекристаллизации. Эта неравномерная или неоднородная рекристаллизация (текстурованная микроструктура) может привести к неравномерному распределению деформации в титановом материале. Способ производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением, может повысить равномерность распределения деформации и однородность микроструктуры в титановом материале и, таким образом, обеспечит желательную микроструктуру титанового материала.Different orientations of the grains of the initial titanium material in the presence of mechanical stresses during the implementation of the method for producing titanium material can lead to uneven recrystallization. This non-uniform or non-uniform recrystallization (textured microstructure) can lead to an uneven distribution of deformation in the titanium material. The method for producing a titanium material in accordance with the present invention can increase the uniformity of the distribution of deformation and the uniformity of the microstructure in the titanium material and, thus, provide the desired microstructure of the titanium material.

Способ производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением далее обсуждается на примерах получения титановых материалов. Эти примеры являются просто примерами осуществления способов производства титанового материала по настоящему изобретению и не являются каким-либо ограничением изобретения. В объем изобретения входят и другие способы производства титанового материала. Кроме того, величины, диапазоны и количества, указанные в описании, являются приблизительными, если не оговорено иначе.A method for producing titanium material in accordance with the present invention is further discussed with examples of the production of titanium materials. These examples are merely exemplary of the methods for manufacturing titanium material of the present invention and are not any limitation of the invention. Other methods for producing titanium material are also within the scope of the invention. In addition, the quantities, ranges and amounts indicated in the description are approximate unless otherwise specified.

ПРИМЕР 1EXAMPLE 1

Подготавливаются заготовки титанового материала, включающие двухфазный сплав титана (Ti-6242) с температурой Т_пп порядка 1000°С. Заготовки титанового материала были вырезаны из деформированной β-области из прутка титанового материала. Размеры заготовок титанового материала составляли 100×100×200 мм. Размер β-зерна был порядка 3-5 мм. Микроструктура титанового материала была расширена или удлинена в направлении деформации.Preforms of titanium material are prepared, including a two-phase alloy of titanium (Ti-6242) with a temperature T _{pp of the} order of 1000 ° C. Preforms of titanium material were cut from the deformed β-region from a bar of titanium material. The dimensions of the titanium material blanks were 100 × 100 × 200 mm. The size of the β-grain was about 3-5 mm. The microstructure of the titanium material has been expanded or extended in the direction of deformation.

Заготовки титанового материала были сначала нагреты до температуры β-области (Т равно примерно 1020°С, время выдержки равно приблизительно 1 часу). Заготовки титанового материала затем подвергались быстрому охлаждению от температуры β-области, чтобы создать равномерную микроструктуру мелкого зерна в α-β-области. Была сформирована дисперсная пластинчатая микроструктура, и слой титана α-фазы располагался вокруг границ β-зерна с уменьшенной толщиной по сравнению с обычными способами производства титанового материала. Такой способ производства титанового материала увеличивает зерно и однородность микроструктуры во время рекристаллизации.The preforms of titanium material were first heated to the temperature of the β-region (T is approximately 1020 ° C, the exposure time is approximately 1 hour). The preforms of the titanium material were then rapidly cooled from the temperature of the β region to create a uniform microstructure of fine grain in the α β region. A disperse plate microstructure was formed, and the α-phase titanium layer was located around the β-grain boundaries with a reduced thickness compared to conventional methods for producing titanium material. This method of producing titanium material increases the grain and uniformity of the microstructure during recrystallization.

Ковка в (α-β)-области осуществлялась при температуре Т, равной приблизительно 875°С, и со средней скоростью деформации 3×10^-3 с^-1. С этой целью был использован изотермический гидравлический пресс мощностью 1600 тонн, причем пресс включал изотермический матричный узел. Матричный узел был изготовлен из термостойкого никелевого сплава и нагревался до той же самой температуры, что и заготовка. Деформация титанового материала по способу производства титанового материала в соответствии с изобретением осуществлялась путем ковки с изменяющимися осями деформации. После того, как были последовательно осуществлены две стадии деформации (как описано выше), была сформирована однородная микроструктура титанового материала с размером зерна приблизительно 5 мкм. Деформация во время каждой ковки составляла 50% по отношению к размеру по высоте заготовки титанового материала. Суммарная относительная деформация, измеренная по изменению площади заготовки титанового материала на каждой стадии, была равна 12. Соответственно, титановый материал был определен как находящийся в состоянии сверхпластичности, потому что результирующей размер зерна был равен приблизительно 5 мкм, температура деформации была приблизительно 875°С, скорость деформации ε была равна приблизительно 3×10^-3 с^-1 и коэффициент чувствительности скоростей m составлял приблизительно 0.39. Чтобы закончить рекристаллизацию титана, заготовки титанового материала были подвергнуты отжигу при температуре деформации в течение приблизительно 1 часа.Forging in the (α-β) region was carried out at a temperature T equal to approximately 875 ° C and with an average strain rate of 3 × 10 ⁻³ s ⁻¹ . For this purpose, an isothermal hydraulic press with a capacity of 1600 tons was used, and the press included an isothermal matrix unit. The matrix assembly was made of a heat-resistant nickel alloy and heated to the same temperature as the workpiece. The deformation of the titanium material according to the method for producing titanium material in accordance with the invention was carried out by forging with varying axes of deformation. After two stages of deformation were successively carried out (as described above), a uniform microstructure of titanium material with a grain size of approximately 5 μm was formed. The deformation during each forging was 50% relative to the size of the height of the workpiece titanium material. The total relative deformation, measured by changing the area of the titanium material blank at each stage, was 12. Accordingly, the titanium material was determined to be in a state of superplasticity, because the resulting grain size was approximately 5 μm, the temperature of deformation was approximately 875 ° C. the strain rate ε was approximately 3 × 10 ⁻³ s ⁻¹ and the velocity sensitivity coefficient m was approximately 0.39. To complete the recrystallization of titanium, the preforms of the titanium material were annealed at a deformation temperature of approximately 1 hour.

ПРИМЕР 2EXAMPLE 2

Были подготовлены заготовки титанового материала, состоящие из двухфазного титанового сплава (IMI550). Сплав имел температуру Tpt порядка 965°С для слитка и Tpt порядка 980°С для ковки. Титановый материал, сформированный в виде слитка заготовки с приблизительным размером 634×540 мм, был подготовлен по способу производства титанового материала, который включал ковку титанового материала в β-области. Эта стадия сопровождалась термической обработкой при температуре порядка 1200°С с последующей ковкой и прессованием. Эта стадия включала прессование, ковку в квадрат и профилирование. Стадия термической обработки сопровождалась нагреванием до 1140°С и ковкой до 390 мм. Эти стадии сопровождались охлаждением на воздухе. Далее способ производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением включал стадии нагревания до температуры Т_пп -30°С и ковки до 310 мм, нагревания до 1060°С, ковки до 280 мм и охлаждение на воздухе. Кроме того, заготовка титанового материала была подвергнута нагреванию до температуры Т_пп -30°С и ковке, которая включала стадию затвердевания, ковку в квадрат, профилирование и ковку до 245 мм. После нагревания заготовки титанового материала в β-области, например, при Т_пп +20°С образовалась однородная микроструктура титана с размером зерна в диапазоне от приблизительно 700 мкм до приблизительно 940 мкм. Закалка заготовок титанового материала проводилась охлаждением в воде.Titanium material blanks consisting of a two-phase titanium alloy (IMI550) were prepared. The alloy had a temperature Tpt of the order of 965 ° C for the ingot and a Tpt of the order of 980 ° C for the forging. A titanium material formed in the form of an ingot of a workpiece with an approximate size of 634 × 540 mm was prepared by the method for producing titanium material, which included forging titanium material in the β region. This stage was accompanied by heat treatment at a temperature of about 1200 ° C, followed by forging and pressing. This stage included extrusion, square forging and profiling. The heat treatment stage was accompanied by heating to 1140 ° C and forging to 390 mm. These stages were accompanied by cooling in air. Further, the method for producing titanium material in accordance with the present invention included the steps of heating to a temperature of _{Tp of} −30 ° C and forging to 310 mm, heating to 1060 ° C, forging to 280 mm, and cooling in air. In addition, the titanium material billet was subjected to heating to a temperature of T _pp -30 ° C and forging, which included the solidification stage, forging into a square, profiling and forging up to 245 mm. After heating the titanium material preform in the β-region, for example, at T _pp + 20 ° C, a homogeneous microstructure of titanium with a grain size in the range from about 700 μm to about 940 μm was formed. Quenching of the titanium material blanks was carried out by cooling in water.

Способ производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением включает ковку в (α+β)-области для титана при температуре около 930°С со средней скоростью деформации 10^-1с^-1. Размеры заготовки титанового материала были выбраны порядка 230×435 мм. Для ковки был использован изотермический гидравлический пресс с усилием сжатия 1600 тонн. Пресс содержал изотермический матричный узел, который был изготовлен из термостойкого никелевого сплава и нагревался до такой же температуры, что и заготовка титанового материала. Деформация соответствовала ковке с аналогичными осями деформации. После выполнения двух повторных стадий деформации, как описано выше, была сформирована высокооднородная микроструктура титанового материала, имеющая размер зерна в диапазоне приблизительно от 4 до 8 мμ. Деформация во время ковки составляла приблизительно 50% относительно измеренной высоты заготовки титанового материала. Суммарная относительная деформация, измеренная по изменению площади заготовки титанового материала на каждой стадии, была порядка 12.The method for producing titanium material in accordance with the present invention includes forging in the (α + β) region for titanium at a temperature of about 930 ° C with an average strain rate of 10 ^-1 s ^-1 . The dimensions of the titanium material blank were selected on the order of 230 × 435 mm. An isothermal hydraulic press with a compression force of 1600 tons was used for forging. The press contained an isothermal matrix unit, which was made of a heat-resistant nickel alloy and heated to the same temperature as the titanium material blank. The deformation corresponded to forging with similar deformation axes. After performing two repeated stages of deformation, as described above, a highly homogeneous microstructure of the titanium material was formed having a grain size in the range of about 4 to 8 μm. The deformation during forging was approximately 50% with respect to the measured height of the titanium material preform. The total relative deformation, measured by the change in the area of the procurement of titanium material at each stage, was about 12.

Заготовка титанового материала в процессе осуществления заявленного способа производства титанового материала находилась в состоянии сверхпластичности, поскольку размер зерна в диапазоне от приблизительно 4 мкм до приблизительно 8 мкм, температура деформации порядка 930°С, скорость деформации равнялась 10^-3с^-1 и коэффициент скоростей чувствительности m приблизительно 0.49. Заготовки титанового материала были подвергнуты отжигу при температуре деформации в течение около одного часа для рекристаллизации. Конечные размеры заготовки были порядка 250×300 мм.The procurement of titanium material in the process of implementing the inventive method for the production of titanium material was in a state of superplasticity, since the grain size in the range from about 4 microns to about 8 microns, a strain temperature of about 930 ° C, a strain rate of 10 ⁻³ s ⁻¹ and a sensitivity velocity coefficient m is approximately 0.49. The titanium material preforms were annealed at a deformation temperature of about one hour to recrystallize. The final dimensions of the workpiece were about 250 × 300 mm.

ПРИМЕР 3EXAMPLE 3

Были подготовлены заготовки титанового материала, содержащие двухфазный титановый сплав (VT8-1), при этом заготовки титанового материала имели температуру Т_пп порядка 965°С, а слиток при ковке имел температуру Т_пп порядка 1000°С. Слиток, который имел размер приблизительно 628×535 мм, был подвергнут ковке в β-области титана. Поковка была подвергнута термической обработке при температуре 1200°С; ковка включала прессование, осадку, выравнивание и профилировку. Эта стадия сопровождалась термической обработкой при температуре порядка 1140°С, ковкой до приблизительно 390 мм и охлаждением на воздухе. Кроме того, термическая обработка приблизительно при Т_пп - 30°С, ковка до 310 мм, нагрев приблизительно до 1060°С и ковка до 280 мм сопровождались охлаждением на воздухе всех заготовок титанового материала.Titanium material blanks containing biphasic titanium alloy (VT8-1) were prepared, while the titanium material blanks had a temperature T _{pp of the} order of 965 ° C, and the ingot had a temperature of T _{pp of} about 1000 ° C during forging. The ingot, which had a size of approximately 628 × 535 mm, was forged in the β region of titanium. The forging was subjected to heat treatment at a temperature of 1200 ° C; forging included pressing, drafting, leveling and profiling. This stage was accompanied by heat treatment at a temperature of about 1140 ° C, forging to approximately 390 mm and cooling in air. In addition, heat treatment at approximately T _pp - 30 ° C, forging up to 310 mm, heating up to approximately 1060 ° C and forging up to 280 mm were accompanied by cooling in air of all the titanium material blanks.

Заготовка титанового материала может быть подвергнута нагреву при Т_пп - 30°С и ковке. Ковка включает осадку, ковку в квадрат, профилировку и ковку до 245 мм. После термической обработки в β-области (Т_пп +20°С) формируется однородная микроструктура титанового материала с размером зерна в мкм. Охлаждение заготовок титанового материала осуществлялось в воде.The procurement of titanium material can be heated at T _PP - 30 ° C and forging. Forging includes upsetting, square forging, profiling and forging up to 245 mm. After heat treatment in the β-region (T _pp + 20 ° C), a homogeneous microstructure of titanium material with a grain size in microns is formed. The titanium material blanks were cooled in water.

Ковка в (α+β)-области для титанового материала осуществлялась при температуре около 930°С и средней скорости деформации 10^-3с^-1. Заготовка титанового материала имела размер 230×435 мм. Для ковки использовался изотермический гидравлический пресс мощностью 1600 тонн. Пресс содержал изотермический матричный узел, который был изготовлен из термостойкого никелевого сплава. Матричный узел нагревался до той же самой температуры, что и заготовка титанового материала. Деформация соответствовала оси деформации ковки. После осуществления двух стадий деформации была получена высокооднородная микроструктура титанового материала с мелким зерном размером приблизительно от 5 мкм до приблизительно 8 мкм. Деформация во время ковки составляла 50% относительно измеренной высоты заготовки титанового материала. Суммарная относительная деформация, измеренная по изменению площади заготовки титанового материала, была равна 12.Forging in the (α + β) region for titanium material was carried out at a temperature of about 930 ° C and an average strain rate of 10 ⁻³ s ⁻¹ . The blank of titanium material had a size of 230 × 435 mm. For forging, an isothermal hydraulic press with a capacity of 1,600 tons was used. The press contained an isothermal matrix unit, which was made of a heat-resistant nickel alloy. The matrix assembly was heated to the same temperature as the titanium material blank. The deformation corresponded to the axis of deformation of the forging. After two stages of deformation were carried out, a highly homogeneous microstructure of a titanium material with a fine grain of about 5 microns to about 8 microns in size was obtained. The deformation during forging was 50% relative to the measured height of the titanium material preform. The total relative deformation, measured by the change in the area of the titanium material blank, was 12.

Титановый материал в процессе осуществления способа производства титанового материала находился в области сверхпластичности из-за размера зерна в диапазоне от приблизительно 4 мкм до приблизительно 8 мкм, температура деформации была порядка 930°С, скорость деформации ε была равна приблизительно 10^-3с^-1 и коэффициент m чувствительности к скорости деформации был равен приблизительно 0.49. Заготовки титанового материала были подвергнуты отжигу при температуре деформации приблизительно в течение одного часа для рекристаллизации. Заключительный размер заготовки составил 250×300 мм.The titanium material in the process for producing the titanium material was in the superplasticity region due to grain size in the range from about 4 μm to about 8 μm, the deformation temperature was about 930 ° C., the strain rate ε was about 10 ⁻³ s ^−1, and the coefficient m of sensitivity to strain rate was approximately 0.49. The titanium material preforms were annealed at a deformation temperature of approximately one hour to recrystallize. The final size of the workpiece was 250 × 300 mm.

ПРИМЕР 4EXAMPLE 4

Заготовки титанового материала состояли из двухфазного титанового сплава VT6, в котором заготовки титанового материала имели Т_пп порядка 990°С при отливке и Т_пп порядка 990°С при ковке. Слиток титанового материала размером порядка 736×1523 мм был подвергнут ковке в β-области. Ковка включала нагрев до 1200°С, удлинение до 620 мм и нагрев до 1200°С с последующим удлинением до 510 мм. Заготовка титанового материала затем была разрезана на две части и подвергнута дальнейшей термической обработке. Термическая обработка включала нагрев до 1100°С, удлинение до 410 мм и охлаждение на воздухе. Кроме того, предлагаемый способ производства титанового материала включал нагрев при температуре Т_пп -40°C, удлинение до 370 мм, нагрев до 950°С и ковку до 320 мм. Данный способ производства титанового материала также включал нагрев до 1060°С, удлинение до 295 мм и охлаждение в воде, после чего заготовка разрезалась на две части. Затем заготовка титанового материала нагревалась до Tpt -30°С, деформировалась по высоте до 390 мм, нагревалась до 960°С, деформировалась по высоте до 350 мм, ковалась до площади 280 мм и профилировалась до 320 мм. После этого осуществлялся повтор этих операций, и конечная заготовка титанового материала имела размер порядка 245 мм.The titanium material preforms consisted of a VT6 two-phase titanium alloy, in which the titanium material preforms had T _{pp of the} order of 990 ° C during casting and T _{pp of the} order of 990 ° C for forging. An ingot of titanium material about 736 × 1523 mm in size was forged in the β region. Forging included heating to 1200 ° C, elongation to 620 mm and heating to 1200 ° C, followed by extension to 510 mm. The procurement of titanium material was then cut into two parts and subjected to further heat treatment. The heat treatment included heating to 1100 ° C, elongation to 410 mm, and cooling in air. In addition, the proposed method for the production of titanium material included heating at a temperature of T _PP -40 ° C, elongation up to 370 mm, heating up to 950 ° C and forging up to 320 mm. This method of producing titanium material also included heating to 1060 ° C, elongation to 295 mm and cooling in water, after which the workpiece was cut into two parts. Then, the titanium material billet was heated to Tpt -30 ° С, deformed in height to 390 mm, heated to 960 ° С, deformed in height to 350 mm, forged to an area of 280 mm and shaped to 320 mm. After that, these operations were repeated, and the final procurement of titanium material had a size of about 245 mm.

Ковка в (α+β)-области осуществлялась при температуре порядка 940°С и средней скорости деформации 10^-3с^-1. Размеры заготовки составляли 230×435 мм. Использовался изотермический гидравлический пресс мощностью 1600 тонн. Пресс содержал изотермический матричный узел, который был изготовлен из термостойкого никелевого сплава и нагревался до температуры заготовки титанового материала. Деформация соответствовала осям деформации. После того, как были выполнены две стадии деформации, был сформирован титановый материал с высокооднородной микроструктурой с размером зерна в диапазоне от приблизительно 6 мμ до приблизительно 10 мкм. Деформация во время ковки составляла приблизительно 50% по отношению к размеру заготовки титанового материала. Суммарная относительная деформация, измеренная по изменению заготовки титанового материала, была около 12.Forging in the (α + β) -region was carried out at a temperature of 940 ° C and an average strain rate of 10 ^-3 s ^-1. The dimensions of the workpiece were 230 × 435 mm. An isothermal hydraulic press with a capacity of 1,600 tons was used. The press contained an isothermal matrix unit, which was made of a heat-resistant nickel alloy and heated to the temperature of the titanium material preform. The deformation corresponded to the axes of deformation. After two stages of deformation were performed, a titanium material with a highly uniform microstructure with a grain size in the range from about 6 μm to about 10 μm was formed. The deformation during forging was approximately 50% with respect to the size of the titanium material preform. The total relative strain, measured by the change in the titanium material blank, was about 12.

При размере зерна в диапазоне от 6 мкм до приблизительно 10 мкм температуре деформации порядка 930°С, скорости деформации, равной приблизительно 10^-3с^-1, и коэффициенте чувствительности к деформации порядка 0,35 было найдено, что в способе производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением были достигнуты условия сверхпластичности. Для достижения рекристаллизации заготовки титанового материала были подвергнуты отжигу при температуре приблизительно в течение одного часа. Конечная заготовка титанового материала имела размер 250×300 мм.With a grain size in the range from 6 μm to about 10 μm, a strain temperature of about 930 ° C., a strain rate of about 10 ⁻³ s ⁻¹ , and a strain sensitivity coefficient of about 0.35, it was found that in the method for producing titanium material In accordance with the present invention, superplasticity conditions have been achieved. To achieve recrystallization, the titanium material preforms were annealed at a temperature of approximately one hour. The final billet of titanium material had a size of 250 × 300 mm.

ПРИМЕР 5EXAMPLE 5

Использовались заготовки титанового материала, состоящие из двухфазного титанового сплава (VT6), в котором титановый материал имел температуру Т_пп порядка 990°С в виде слитка и Т_пп порядка 990°С в виде поковки. Размеры слитка были порядка 736×2500 мм. Заготовки титанового материала были разрезаны на части размером 180×220 мм. Размер зерна титанового материала в продольном направлении был в диапазоне от приблизительно 50 мкм до приблизительно 70 мкм и в боковом направлении был в диапазоне от приблизительно 15 мкм до приблизительно 20 мкм.Titanium material blanks were used, consisting of a two-phase titanium alloy (VT6), in which the titanium material had a temperature T _{pp of the} order of 990 ° C in the form of an ingot and T _{pp of the} order of 990 ° C in the form of a forging. The dimensions of the ingot were about 736 × 2500 mm. The blanks of titanium material were cut into pieces with a size of 180 × 220 mm. The grain size of the titanium material in the longitudinal direction was in the range of from about 50 microns to about 70 microns and in the lateral direction was in the range of from about 15 microns to about 20 microns.

Заготовка титанового материала была подвергнута ковке, которая включала нагрев до 1100°С, прессование, деформацию до 130 мм, нагревание до 1050°С, прессование, деформацию до 130 мм и охлаждение водой. Далее предлагаемый способ производства титанового материала включал нагревание при Т_пп -40°С, прессование и деформацию до 130 мм. Кроме того, способ производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением включал нагревание до 1020°С, деформацию до 130 мм и охлаждение в воде.The procurement of titanium material was forged, which included heating to 1100 ° C, pressing, deformation to 130 mm, heating to 1050 ° C, pressing, deformation to 130 mm and cooling with water. Further, the proposed method for the production of titanium material included heating at T _pp -40 ° C, pressing and deformation up to 130 mm In addition, the method for producing titanium material in accordance with the present invention included heating to 1020 ° C, deformation to 130 mm and cooling in water.

Предлагаемый способ производства титанового материала включает ковку в (α+β)-области со средней скоростью деформации 2×10^-2 с^-1. Размеры заготовки были равны 230×435 мм. Использовался изотермический гидравлический пресс мощностью 1600 тонн. Пресс содержал изотермический матричный узел, который был изготовлен из термостойкого никелевого сплава и нагревался до температуры заготовки титанового материала, например до температуры в диапазоне приблизительно от 400°С до 450°С. При температуре, равной приблизительно 980°С, заготовка титанового материала была подвергнута усадке на 50%. Кроме того, при температурах 850°С и 950°С выполнялась дальнейшая усадка, сопровождаемая быстрым охлаждением. После трех стадий деформации выполнялся отжиг при температуре 900°С, что позволило получить высокооднородную микроструктуру с размером зерна в диапазоне от приблизительно 2 мкм до приблизительно 5 мкм. Суммарная относительная деформация, определяемая по изменению заготовки титанового материала, была равна 16. Конечная заготовка титанового материала имела размер приблизительно 110×300 мм.The proposed method for the production of titanium material includes forging in the (α + β) region with an average strain rate of 2 × 10 ^-2 s ^-1 . The dimensions of the workpiece were 230 × 435 mm. An isothermal hydraulic press with a capacity of 1,600 tons was used. The press contained an isothermal matrix assembly, which was made of a heat-resistant nickel alloy and heated to the temperature of the titanium material blank, for example, to a temperature in the range of about 400 ° C to 450 ° C. At a temperature of approximately 980 ° C, the titanium material preform was shrink by 50%. In addition, at temperatures of 850 ° C and 950 ° C, further shrinkage was carried out, followed by rapid cooling. After three stages of deformation, annealing was performed at a temperature of 900 ° C, which made it possible to obtain a highly homogeneous microstructure with a grain size in the range from about 2 μm to about 5 μm. The total relative deformation, determined by the change in the titanium material blank, was 16. The final titanium material blank had a size of approximately 110 × 300 mm.

Способы производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением, включая обсужденные выше, позволяют получить изделия из титана и конструкции с подходящими однородными микроструктурами мелкого зерна. Полученный титановый материал предназначен для различных применений, например, для изготовления узлов турбин и других компонентов. Кроме того, полученный титановый материал обладает однородной микроструктурой с мелким зерном, которая может быть легко проверена способами и системами ультразвуковой дефектоскопии.Methods for the production of titanium material in accordance with the present invention, including those discussed above, make it possible to obtain titanium products and structures with suitable uniform fine grain microstructures. The resulting titanium material is intended for various applications, for example, for the manufacture of turbine assemblies and other components. In addition, the obtained titanium material has a uniform microstructure with fine grain, which can be easily checked by methods and systems of ultrasonic flaw detection.

Ниже приводится общее описание ультразвуковой дефектоскопии применительно к титановым материалам, которые могут быть получены, используя различные способы производства титанового материала, включая способы производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением. Последующее обсуждение относится к титановым изделиям и конструкциям, которые включают титановые материалы, полученные по способу производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением.The following is a general description of ultrasonic inspection with respect to titanium materials that can be obtained using various methods for producing titanium material, including methods for producing titanium material in accordance with the present invention. The following discussion relates to titanium products and structures, which include titanium materials obtained by the method for producing titanium material in accordance with the present invention.

Титановый материал, полученный способами производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением, может быть испытан, чтобы определить, включают ли микроструктуры титанового материала тонкодисперсные гранулированные частицы αTi. Кроме того, титановый материал может быть использован для формирования изделий и конструкций из титанового материала, которые могут быть проверены ультразвуковой дефектоскопией для получения надежных признаков равномерного мелкого зерна (РМЗ) заготовок и поковок, полученных из заготовок РМЗ. Кроме того, полученный титановый материал может обеспечить изготовление изделий и конструкций из титанового материала, в которых титановые изделия и конструкции имеют, в основном, "релеевское" рассеяние во время ультразвуковой дефектоскопии, которое является показателем однородной микроструктуры с мелким зерном в титановом материале. Функциональные возможности рассеяния, как функции размера акустического объекта и длины волны ультразвука, плавно изменяются от одного режима до другого (от "релеевского" к "фазовому" и "диффузионному"). Для адекватного контроля с целью обнаружения критических дефектов и обеспечения преобладающего релеевского рассеяния, акустический размер объекта не должен быть больше приблизительно 1/10 длины звуковой волны, используемой для контроля изделия. Сформированное релеевское рассеяние от титановых изделий и конструкций в соответствии с настоящим изобретением является показателем того, что титановые изделия и конструкции содержат равномерные мелкие зерна (РМЗ). Таким образом, титановые материалы, полученные в соответствии с настоящим изобретением, являются подходящими для различных микроструктурно-чувствительных областей применения, например узлов турбины.The titanium material obtained by the methods for producing the titanium material in accordance with the present invention can be tested to determine whether the microstructures of the titanium material include finely divided αTi granular particles. In addition, titanium material can be used to form products and structures made of titanium material, which can be checked by ultrasonic flaw detection to obtain reliable signs of uniform fine grain (RMZ) blanks and forgings obtained from RMZ blanks. In addition, the obtained titanium material can provide the manufacture of products and structures made of titanium material in which the titanium products and structures have mainly "Rayleigh" scattering during ultrasonic inspection, which is an indicator of a homogeneous microstructure with fine grain in the titanium material. The scattering functionality, as a function of the size of an acoustic object and the wavelength of ultrasound, smoothly changes from one mode to another (from "Rayleigh" to "phase" and "diffusion"). For adequate control in order to detect critical defects and ensure the prevailing Rayleigh scattering, the acoustic size of the object should not be more than approximately 1/10 of the sound wavelength used to control the product. Formed Rayleigh scattering from titanium products and structures in accordance with the present invention is an indicator that titanium products and structures contain uniform fine grains (RMZ). Thus, the titanium materials obtained in accordance with the present invention are suitable for various microstructurally sensitive applications, such as turbine assemblies.

Следовательно, титановый материал, который получен способами производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением, может быть проверен ультразвуковой дефектоскопией с надежными результатами, поскольку РМ3-микроструктуры титана формируют преобладающее релеевское рассеяние. Если ультразвуковая дефектоскопия определяет рассеяние, отличное от преобладающего релеевского рассеяния, например только фазовое рассеяние или фазовое рассеяние в комбинации с релеевским рассеянием, можно определять такие титановые изделия и конструкции, как не имеющие равномерного мелкого титанового зерна.Therefore, the titanium material obtained by the methods for producing the titanium material in accordance with the present invention can be verified by ultrasonic inspection with reliable results, since PM3 titanium microstructures form the predominant Rayleigh scattering. If an ultrasonic flaw detector detects scattering different from the prevailing Rayleigh scattering, for example, only phase scattering or phase scattering in combination with Rayleigh scattering, it is possible to determine such titanium products and structures as having no uniform fine titanium grain.

Частицы αTi, в основном, имеют размер меньше 5 μм в диаметре и, как правило, формируются при отсутствии кристаллографической текстуры. Возможность ультразвуковой дефектоскопии этих титановых материалов с РМЗ структурой характеризуется отношением сигнал/шум от механически обработанных глухих отверстий. Отношение сигнал/шум, полученное ультразвуковой дефектоскопией, в титановых материалах РМЗ выше по сравнению с обычными титановыми материалами. Было найдено, что ультразвуковой шум обратного рассеяния в РМЗ титановых материалах гораздо ниже, чем в обычных титановых материалах. Кроме того, при использовании ультразвуковой дефектоскопии титановых изделий и конструкций было найдено, что ультразвуковой сигнал от механически обработанных глухих отверстий в титановом материале РМЗ имеет более высокую амплитуду, чем в обычных титановых материалах.The αTi particles are generally smaller than 5 μm in diameter and, as a rule, are formed in the absence of a crystallographic texture. The possibility of ultrasonic flaw detection of these titanium materials with RMZ structure is characterized by the signal-to-noise ratio from machined blind holes. The signal-to-noise ratio obtained by ultrasonic flaw detection in titanium materials of RMZ is higher in comparison with ordinary titanium materials. It was found that ultrasonic backscattering noise in RMZ titanium materials is much lower than in ordinary titanium materials. In addition, when using ultrasonic flaw detection of titanium products and structures, it was found that the ultrasonic signal from blind machined blind holes in titanium material RMZ has a higher amplitude than in conventional titanium materials.

Кроме того, ультразвуковая дефектоскопия титановых изделий и конструкций указывает на то, что присутствие колонии частиц (α+β)-структуры связано с ультразвуковым шумом. Для титановых материалов с частицами размером меньше, чем приблизительно 10 мкм, различия в размере (α+β)-частицы, как правило, не оказывают существенного влияния на создаваемый ультразвуковой шум. Например, заготовки РМЗ демонстрируют, в основном, релеевское рассеяние, в то время как обычные заготовки, которые не характеризуются свойствами РМЗ, в процессе ультразвуковой дефектоскопии демонстрируют релеевское рассеяние плюс фазовое рассеяние. Следовательно, возможность проверки содержащих титан материалов повышается, используя титановые изделия и конструкции, которые формируют преобладающее релеевское рассеяние.In addition, ultrasonic inspection of titanium products and structures indicates that the presence of a colony of particles of (α + β) structure is associated with ultrasonic noise. For titanium materials with particles smaller than about 10 microns in size, differences in the size of the (α + β) particles, as a rule, do not significantly affect the generated ultrasonic noise. For example, RMZ blanks mainly show Rayleigh scattering, while ordinary blanks that are not characterized by RMZ properties exhibit Rayleigh scattering plus phase dispersion during ultrasonic inspection. Therefore, the ability to test titanium-containing materials is enhanced using titanium products and structures that form the predominant Rayleigh scattering.

Титановые изделия и конструкции, предназначенные для ультразвуковой дефектоскопии, имеют микроструктурные РМЗ характеристики и особенности, которые могут быть определены, используя чувствительность к рассеянию звука титановых изделий. Способ ультразвуковой дефектоскопии включает подготовку титановых изделий и конструкций, например, из сплава Ti6242. Этот материал из сплава Тi6242 является типичным образцом материала для титановых изделий и конструкций в данном изобретении. Описание сплава Ti6242 для титановых изделий и конструкций никоим образом не предназначено для ограничения возможностей изобретения.Titanium products and structures intended for ultrasonic flaw detection have microstructural RMZ characteristics and features that can be determined using sensitivity to sound scattering of titanium products. An ultrasonic flaw detection method includes preparing titanium products and structures, for example, from a Ti6242 alloy. This Ti6242 alloy material is a typical example of the material for titanium products and structures in this invention. The description of the Ti6242 alloy for titanium products and structures is in no way intended to limit the scope of the invention.

Титановые изделия и конструкции (или «титановый материал») подвергаются ультразвуковой дефектоскопии, направляя ультразвуковую энергию на титановый материал. Ультразвуковая энергия, направленная в материал, как правило, включает звуковой импульс определенной заданной частоты. Рассеяние звукового импульса определяется частотой звукового импульса, особенностями микроструктуры титанового материала и естественными физическими характеристиками, такими, как упругая постоянная и массовая плотность титанового материала. Рассеянная энергия затем анализируется, и характеристики рассеянного шума определяются по характеру рассеяния звука для титановых изделий и конструкций.Titanium products and structures (or "titanium material") undergo ultrasonic inspection, directing ultrasonic energy to the titanium material. Ultrasonic energy directed into the material, as a rule, includes a sound pulse of a certain given frequency. The scattering of a sound pulse is determined by the frequency of the sound pulse, the microstructure of the titanium material and the natural physical characteristics, such as the elastic constant and mass density of the titanium material. The scattered energy is then analyzed, and the characteristics of the scattered noise are determined by the nature of the scattering of sound for titanium products and structures.

Титановый материал для ультразвуковой дефектоскопии содержит материал из равномерного мелкого зерна (РМЗ), который может быть получен путем ковки заготовки обычного титанового материала в различные соответствующие структуры, конфигурации и формы. Например, титановые изделия и конструкции РМЗ могут быть сформированы путем ковки на прессе, путем термообработки, закалки и последующего охлаждения. Титан, который фактически подвергается ультразвуковой дефектоскопии, может быть далее подготовлен для получения титановой заготовки, имеющей, по меньшей мере, одно или, например ряд, глухих отверстий. Эти глухие отверстия будут служить как стандарты яркости элементов изображения (пикселей), по которым можно калибровать оборудование для ультразвуковой дефектоскопии.The titanium material for ultrasonic flaw detection contains material from uniform fine grain (RMZ), which can be obtained by forging a blank of ordinary titanium material into various appropriate structures, configurations, and shapes. For example, titanium products and structures of RMZ can be formed by forging on the press, by heat treatment, hardening and subsequent cooling. Titanium, which is actually subjected to ultrasonic flaw detection, can be further prepared to obtain a titanium billet having at least one or, for example, a series of blind holes. These blind holes will serve as standards for the brightness of image elements (pixels) by which ultrasonic flaw detection equipment can be calibrated.

На отношение сигнал/шум при наличии дефектов в механически обработанных блоках из Ti6242 сильно влияют условия формирования микроструктуры титана, например, когда Ti6242 определяется дифракционным анализом обратного рассеяния электронов. Блоки Ti6242, имеющие микроструктуру, включающую равномерные, тонкие, свободные от текстуры частицы αTi, как правило, обеспечивают отношение сигнал/шум приблизительно на 20 дБ больше, чем аналогичные титановые блоки с микроструктурами, имеющими колонии и содержащие кристаллографически выровненные частицы αTi.The signal-to-noise ratio in the presence of defects in machined Ti6242 blocks is strongly influenced by the conditions for the formation of the titanium microstructure, for example, when Ti6242 is determined by electron backscattering diffraction analysis. Ti6242 blocks having a microstructure comprising uniform, thin, texture-free αTi particles typically provide a signal-to-noise ratio of approximately 20 dB more than similar titanium blocks with microstructures having colonies and containing crystallographically aligned αTi particles.

Способ и процедура ультразвуковой дефектоскопии описываются ниже со ссылками на описание титановых изделий, конструкций и титановых материалов, которые получены по способам производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением. В последующем обсуждении специальные термины используются в их нормальном значении, понятном специалисту обычной квалификации в данной области техники, если не оговорено особо. Кроме того, указанные размеры являются приблизительными, если не заявлено, что они являются точными.The method and procedure of ultrasonic flaw detection are described below with reference to the description of titanium products, structures and titanium materials, which are obtained by methods for the production of titanium material in accordance with the present invention. In the following discussion, special terms are used in their normal meaning, understood by a person of ordinary skill in the art, unless otherwise noted. In addition, these dimensions are approximate unless stated to be accurate.

Ультразвуковая дефектоскопия обеспечивает контроль титановых изделий и конструкций, изготовленных из сплава типа Ti6242. Материал Ti6242 определяется, когда этот титановый материал выполнен в четырех состояниях микроструктуры: обычная заготовка; обычная поковка из обычной заготовки; заготовка с равномерным мелким зерном (РМЗ); и поковка из заготовки РМЗ. Отдельным заготовкам будут присвоены вышеупомянутые названия, и все вместе они именуются как «заготовки».Ultrasonic flaw detection provides control of titanium products and structures made of an alloy of the type Ti6242. The material Ti6242 is determined when this titanium material is made in four states of the microstructure: ordinary workpiece; ordinary forgings from ordinary billets; workpiece with uniform fine grain (RMZ); and forgings from the workpiece RMZ. The individual names will be given the aforementioned names, and collectively they are referred to as "blanks."

Обычная заготовка имеет диаметр приблизительно 23 сантиметра. Обычная поковка представляет собой отштампованный диск, например поковку в виде диска компрессора. Заготовка РМЗ представляет собой два прутка из профилей размером приблизительно 10×10×20 см, полученных из коммерческой заготовки с зернами, улучшенными с помощью известных процессов уменьшения зерна титанового сплава. Поковка из заготовки РМЗ получена ковкой на прессе при температурах прядка 900°С приблизительно 7 см высотой, 6,35 см диаметром заготовки РМЗ до приблизительно конечной высоты 2,80 см при скорости прессовки 2.5 см/мин. Поковка из заготовки РМЗ подвергается термической обработке при температуре около 970°С приблизительно в течение часа с дальнейшим охлаждением гелием при температуре около 705°С в течение приблизительно 8 часов, после чего заготовка охлаждается на воздухе.A typical workpiece has a diameter of approximately 23 centimeters. A typical forging is a stamped disk, for example a forging in the form of a compressor disk. The RMZ billet consists of two rods of profiles of approximately 10 × 10 × 20 cm in size, obtained from a commercial billet with grains improved using known processes for reducing the grain size of a titanium alloy. Forgings from the PMZ billet were obtained by forging on a press at temperatures of about 900 ° C, about 7 cm high, 6.35 cm in diameter by a diameter of the PMZ billet up to about a final height of 2.80 cm at a pressing speed of 2.5 cm / min. The forgings from the PMZ billet are subjected to heat treatment at a temperature of about 970 ° C for about an hour, followed by cooling with helium at a temperature of about 705 ° C for about 8 hours, after which the billet is cooled in air.

Затем микроструктура каждой заготовки проверяется с помощью оптической микроскопии. Затем кристаллографическая текстура каждой заготовки определяется с помощью анализа типа обратного рассеяния электронов (EBSP). Оптические микрофотографии для каждой заготовки показаны на фигуре 1, где обозначение (а) - обычная заготовка; обозначение (b) - обычная поковка; обозначение (с) - заготовка РМЗ; и обозначение (d) - кованая заготовка РМЗ. На фигуре 2 показаны «икосаэдральные» изображения EBSP, на которых [0001] наклон полюса сканированной микроструктуры представлен в цвете. На фигуре 2 цвета находятся рядом друг с другом на принятой «20-сторонней (икосаэдральной) цветной сфере» и представляют собой наклоны микроструктуры, которые аналогичны наклону полюса. Кроме того, на фигуре 2 черный пиксель - пиксель, для которого не может быть определена никакая кристаллографическая ориентация. Кроме того, на фигуре 3 прочерчены [0001] полюса для областей сканированных изображений фигуры 2. Обозначения на фигурах 2 и 3 аналогичны обозначениям фигуры 1.The microstructure of each preform is then checked using optical microscopy. Then, the crystallographic texture of each preform is determined by electron backscattering (EBSP) analysis. Optical micrographs for each blank are shown in Figure 1, where the designation (a) is a conventional blank; designation (b) - ordinary forging; designation (c) - blank RMZ; and designation (d) - forged billet RMZ. Figure 2 shows the “icosahedral” EBSP images in which the [0001] pole slope of the scanned microstructure is shown in color. In the figure, 2 colors are next to each other on the adopted “20-sided (icosahedral) colored sphere” and represent the slopes of the microstructure, which are similar to the slope of the pole. In addition, in figure 2, a black pixel is a pixel for which no crystallographic orientation can be determined. In addition, in FIG. 3, [0001] poles are drawn for the areas of scanned images of Figure 2. The designations in Figures 2 and 3 are similar to the designations of Figure 1.

Как показано на чертежах, микроструктура обычной заготовки содержит первичные частицы αTi толщиной приблизительно 5 мкм и длиной в диапазоне от приблизительно 5 мкм до приблизительно 10 мкм, как показано на фигуре 1 (а). Частицы αTi организованы в колонии, как правило, приблизительно 100 мкм шириной и приблизительно 300 мкм длиной, как показано на фигуре 2 (а). Фазовая ориентация (α+β) сканированного образца на фигуре 2 (а) иллюстрирует сильную кристаллографическую текстуру с большинством [0001] полюсов в более низкой области, как показано на фигуре 3 (а).As shown in the drawings, the microstructure of a conventional preform contains primary αTi particles with a thickness of about 5 μm and a length in the range of from about 5 μm to about 10 μm, as shown in Figure 1 (a). The αTi particles are organized in colonies, typically approximately 100 μm wide and approximately 300 μm long, as shown in Figure 2 (a). The phase orientation (α + β) of the scanned sample in Figure 2 (a) illustrates a strong crystallographic texture with most of the [0001] poles in the lower region, as shown in Figure 3 (a).

Микроструктура поковки из обычной заготовки содержит первичные частицы αTi диаметром в диапазоне от приблизительно 5 мкм до приблизительно 10 мкм фигуры 1 (b). Как показано на чертеже, здесь имеет место существенный разрыв микроструктуры заготовки. Частицы αTi организованы в большие колонии, имеющие аналогичную кристаллографическую ориентацию. Например, некоторые колонии αTi имеют ширину приблизительно 300 мкм и длину часто более 1000 мкм, как показано на фигуре 2 (b). Фазовая ориентация сканированного образца αTi на фигуре 2 (b) имеет сильную кристаллографическую текстуру, которая указывает на то, что большинство [0001], полюсов сгруппировано в двух полюсных областях, как показано на фигуре 3 (b). Эта сильная группировка полюсов предполагает, что сканированная область включает две колонии.The microstructure of the forgings from a conventional preform contains primary αTi particles with a diameter in the range of from about 5 μm to about 10 μm of Figure 1 (b). As shown in the drawing, there is a significant break in the microstructure of the workpiece. ΑTi particles are organized into large colonies having a similar crystallographic orientation. For example, some αTi colonies have a width of approximately 300 μm and a length often greater than 1000 μm, as shown in Figure 2 (b). The phase orientation of the scanned αTi sample in Figure 2 (b) has a strong crystallographic texture, which indicates that most of the [0001] poles are grouped in two pole regions, as shown in Figure 3 (b). This strong grouping of poles suggests that the scanned area includes two colonies.

Ультразвуковая дефектоскопия заготовки РМЗ указывает на микроструктуру, содержащую частицы αTi. Частицы имеют диаметр порядка 5 μм, как показано на фигуре 1 (с). Эти частиц αTi, по-видимому, не группируются в колонии, как показано на фигуре 2 (с). Фазовая ориентация αTi сканированного образца, как показано на фигуре 2 (с), кажется случайной, как это отображено на фигуре 3 (с).Ultrasonic inspection of the PMZ preform indicates a microstructure containing αTi particles. Particles have a diameter of the order of 5 μm, as shown in figure 1 (c). These αTi particles do not appear to group in the colony, as shown in FIG. 2 (c). The phase orientation αTi of the scanned sample, as shown in Figure 2 (c), seems random, as shown in Figure 3 (c).

Микроструктура термообработанной поковки заготовки РМЗ позывает, что она включает частицы αTi. Частицы αTi имеют диаметр приблизительно 10 мкм, как показано на фигуре 1 (d). Эти частицы αTi превышают размер частиц заготовки, из которой сформированы частицы αTi, и это предлагает рост зерна в течение, по меньшей мере, одной ковки или термической обработки заготовки РМЗ. Частицы αTi не объединены в колонии, как показано на фиг.2(d). Фазовая ориентация частиц αTi кажется случайной, как показано на фигуре 3(d).The microstructure of the heat-treated forgings of the PMZ billet calls for the inclusion of αTi particles. The αTi particles have a diameter of approximately 10 μm, as shown in Figure 1 (d). These αTi particles are larger than the particle size of the preform from which the αTi particles are formed, and this offers grain growth during at least one forging or heat treatment of the PMZ preform. Particles of αTi are not combined in colonies, as shown in FIG. 2 (d). The phase orientation of αTi particles seems random, as shown in Figure 3 (d).

Ультразвуковые характеристики заготовок, формирующих различные титановые изделия и конструкции, определяются С-сканированием блоков, сформированных из заготовок для титановых изделий и конструкций. Титановые изделия и конструкции изготовлены как блоки с глухими отверстиями диаметром приблизительно 0,79 мм. Титановые блоки имеют толщину приблизительно 38 мм и имеют отверстия, которые сверлят так, чтобы дно отверстия оканчивалось приблизительно на расстоянии 25 мм до верхней поверхности блока. Каждая обычная заготовка, обычная поковка и заготовка РМЗ имеют размер поверхности приблизительно 64×64 мм (площадь квадрата) и каждая из них также имеет 9 глухих отверстий на нижней поверхности. Поковка, сделанная из материала РМЗ имела размеры приблизительно 64×28 мм и имела 6 глухих отверстий. Каждый титановый блок обрабатывается механически с нужной ориентацией с тем, чтобы направление ультразвуковой дефектоскопии было аналогично таковому большего компонента, сформированного из титановых изделий и конструкций. Например, толщина титанового блока 38 мм измеряется в радиальном направлении заготовки или поковки.The ultrasonic characteristics of the blanks forming various titanium products and structures are determined by C-scanning of blocks formed from blanks for titanium products and structures. Titanium products and structures are made as blocks with blind holes with a diameter of approximately 0.79 mm. Titanium blocks have a thickness of approximately 38 mm and have holes that are drilled so that the bottom of the hole ends approximately 25 mm from the top surface of the block. Each ordinary billet, ordinary forging, and PMZ billet have a surface size of approximately 64 × 64 mm (square area) and each of them also has 9 blind holes on the lower surface. The forging made of the material RMZ had dimensions of approximately 64 × 28 mm and had 6 blind holes. Each titanium block is machined mechanically with the desired orientation so that the direction of ultrasonic inspection is similar to that of a larger component formed from titanium products and structures. For example, a 38 mm titanium block thickness is measured in the radial direction of a workpiece or forgings.

Ультразвуковые датчики, используемые для ультразвуковой дефектоскопии, по процессу С-сканирования приведены в таблице 1. В таблице 1 также приведены характеристики ультразвуковых датчиков. В датчиках используется пьезоэлектрический элемент, содержащий полихлорвинил (ПХВ). Центральные частоты ультразвуковых датчиков измеряются по сигналам, отраженным от задней стенки блока из кварцевого стекла.Ultrasonic sensors used for ultrasonic flaw detection, according to the process of C-scanning are shown in table 1. Table 1 also shows the characteristics of ultrasonic sensors. The sensors use a piezoelectric element containing polyvinyl chloride (PVC). The center frequencies of the ultrasonic sensors are measured by signals reflected from the back wall of the quartz glass block.

Были выполнены две отдельные серии ультразвукового С-сканирования с погружением в воду блоков, содержащих титан. Серия ультразвукового С-сканирования была выполнена на номинальных частотах приблизительно 5 МГц, 10 МГц и 20 МГц. Одно сканирование на каждой из вышеперечисленных частот было выполнено, чтобы измерить сигнал, поступающий от глухих отверстий в блоке. Второе сканирование на каждой из вышеперечисленных частот было выполнено при большом увеличении, чтобы получить статистику чувствительности к рассеянию шумов и звука.Two separate series of C-scan ultrasound were performed with immersion of blocks containing titanium in water. A series of ultrasonic C-scan was performed at nominal frequencies of approximately 5 MHz, 10 MHz and 20 MHz. One scan at each of the above frequencies was performed to measure the signal from the blind holes in the block. The second scan at each of the above frequencies was performed at high magnification in order to obtain statistics of sensitivity to scattering of noise and sound.

Каждая из операций сканирования выполнялась по квадратной площади приблизительно 147,5 мм по длине и ширине, при сканировании 0,144 мм и приращении индекса. Звук фокусировался приблизительно в точке 25 мм ниже верхней поверхности блоков, приблизительно в расположении глухих отверстий на нижней поверхности. Ширина сканирующего сигнала была равна приблизительно 4 микросекундам. Полученные изображения С-сканирования состояли приблизительно из 1024×1024 пикселей.Each of the scanning operations was performed over a square area of approximately 147.5 mm in length and width, with a scan of 0.144 mm and an increment of the index. The sound was focused approximately 25 mm below the upper surface of the blocks, approximately at the location of the blind holes on the lower surface. The width of the scanning signal was approximately 4 microseconds. The obtained C-scan images consisted of approximately 1024 × 1024 pixels.

На фигуре 4 представлены изображения С-сканирования, выполненные с частотой приблизительно 5 МГц. На фигуре 4 материал РМЗ заготовки находится в верхнем левом углу, обычная заготовка находится в верхнем правом углу, обычная поковка находится в нижнем левом углу и поковка из материала РМЗ находится в нижнем правом углу. Обычная заготовка и ковка демонстрируют более интенсивные помехи, которые обозначены более яркими элементами изображения в этих блоках, как показано на фигуре 4. Более низкая интенсивность характерна для глухих отверстий на нижней поверхности, как это обозначено более низкой интенсивностью элементов изображения этих областей, как показано на фигуре 4.The figure 4 presents the image of the C-scan, made with a frequency of approximately 5 MHz. In figure 4, the material PMZ of the workpiece is in the upper left corner, the regular workpiece is in the upper right corner, the usual forgings are in the lower left corner and the forgings of the material RMZ are in the lower right corner. Conventional blanks and forgings exhibit more intense interference, which is indicated by brighter image elements in these blocks, as shown in Figure 4. A lower intensity is characteristic of blind holes on the bottom surface, as indicated by lower intensity of image elements of these areas, as shown in figure 4.

Количественное измерение сигнала и помех сигнала и шума может быть определено из результатов С-сканирования. Сигнал от каждого глухого отверстия принимается как самый яркий пиксель в массиве 3×3 из девяти самых ярких пикселей. Статистика шума и чувствительность к рассеянию звука могут затем быть определены из квадратных массивов пикселей, которые не включают глухих отверстий. Количественные данные представлены в таблице 2. Сигнал в таблице 2 - средний сигнал от всех глухих отверстий на нижней поверхности в соответствующем блоке. Отношение сигнал/шум рассчитывается как:Quantitative measurement of signal and signal interference and noise can be determined from the results of C-scan. The signal from each blind hole is taken as the brightest pixel in the 3 × 3 array of the nine brightest pixels. Noise statistics and sound scatter sensitivity can then be determined from square pixel arrays that do not include blind holes. Quantitative data are presented in table 2. The signal in table 2 is the average signal from all blind holes on the bottom surface in the corresponding block. The signal-to-noise ratio is calculated as:

(средний сигнал - средний шум) - (максимальный шум - средний шум), так же как:(average signal - average noise) - (maximum noise - average noise), as well as:

(средний сигнал - средний шум)-3 σ_шум).(average signal - average noise) -3 σ _noise ).

Данные по вычислению отношения сигнал/шум для титановых материалов приведены в таблице 3. Как описано выше, оба способа вычисления, обеспечивают измерение интенсивности сигнала в выбранном блоке относительно импульсных помех в том же самом блоке.The signal-to-noise ratio calculation data for titanium materials are shown in Table 3. As described above, both calculation methods provide a measure of the signal intensity in the selected block relative to the pulsed noise in the same block.

Соответственно, если определение величины отношения сигнал/шум осуществляется по выражению (средний сигнал - средний шум) - (максимальный шум - средний шум), то можно придти к выводу, что материал содержит равномерные мелкие зерна при частоте 6,62 МГц, если отношение сигнал/шум для сигнала от отверстия диаметром 0,79 мм, выполненным на 25 мм ниже проверяемой поверхности материала, по меньшей мере, равно 20; на частоте 11,36 МГц отношение сигнал/шум, по меньшей мере, равно 50; и на частоте 18,43 МГц отношение сигнал/шум, по меньшей мере, равно 50. Кроме того, если определение отношения сигнал/шум осуществляется, используя выражение (средний сигнал - средний шум) - 3 σ_шум) для глухих отверстий на нижней поверхности, мы можем также придти к выводу, что материал содержит равномерные мелкие зерна на частоте 6,62 МГц, если отношение сигнал/шум, по меньшей мере, равно 50; на частоте 11,36 МГц отношение сигнал/шум, по меньшей мере, равно 100; и на частоте 18,43 МГц отношение сигнал/шум, по меньшей мере, равно 150. Каждое из этих отношений сигнал/шум соответствует заданному уровню шума, как это определяется предварительно просверленными отверстиями в материале.Accordingly, if the determination of the signal-to-noise ratio is carried out by the expression (average signal - average noise) - (maximum noise - average noise), then we can conclude that the material contains uniform fine grains at a frequency of 6.62 MHz, if the signal-to-noise ratio / noise for the signal from the hole with a diameter of 0.79 mm, made 25 mm below the test surface of the material, at least equal to 20; at a frequency of 11.36 MHz, the signal-to-noise ratio is at least 50; and at a frequency of 18.43 MHz, the signal-to-noise ratio is at least 50. In addition, if the signal-to-noise ratio is determined using the expression (average signal – average noise) - 3 σ _noise ) for blind holes on the bottom surface , we can also conclude that the material contains uniform fine grains at a frequency of 6.62 MHz, if the signal-to-noise ratio is at least 50; at a frequency of 11.36 MHz, the signal-to-noise ratio is at least 100; and at a frequency of 18.43 MHz, the signal-to-noise ratio is at least 150. Each of these signal-to-noise ratios corresponds to a predetermined noise level, as determined by pre-drilled holes in the material.

Самый высокий сигнал от глухих отверстий на нижней поверхности был измерен в заготовке РМЗ и самый низкий сигнал от глухих отверстий на нижней поверхности был измерен в обычной поковке, как показано на графике фигуры 6. Самый высокий средний шум, максимальный шум и самое большое среднеквадратичное отклонение шума были измерены в обычной заготовке. Самый низкий средний шум, самый небольшой максимальный шум и самое небольшое среднеквадратичное отклонение шума были измерены в поковке из материала РМЗ, как показано на графике фигуры 7. Соответственно, можно сделать вывод, что поковка материала РМЗ обладает самым высоким отношением сигнал/шум и что обычная поковка имеет самое низкое отношение сигнал/шум, как показано на графике фигуры 8.The highest signal from blind holes on the lower surface was measured in the PMZ blank and the lowest signal from blind holes on the lower surface was measured in a usual forging, as shown in the graph of Figure 6. Highest average noise, maximum noise, and largest standard deviation of noise were measured in a conventional blank. The lowest average noise, the smallest maximum noise and the smallest standard deviation of the noise were measured in the forgings from the PMZ material, as shown in the graph of figure 7. Accordingly, we can conclude that the forging of the RMZ material has the highest signal to noise ratio and that the usual the forging has the lowest signal to noise ratio, as shown in the graph of figure 8.

При ультразвуковой дефектоскопии титановых изделий и конструкций скорости звука в продольном направлении были измерены при прессовании Тi6242. Прессование Ti6242 выполнялось, чтобы создать сильную текстуру в направлении прессования. Например, прессование Тi6242 осуществлялось при температуре 1040°С и при отношении приблизительно 8:1. Прессованное изделие затем подвергалось термообработке при температуре порядка 593°С в течение приблизительно 8 часов. Рентгеновское исследование и анализ помогли определить зерно и ориентацию микроструктуры 116242. Это исследование и анализ Ti6242 указывают на сильную текстуру по направлению прессования с интенсивностью по направлению прессования. Интенсивность определялась по случайному выбору приблизительно 22 раза.During ultrasonic inspection of titanium products and structures, sound velocities in the longitudinal direction were measured by pressing Ti6242. Compression Ti6242 was performed to create a strong texture in the direction of pressing. For example, pressing Ti6242 was carried out at a temperature of 1040 ° C and with a ratio of approximately 8: 1. The pressed article was then heat treated at a temperature of about 593 ° C. for about 8 hours. X-ray study and analysis helped determine the grain and orientation of the microstructure 116242. This study and analysis of Ti6242 indicate a strong texture in the direction of pressing with intensity in the direction of pressing. The intensity was determined by random selection approximately 22 times.

Ультразвуковое поведение небольших титановых изделий и конструкций, например, из сплава Ti6242 может быть определено ультразвуковой дефектоскопией титановых изделий и конструкций как функция частоты ультразвука и микроструктуры материала.The ultrasonic behavior of small titanium products and structures, for example, from a Ti6242 alloy, can be determined by ultrasonic flaw detection of titanium products and structures as a function of the ultrasound frequency and the microstructure of the material.

Скорость звука в αTi составляет приблизительно 6 мм/с. При частоте ультразвука 5 МГц длина волны в титановых изделиях и конструкциях равна приблизительно 1,2 мм. Размер колонии, превышающий 200 мм, может изменить характер рассеяния от релеевского до стохастического (фазного). Скорости звука в Ti6242 измеряются на прямоугольных деталях из Ti6242, которые изготовлены из соответствующих заготовок Ti6242. Прямоугольные детали из Ti6242 имеют длину приблизительно 16 мм в направлении прессования и длину приблизительно 12 мм в направлении, перпендикулярном направлению прессования. Продольная скорость измеряется при частоте около 10 МГц, используя контактный датчик, усилитель и осциллограф. Продольная скорость определяется, измеряя время прохождения звукового импульса в выбранном направлении и обратно. Скорость звука в направлении прессования равна приблизительно 6,28 мм/с; в то время как скорость звука в направлении, перпендикулярном направлению прессования, равна приблизительно 6,1 мм/с.The speed of sound in αTi is approximately 6 mm / s. At an ultrasound frequency of 5 MHz, the wavelength in titanium products and structures is approximately 1.2 mm. Colony sizes exceeding 200 mm can change the nature of scattering from Rayleigh to stochastic (phase). Sound speeds in Ti6242 are measured on rectangular Ti6242 parts that are made from the corresponding Ti6242 workpieces. Rectangular Ti6242 parts have a length of approximately 16 mm in the pressing direction and a length of approximately 12 mm in the direction perpendicular to the pressing direction. The longitudinal velocity is measured at a frequency of about 10 MHz using a contact sensor, amplifier and oscilloscope. The longitudinal velocity is determined by measuring the transit time of the sound pulse in the selected direction and vice versa. The speed of sound in the pressing direction is approximately 6.28 mm / s; while the speed of sound in the direction perpendicular to the direction of pressing is approximately 6.1 mm / s.

Результаты ультразвуковой дефектоскопии и намерений титановых изделий и конструкций, наряду с характеристикой микроструктуры титановых изделий и конструкций, основаны на использовании испытательных блоков заготовки РМЗ, которые сформированы из обычного материала заготовки, как описано выше. В процессе РМЗ получают образцы, в которых оригинальная структура колоний αTi в обычной заготовке удалена. Стадии ковки материала РМЗ порядка 900°С и с уменьшением высоты приблизительно на 60% не приводили к созданию колоний αTi или развитию сильной текстуры и αTi микроструктуры.The results of ultrasonic flaw detection and intentions of titanium products and structures, along with the microstructure characteristics of titanium products and structures, are based on the use of test blocks of the PMZ blank, which are formed from the usual blank material, as described above. In the RMZ process, samples are obtained in which the original structure of the αTi colonies in a conventional preform is removed. The stages of forging of the RMZ material of the order of 900 ° С and with a decrease in height of approximately 60% did not lead to the creation of αTi colonies or the development of a strong texture and αTi microstructure.

Как показано на фигурах 6 и 7, различия в чувствительности к рассеянию звука и помехах, в основном, зависят от частоты. Эта зависимость говорит о том, что величина рассеяния объекта, например размер колонии, в обычном материале увеличивает вклад в чувствительность к рассеянию звука и ослабление фазового рассеяния. Это изменение во вкладе не является полным переходом от одного механизма чистого рассеяния к другому механизму рассеяния, например перехода от механизма релеевского рассеяния к механизму фазного рассеивания, поскольку такое изменение дало бы наклон порядка - 2 на фигуре 5.As shown in figures 6 and 7, differences in sensitivity to sound scattering and interference, mainly depend on the frequency. This dependence suggests that the magnitude of the scattering of an object, such as the size of a colony, in ordinary material increases the contribution to the sensitivity to sound scattering and attenuation of phase scattering. This change in the contribution is not a complete transition from one pure scattering mechanism to another scattering mechanism, for example, a transition from the Rayleigh scattering mechanism to a phase scattering mechanism, since such a change would give an inclination of order - 2 in Figure 5.

Размер частицы αTi, в основном, не является существенным при любом определении отношения сигнал/шум, поскольку размеры частиц αTi одинаковы во всех материалах и, в основном, по размеру меньше длины ультразвуковой волны. Различие в различных материалах, проверяемых при ультразвуковой дефектоскопии, объясняется присутствием больших колоний в обычных заготовках и поковках. Отметим, что это различие в скорости звука в прессованных образцах Ti6242 составляет приблизительно 6 мм/с. Как правило, эта скорость соответствует длине волны при ультразвуковой дефектоскопии порядка 1.2 мм при частоте приблизительно 5 МГц, порядка 600 мμ при частоте приблизительно 10 МГц и порядка 300 мμ при частоте приблизительно 20 МГц. Следовательно, размеры колоний в обычной заготовке и поковке сопоставимы с длиной волны ультразвука.The particle size αTi, basically, is not significant in any determination of the signal-to-noise ratio, since the particle sizes αTi are the same in all materials and, basically, smaller than the ultrasonic wavelength. The difference in the different materials tested by ultrasonic inspection is due to the presence of large colonies in conventional billets and forgings. Note that this difference in the speed of sound in pressed Ti6242 samples is approximately 6 mm / s. Typically, this speed corresponds to a wavelength for ultrasonic inspection of about 1.2 mm at a frequency of about 5 MHz, about 600 μm at a frequency of about 10 MHz, and about 300 μm at a frequency of about 20 MHz. Therefore, the size of the colonies in a conventional billet and forgings is comparable to the ultrasound wavelength.

Относительные вклады релеевского рассеяния и фазного рассеяния зависят от частоты, например, в ультразвуковой полосе частот. Эта зависимость от частоты, по крайней мере, частично объясняется тем фактом, что длина волны 300 мкм на частоте около 18.43 МГц приблизительно равна размеру толщины колонии αTi. Длины волны 900 мкм на частоте МГц приблизительно 6.62 МГц примерно в три раза больше размера колонии. Рассеяние с частотой 6.62 МГц входит в область фазного рассеяния для ее вклада, тогда как рассеяние с частотой 18.43 МГц обеспечивает, в основном, вклад в фазное рассеяние.The relative contributions of Rayleigh scattering and phase scattering depend on the frequency, for example, in the ultrasonic frequency band. This frequency dependence is at least partially explained by the fact that a wavelength of 300 μm at a frequency of about 18.43 MHz is approximately equal to the colony thickness αTi. The wavelengths of 900 μm at a frequency of about 6.62 MHz are approximately three times the size of the colony. Scattering with a frequency of 6.62 MHz enters the phase scattering region for its contribution, while scattering with a frequency of 18.43 MHz provides mainly a contribution to phase scattering.

Ковка материала РМЗ приводит к несколько большему размеру зерна, чем первоначальная заготовка. Однако поковка из материала РМЗ обладает более низкими помехами и более высокой интенсивностью сигнала, как это показано в таблице 2. Это поведение может объясняться несколько более низким объемом фракции частиц αTi в кованом материале, что отображено на фигуре 1 обозначениями (с) и (d).Forging of RMZ material leads to a slightly larger grain size than the initial procurement. However, the forging of the RMZ material has lower noise and higher signal intensity, as shown in Table 2. This behavior can be explained by a slightly lower volume fraction of αTi particles in the forged material, which is shown in Fig. 1 by (c) and (d) .

Обычная поковка имеет более низкий уровень шума, чем обычная заготовка, однако она имеет более низкое отношение сигнал/шум, что может быть частично вызвано слабым сигналом от глухих отверстий на нижней поверхности. Обычная поковка имеет более низкий объем фракций частиц αTi, чем заготовка. Более слабый сигнал в обычной поковке может быть вызван, по меньшей мере, частичным ослаблением звука, проходящего по сильно текстурованным областям. Размеры отражающего объекта колоний αTi, составляющие приблизительно 1 мм по длине и приблизительно 300 мкм по ширине, в обычной заготовке и поковке могут привести к рассеянию в фазовом компоненте. Точно так же возможно, что структура колонии αTi над глухими отверстиями на нижней поверхности будет рассеивать отражение от звука от глухих отверстий.A normal forging has a lower noise level than a conventional workpiece, but it has a lower signal to noise ratio, which can be partially caused by a weak signal from blind holes on the bottom surface. Conventional forgings have a lower volume fraction of αTi particles than the preform. A weaker signal in a normal forging may be caused by at least partial attenuation of sound passing through heavily textured areas. The dimensions of the reflective object of the αTi colonies, approximately 1 mm in length and approximately 300 μm in width, in a conventional billet and forging can lead to scattering in the phase component. In the same way, it is possible that the structure of the αTi colony above the blind holes on the bottom surface will scatter the reflection from the sound from the blind holes.

Микроструктуры заготовок РМЗ и поковок, сделанных из заготовок РМЗ, включают тонкие гранулированные частицы αTi. Эти частицы αTi обычно имеют диаметр меньше 5 мкм, как правило, при отсутствии кристаллографической текстуры. Ультразвуковая дефектоскопия характеризуется тем, что отношение сигнал/шум от механически обработанных глухих отверстий гораздо выше в материале РМЗ, чем в обычных материалах. В материалах РМЗ помехи от обратного рассеяния ультразвука ниже, чем в обычных материалах. Кроме того, ультразвуковой сигнал от механически обработанных глухих отверстия сильнее, чем в РМЗ материале.The microstructures of the PMZ blanks and forgings made from the RMZ blanks include fine granular particles of αTi. These αTi particles typically have a diameter of less than 5 μm, typically in the absence of a crystallographic texture. Ultrasonic flaw detection is characterized by the fact that the signal-to-noise ratio from machined blind holes is much higher in RMZ material than in conventional materials. In materials of RMZ, the interference from backscattering of ultrasound is lower than in conventional materials. In addition, the ultrasonic signal from the machined blind holes is stronger than in the RMZ material.

Наличие структуры колонии αTi связано с ультразвуковым шумом, генерируемым при ультразвуковой дефектоскопии титановых изделий и конструкций в соответствии с настоящим изобретением. Для материалов с частицами размером менее 10 мкм различия в размере частицы αTi, как правило, не имеют существенного влияния на формирование ультразвукового шума. Например, заготовки РМЗ, которые могут быть сформированы по способу производства титанового материала в соответствии с настоящим изобретением, могут демонстрировать, в основном, релеевское рассеяние, в то время как обычные заготовки, которые не имеют свойств РМЗ, демонстрируют релеевское рассеяние плюс фазовое рассеяние. Возможности проверки качества содержащих титан материалов увеличиваются при преобладающем релеевском рассеянии.The presence of the colony structure αTi is associated with ultrasonic noise generated by ultrasonic inspection of titanium products and structures in accordance with the present invention. For materials with particles less than 10 microns in size, differences in particle size αTi, as a rule, have no significant effect on the formation of ultrasonic noise. For example, RMZ preforms, which can be formed by the method of producing titanium material in accordance with the present invention, can mainly show Rayleigh scattering, while conventional preforms that do not have RMZ properties exhibit Rayleigh scattering plus phase scattering. The ability to test the quality of titanium-containing materials increases with the prevailing Rayleigh scattering.

Хотя здесь были описаны различные варианты изобретения, следует понимать, что специалистами в данной области могут быть сделаны различные изменения или усовершенствования и модификации элементов изобретения.Although various embodiments of the invention have been described herein, it should be understood that various changes or improvements and modifications to the elements of the invention may be made by those skilled in the art.

Claims

1. A method for the production of a homogeneous fine-grained titanium material, characterized in that it includes obtaining a titanium material preform, first heat treating the preform by heating it to the β region, quickly cooling the preform from the β region to the (α + β) region, forging the preform with the creation of conditions of superplasticity in the process of deformation of the titanium material, and the second heat treatment by recrystallization annealing to obtain a grain size in the range from about 5 microns to about 20 microns.

2. The method according to claim 1, characterized in that the preform is heated during the first heat treatment to a temperature in the range from about 600 ° C to about T _pp , where T _pp is the temperature of the polymorphic phase transformation of the titanium material.

3. The method according to claim 1, characterized in that the procurement of titanium material is obtained by powder metallurgy.

4. The method according to claim 1, characterized in that a homogeneous fine-grained titanium material is obtained mainly with equiaxed grains of titanium of the same size.

5. The method according to claim 1, characterized in that a homogeneous fine-grained titanium material is obtained mainly with a uniform distribution of particles of the second phase and alloying elements.

6. The method according to claim 1, characterized in that the preparation of a biphasic titanium material is obtained.

7. The method according to claim 1, characterized in that the first heat treatment of the workpiece material of the titanium alloy is carried out by heating the workpiece to approximately 1200 ° C for approximately one hour.

8. The method according to claim 1, characterized in that the heating of the preform during the first heat treatment is carried out to a temperature in the range from about 875 ° C to a temperature of about 1200 ° C.

9. The method according to claim 1, characterized in that the forging is carried out by deforming the workpiece in an isothermal press.

10. The method according to claim 9, characterized in that the deformation is carried out in several operations.

11. The method according to claim 1, characterized in that a uniform fine-grained titanium material with a grain size in the range from about 15 microns to about 20 microns is obtained.

12. The method according to claim 1, characterized in that the forging is carried out on the press by at least one of the following operations: bending, forging into a square.

13. The method according to claim 1, characterized in that the forging is carried out by repeated deformation.

14. A method for the production of a homogeneous fine-grained titanium material, characterized in that it includes the preparation of a biphasic titanium material, the first heat treatment of the billet by heating it to the β-region to a temperature in the range from about 600 ° C to about the temperature of the polymorphic phase transformation of titanium material (T _pp ), rapid cooling of the titanium material preform from the β-region to the (α + β) region, forging of the preform with the creation of a titanium mother during deformation After the preparation of superplastic conditions, the second heat treatment was carried out by recrystallization annealing to obtain biphasic titanium material with a grain size in the range from about 15 microns to about 20 microns, consisting mainly of equiaxed titanium grains of the same size and uniformly distributed particles of the second phase and alloying elements.