RU2389568C1 - Method to produce sub micro-crystalline structure in unalloyed titanium - Google Patents
Method to produce sub micro-crystalline structure in unalloyed titanium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2389568C1 RU2389568C1 RU2008151930/02A RU2008151930A RU2389568C1 RU 2389568 C1 RU2389568 C1 RU 2389568C1 RU 2008151930/02 A RU2008151930/02 A RU 2008151930/02A RU 2008151930 A RU2008151930 A RU 2008151930A RU 2389568 C1 RU2389568 C1 RU 2389568C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rolling
- deformation
- temperature
- workpiece
- titanium
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области деформационной обработки металлов давлением и может быть использовано в металлургии для изготовления сортового проката из нелегированного титана, например, медицинского назначения.The invention relates to the field of deformation processing of metals by pressure and can be used in metallurgy for the manufacture of long products from unalloyed titanium, for example, for medical purposes.
Известно техническое решение «Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок» по патенту 2175685 (13) С1, 7 C22F 1/18, B21J 5/00, включающий пластическую деформацию в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при понижении температуры в интервале 500-250°C с накопленной логарифмической степенью деформации е≥4, после чего осуществляют термомеханическую обработку чередованием холодной деформации со степенью 30-90% с промежуточным и окончательным отжигом в интервале температур 250-500°C в течение 0,5-2 ч.Known technical solution "Method for producing ultrafine titanium billets" according to patent 2175685 (13) C1, 7 C22F 1/18, B21J 5/00, including plastic deformation in intersecting vertical and horizontal channels with decreasing temperature in the range of 500-250 ° C with the accumulated logarithmic degree of deformation e≥4, after which thermomechanical treatment is carried out by alternating cold deformation with a degree of 30-90% with intermediate and final annealing in the temperature range of 250-500 ° C for 0.5-2 hours
Недостатком этого способа является низкая технологичность, т.к. для пластической деформации в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах с накопленной логарифмической степенью деформации е≥4 характерна высокая трудоемкость и низкая производительность, термомеханическая обработка чередованием холодной деформации со степенью 30-90% с промежуточными отжигами способствует быстрому износу оборудования и требует высоких энергозатрат.The disadvantage of this method is the low adaptability, because plastic deformation in intersecting vertical and horizontal channels with an accumulated logarithmic degree of deformation e≥4 is characterized by high laboriousness and low productivity, thermomechanical treatment by alternating cold deformation with a degree of 30-90% with intermediate annealing contributes to rapid wear of equipment and requires high energy consumption.
Известен способ получения ультрамелкозернистой структуры по патенту РФ №2251588 «Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок», который включает интенсивную пластическую деформацию в пересекающихся каналах титана технологической чистоты и последующую механическую обработку заготовки путем многократной прокатки или экструзии при комнатной температуре при степени обжатия за один проход, не вызывающей формирование магистральной трещины и разрушение материала, и числе проходов при прокатке или экструзии, обеспечивающих конечную степень деформации 80-90%. Данный способ позволяет сократить временные и энергетические затраты на производство материала из-за отсутствия операций промежуточного и конечного отжигов.A known method for producing ultrafine-grained structure according to RF patent No. 2251588 "Method for producing ultrafine-grained titanium billets", which includes intensive plastic deformation in the intersecting channels of titanium of technological purity and subsequent mechanical processing of the billet by repeated rolling or extrusion at room temperature at a compression ratio in one pass, not causing the formation of a main crack and the destruction of the material, and the number of passes during rolling or extrusion, providing final degree of deformation of 80-90%. This method allows to reduce the time and energy costs for the production of material due to the lack of operations of intermediate and final annealing.
Однако для него характерны недостатки низкой технологичности как деформации в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах, так и многократной деформации при комнатной температуре.However, it is characterized by the disadvantages of low manufacturability of both deformation in intersecting vertical and horizontal channels, and multiple deformation at room temperature.
Оба указанных выше метода в связи с использованием холодной деформации применительно к упрочненному титану с ультрамелкозернистой структурой, полученной на этапе прессования в пересекающихся каналах, малопригодны для получения прокаткой готовых изделий в виде качественного проката широкого сортамента.Both of the above methods in connection with the use of cold deformation as applied to hardened titanium with an ultrafine-grained structure obtained at the stage of pressing in intersecting channels are of little use for producing finished products in the form of high-quality rolled products of a wide range.
Наиболее близким к предлагаемому по совокупности существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2038175 «Способ получения прутков из легированных металлов и сплавов», включающий деформацию заготовки трехвалковой винтовой прокаткой со скручиванием, причем логарифмическая степень деформации скручивания составляет 0,10-0,65 от ее суммы с логарифмическим коэффициентом вытяжки, после винтовой прокатки заготовку дополнительно подвергают деформации редуцирования продольной прокаткой в калибрах с логарифмическим коэффициентом вытяжки, составляющим 0,30-0,80 от ее суммы, с логарифмической степенью деформации скручивания при винтовой прокатке. Наилучший эффект от применения способа получают при обработке легированных металлов и сплавов.Closest to the proposed set of essential features is the technical solution according to RF patent No. 2038175 “Method for producing bars from alloyed metals and alloys”, including deformation of a workpiece by three-roll helical rolling with twisting, and the logarithmic degree of twisting deformation is 0.10-0.65 from its sum with a logarithmic coefficient of drawing, after helical rolling, the workpiece is additionally subjected to deformation of reduction by longitudinal rolling in calibers with a logarithmic coefficient ntom hoods constituting 0,30-0,80 of its amount, the strain with logarithmic helical twisting when rolling. The best effect of the application of the method is obtained in the processing of alloyed metals and alloys.
Недостатком этого способа является невозможность использования способа для получения сортамента с субмикрокристаллической глобулярной структурой из нелегированного титана.The disadvantage of this method is the inability to use the method to obtain a range with a submicrocrystalline globular structure from undoped titanium.
Общим недостатком известных способов является низкая технологичность за счет того, что сначала изменяют структуру металла, а затем придают заготовке необходимую форму.A common disadvantage of the known methods is low manufacturability due to the fact that first they change the structure of the metal, and then give the workpiece the necessary shape.
Задачей изобретения является создание технологичного способа получения однородной субмикрокристаллической глобулярной структуры в сортовом прокате нелегированного титана.The objective of the invention is to provide a technologically advanced method for producing a homogeneous submicrocrystalline globular structure in long products of undoped titanium.
Задача решается деформацией заготовки путем сочетания винтовой и продольной прокатки, при этом:The problem is solved by deformation of the workpiece by a combination of helical and longitudinal rolling, while:
- проводят деформацию заготовки нелегированного титана, нагретой ниже температуры рекристаллизации, трехвалковой винтовой прокаткой с положительным скручиванием в чашевидных или с отрицательным скручиванием в грибовидных валках при условии повышения коэффициента вытяжки и снижения температуры заготовки на каждом последующем проходе;- carry out the deformation of the workpiece of undoped titanium, heated below the crystallization temperature, by three-roll helical rolling with positive twisting in cup-shaped or with negative twisting in mushroom-shaped rolls, subject to an increase in the drawing coefficient and a decrease in the temperature of the workpiece in each subsequent pass;
- после винтовой прокатки заготовку, нагретую до температуры не выше, чем на последнем этапе винтовой прокатки, дополнительно подвергают деформации редуцирования продольной сортовой прокаткой в калибрах с получением необходимого сортамента при логарифмической степени деформации за проход не менее 0,5.- after helical rolling, the billet heated to a temperature not higher than at the last stage of helical rolling is additionally subjected to reduction deformation by longitudinal high-quality rolling in calibers to obtain the required assortment with a logarithmic degree of deformation per pass of at least 0.5.
Технический результат - способ позволяет получать однородную субмикрокристаллическую глобулярную структуру в нелегированном титане непосредственно в процессе придания заготовке конечной готовой формы, имеющей промышленное применение.EFFECT: method allows to obtain a homogeneous submicrocrystalline globular structure in undoped titanium directly in the process of giving the workpiece a final finished form having industrial application.
Это имеет значение, в особенности, при производстве изделий медицинского назначения (имплантатов), т.к. нелегированный титан с субмикрокристаллической глобулярной структурой обладает механическими свойствами, близкими к легированным титановым сплавам, и при этом не содержит вредных для организма легирующих элементов.This is important, in particular, in the manufacture of medical devices (implants), because undoped titanium with a submicrocrystalline globular structure has mechanical properties similar to alloyed titanium alloys and does not contain alloying elements harmful to the body.
Подтверждением соответствия технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень» является наличие следующих признаков:Confirmation of compliance of the technical solution with the criteria of "novelty" and "inventive step" is the presence of the following features:
1. Деформация заготовки нелегированного титана, нагретой ниже температуры рекристаллизации, трехвалковой винтовой прокаткой с положительным скручиванием в чашевидных или с отрицательным скручиванием в грибовидных валках при условии повышения коэффициента вытяжки и снижения температуры заготовки на каждом последующем проходе. В результате в получаемом прутке создается градиентная структура, представленная глобулярной субмикрокристаллической структурой периферийной зоны и тонковолокнистой структурой центральной зоны;1. Deformation of an unalloyed titanium billet heated below the recrystallization temperature by three-roll helical rolling with positive twisting in cup-shaped or with negative twisting in mushroom-shaped rolls, provided that the drawing coefficient is increased and the temperature of the billet is reduced in each subsequent pass. As a result, a gradient structure is created in the resulting rod, which is represented by the globular submicrocrystalline structure of the peripheral zone and the fine-fiber structure of the central zone;
2. Последующая деформация редуцирования заготовки нелегированного титана, нагретой до температуры не выше, чем на последнем этапе винтовой прокатки, продольной сортовой прокаткой в калибрах с получением необходимого сортамента при логарифмической степени деформации за проход не менее 0,5. На этом этапе в процессе придания заготовке конечной готовой формы в виде прутков круглого сечения, прутков квадратного сечения, а также полос и профилей различной конфигурации за счет поперечной компоненты деформации происходит преобразование тонковолокнистой структуры центральной зоны в глобулярную субмикрокристаллическую.2. Subsequent deformation of the reduction of an unalloyed titanium billet heated to a temperature not higher than at the last stage of screw rolling by longitudinal high-quality rolling in calibers to obtain the required product range with a logarithmic degree of deformation per pass of at least 0.5. At this stage, in the process of giving the workpiece a final finished shape in the form of rods of circular cross section, rods of square cross section, as well as strips and profiles of various configurations, due to the transverse component of the deformation, the fine-fiber structure of the central zone is transformed into a globular submicrocrystalline one.
Сочетание вышеуказанной винтовой и продольной сортовой прокатки позволяет формировать глобулярную субмикрокристаллическую структуру нелегированного титана в готовом изделии уже при суммарной степени деформации меньше 4.The combination of the aforementioned helical and longitudinal high-quality rolling allows the formation of a globular submicrocrystalline structure of undoped titanium in the finished product even with a total degree of deformation of less than 4.
Заявленное изобретение подтверждается следующими изображениями, полученными растровой электронной микроскопией в обратно-рассеянных электронах, увеличение ×5000:The claimed invention is confirmed by the following images obtained by scanning electron microscopy in backscattered electrons, magnification × 5000:
- на фигуре 1а представлена микроструктура центральной области прутка нелегированного титана ВТ1-0 диаметром 12 мм, полученного заявленным способом;- figure 1A shows the microstructure of the Central region of the bar of unalloyed titanium VT1-0 with a diameter of 12 mm, obtained by the claimed method;
- на фигуре 1б представлена микроструктура периферийной области прутка нелегированного титана ВТ1-0 диаметром 12 мм, полученного заявленным способом.- figure 1b presents the microstructure of the peripheral region of the bar of unalloyed titanium VT1-0 with a diameter of 12 mm, obtained by the claimed method.
Изобретение осуществляют следующим способом.The invention is carried out in the following way.
Проводят винтовую прокатку исходной заготовки нелегированного крупнозернистого титана в чашевидных валках с положительным скручиванием или в грибовидных валках с отрицательным скручиванием, при этом на каждом переходе обеспечивают снижение температуры заготовки в диапазоне 650-350°C и увеличение коэффициента вытяжки. В результате получают пруток с двухслойной структурой, при этом деформация скручивания составляет 0,30-0,65 от ее суммы с логарифмической деформацией вытяжкой. Затем заготовку, нагретую до температуры не выше, чем на последнем этапе винтовой прокатки, подвергают редуцированию в калибрах с логарифмической степенью деформации за проход не менее 0,5.Spiral rolling of the initial blank of unalloyed coarse-grained titanium is carried out in bowl-shaped rolls with positive twisting or in mushroom-shaped rolls with negative twisting, while at each transition, the workpiece temperature is reduced in the range of 650-350 ° C and the extraction coefficient is increased. The result is a bar with a two-layer structure, with twisting deformation of 0.30-0.65 of its sum with a logarithmic deformation of the hood. Then the workpiece, heated to a temperature not higher than at the last stage of screw rolling, is subjected to reduction in calibers with a logarithmic degree of deformation per pass of at least 0.5.
При этом для получения глобулярной субмикрокристаллической структуры необходимого сортамента достаточно, чтобы суммарная логарифмическая степень деформации в готовом изделии была меньше 4.Moreover, to obtain a globular submicrocrystalline structure of the required assortment, it is sufficient that the total logarithmic degree of deformation in the finished product be less than 4.
Примеры:Examples:
1. Радиально-сдвиговую прокатку исходной заготовки крупнозернистого титана ВТ1-0 диаметром 40 мм проводили на стане РСП 14-40 в чашевидных валках с положительным скручиванием при 650°C за два прохода до диаметра 32 мм, затем при температуре 550°C до диаметра 24 мм за два прохода, далее при 400°C до диаметра 16 мм за один проход. Такой режим прокатки обеспечивает увеличение коэффициента вытяжки на каждом последующем проходе.1. Radial-shear rolling of the initial billet of coarse-grained titanium VT1-0 with a diameter of 40 mm was carried out on an RSP 14-40 mill in bowl-shaped rolls with positive twisting at 650 ° C in two passes to a diameter of 32 mm, then at a temperature of 550 ° C to a diameter of 24 mm in two passes, then at 400 ° C to a diameter of 16 mm in one pass. This rolling mode provides an increase in the drawing ratio in each subsequent pass.
В результате получен пруток с двухслойной структурой с накопленной степенью логарифмической деформации 2,7, при этом деформация скручивания составляла 0,35-0,37 от ее суммы с логарифмической деформацией вытяжкой.As a result, a bar with a two-layer structure with an accumulated degree of logarithmic deformation of 2.7 was obtained, while the twist deformation was 0.35-0.37 of its sum with a logarithmic deformation by a hood.
Затем на стане продольной прокатки ТРИО-180 пруток, нагретый до 350°C, редуцировали до диаметра 12 мм за два прохода через эллипс с суммарной логарифмической степенью деформации 1,2, т.е. на каждом переходе 0,6.Then, at the TRIO-180 longitudinal rolling mill, a bar heated to 350 ° C was reduced to a diameter of 12 mm in two passes through an ellipse with a total logarithmic degree of deformation of 1.2, i.e. at each transition 0.6.
В результате получен пруток нелегированного титана ВТ1-0 диаметром 12 мм с однородной глобулярной субмикрокристаллической структурой с размером зерен менее 1 микрона при суммарной степени деформации 3,9 (фиг.1а и 1б).As a result, a bar of undoped VT1-0 titanium with a diameter of 12 mm was obtained with a uniform globular submicrocrystalline structure with a grain size of less than 1 micron with a total degree of deformation of 3.9 (Figs. 1a and 1b).
2. Радиально-сдвиговую прокатку исходной заготовки крупнозернистого титана ВТ1-0 диметром 40 мм проводили в чашевидных валках с положительным скручиванием на стане РСП 14-40 при 650°C за два прохода до диаметра 32 мм, при температуре 550°C до диаметра 24 мм за два прохода, при 400°C до диаметра 16 мм за один проход, что обеспечивает увеличение коэффициента вытяжки на каждом последующем переходе.2. Radial-shear rolling of the initial billet of coarse-grained titanium VT1-0 with a diameter of 40 mm was carried out in cup-shaped rolls with positive twisting on an RSP 14-40 mill at 650 ° C in two passes to a diameter of 32 mm, at a temperature of 550 ° C to a diameter of 24 mm in two passes, at 400 ° C up to a diameter of 16 mm in one pass, which ensures an increase in the drawing ratio at each subsequent transition.
В результате получен пруток с двухслойной структурой с накопленной степенью логарифмической деформации 2,7, при этом деформация скручивания составляла 0,35-0,37 от ее суммы с логарифмической деформацией вытяжкой.As a result, a bar with a two-layer structure with an accumulated degree of logarithmic deformation of 2.7 was obtained, while the twist deformation was 0.35-0.37 of its sum with a logarithmic deformation by a hood.
Затем на стане продольной прокатки ТРИО-180 пруток, нагретый до 400°C, редуцировали в эллипс с продольным диаметром 20 мм и поперечным диаметром 9,5 мм и подвергали листовой прокатке в стане ДУО-150 при той же температуре до получения полосы толщиной 6 мм, с суммарной логарифмической степенью деформации 0,7.Then, at the TRIO-180 longitudinal rolling mill, the bar heated to 400 ° C was reduced to an ellipse with a longitudinal diameter of 20 mm and a transverse diameter of 9.5 mm and subjected to sheet rolling in the DUO-150 mill at the same temperature to obtain a strip 6 mm thick , with a total logarithmic degree of deformation of 0.7.
В результате получена полоса нелегированного титана толщиной 6 мм с однородной глобулярной субмикрокристаллической структурой, с размером зерен менее 1 микрона и суммарной степенью деформации 3,4.As a result, a strip of undoped titanium with a thickness of 6 mm was obtained with a homogeneous globular submicrocrystalline structure, with a grain size of less than 1 micron and a total degree of deformation of 3.4.
Аналогичные изменения структуры нелегированного титана на этапе винтовой прокатки были получены с использованием схемы деформирования в грибовидных валках с отрицательным скручиванием.Similar changes in the structure of undoped titanium at the helical rolling stage were obtained using a deformation scheme in mushroom-shaped rolls with negative twisting.
Способ позволяет получать однородную субмикрокристаллическую глобулярную структуру в нелегированном титане в процессе придания заготовке конечной готовой формы в виде прутков круглого сечения, прутков квадратного сечения, а также полос и профилей различной конфигурации. При этом механические свойства титана улучшаются, приближаясь к свойствам титановых сплавов: в таблице 1 приведены данные по пределам прочности (МПа) и пластичности (%) нелегированного титана ВТ1-0, сплава ВТ6 и нелегированного титана ВТ1-0 с субмикрокристаллической структурой.The method allows to obtain a homogeneous submicrocrystalline globular structure in undoped titanium in the process of giving the workpiece a final finished shape in the form of rods of round section, rods of square section, as well as strips and profiles of various configurations. In this case, the mechanical properties of titanium are improved, approaching the properties of titanium alloys: table 1 shows the data on the ultimate strength (MPa) and ductility (%) of unalloyed titanium VT1-0, alloy VT6 and unalloyed titanium VT1-0 with a submicrocrystalline structure.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008151930/02A RU2389568C1 (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Method to produce sub micro-crystalline structure in unalloyed titanium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008151930/02A RU2389568C1 (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Method to produce sub micro-crystalline structure in unalloyed titanium |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2389568C1 true RU2389568C1 (en) | 2010-05-20 |
Family
ID=42676046
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008151930/02A RU2389568C1 (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Method to produce sub micro-crystalline structure in unalloyed titanium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2389568C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102601113A (en) * | 2012-01-04 | 2012-07-25 | 兰州大学 | Method for preparing nanometer glass |
CN107413998A (en) * | 2017-07-03 | 2017-12-01 | 西部超导材料科技股份有限公司 | A kind of preparation method of Nb47Ti alloys large scale rod bar |
RU2717765C1 (en) * | 2019-12-27 | 2020-03-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of helical rolling of alloys of titanium-zirconium-niobium system |
-
2008
- 2008-12-29 RU RU2008151930/02A patent/RU2389568C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102601113A (en) * | 2012-01-04 | 2012-07-25 | 兰州大学 | Method for preparing nanometer glass |
CN107413998A (en) * | 2017-07-03 | 2017-12-01 | 西部超导材料科技股份有限公司 | A kind of preparation method of Nb47Ti alloys large scale rod bar |
RU2717765C1 (en) * | 2019-12-27 | 2020-03-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of helical rolling of alloys of titanium-zirconium-niobium system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7021176B2 (en) | Titanium alloy | |
US10077492B2 (en) | Ultrafine-grained profile of twin-crystal wrought magnesium alloys, preparation process and use of the same | |
DE69108295T2 (en) | Process for the production of corrosion-resistant seamless titanium alloy tubes. | |
RU2364660C1 (en) | Method of manufacturing ufg sections from titanium alloys | |
JP2007501903A5 (en) | ||
CN103341520A (en) | Preparation process of TB9 titanium alloy wire with rectangular section | |
RU2389568C1 (en) | Method to produce sub micro-crystalline structure in unalloyed titanium | |
CN110878397B (en) | Texture uniformity control process for large-size magnesium alloy section | |
CN108472703B (en) | Method for producing rods from titanium alloys | |
CN105441713A (en) | A titanium alloy seamless tube and a manufacturing method thereof | |
JP6530402B2 (en) | Method of processing a dispersion strengthened platinum composition | |
CN110802125B (en) | Preparation method of magnesium alloy bar | |
CN105112722B (en) | High-strength high-ductility titanium alloy pipe and its production method | |
RU2395356C1 (en) | Procedure for fabricating pipes out of aluminium alloys | |
RU2464116C1 (en) | Method of producing titanium round rods with ultrafine structure | |
RU2758735C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING A FORGED WORKPIECE IN THE FORM OF A ROD FROM (α+β)-TITANIUM ALLOYS | |
JPH07180011A (en) | Production of alpha+beta type titanium alloy extruded material | |
RU2758737C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING A FORGED WORKPIECE IN THE FORM OF A ROD FROM (α+β)-TITANIUM ALLOYS | |
RU2741873C1 (en) | Method of making electric contact wire from heat-strengthened copper-based alloy (versions) | |
RU2604075C1 (en) | Method of producing nanostructured rods of round section from titanium alloy vt22 | |
WO2016046844A4 (en) | Process for manufacturing of aluminium alloy cheese tube, cheese pipe or bobbin for woven sack | |
RU2251588C2 (en) | Method for making ultrafine-grain titanium blanks | |
KR20160052985A (en) | Metalworking process using severe shear deformation by repetitive torsion | |
RU2756077C1 (en) | Method for producing titanium alloy round rods (options) | |
RU2807260C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING BRONZE RODS “БрХ08” |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201230 |