RU2409445C1

RU2409445C1 - METHOD OF PRODUCING INTERMEDIATE BILLET FROM (α+β)-TITANIUM ALLOYS

Info

Publication number: RU2409445C1
Application number: RU2009116033/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Володин (RU); Алексей Михайлович Володин; Виктор Андреевич Лазоркин (UA); Виктор Андреевич ЛАЗОРКИН
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Тяжпрессмаш"
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2011-01-20
Also published as: RU2009116033A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming and can be used in producing intermediate billets from (α + β)-titanium alloys. Billet is subjected to hot forging at forging press in four-hammer forging device. Note here that said billet is simultaneously reduced on four sides with shear strains in crosswise plane in every signal reduction. Hot forging is carried at temperature varying from that lower by 120°C than temperature of polymorphic transformation to that 100°C higher than the latter. Total strain at hot forging makes at least 35%. Then billet is cooled down and forged at temperature lower than that of polymorphic transformation with total strain of at least 25%.

EFFECT: high process efficiency and quality.

2 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении промежуточных заготовок из слитков (α+β) - титановых сплавов ковкой.The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used in the manufacture of intermediate billets from ingots (α + β) - forged titanium alloys.

Известен способ горячей прокатки прутков из (α+β)-титановых сплавов, включающий нагрев заготовок до температуры выше температуры полиморфного превращения, предварительную прокатку в β-области, охлаждение, промежуточный нагрев в двухфазную область и окончательную прокатку в (α+β)-области со степенью деформации 20-50% за проход со скоростью 3,0-5,0 м/с (Авторское свидетельство СССР №713625, кл. В21В 3/00, 1980 г.).A known method of hot rolling of rods from (α + β) -titanium alloys, including heating billets to a temperature above the temperature of polymorphic transformation, preliminary rolling in the β-region, cooling, intermediate heating in the two-phase region and final rolling in the (α + β) region with a degree of deformation of 20-50% per passage at a speed of 3.0-5.0 m / s (USSR Author's Certificate No. 713625, class B21B 3/00, 1980).

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает получение поковок из слитков с механическими свойствами необходимого уровня, а также однородной мелкозернистой структуры по всему поперечному сечению в поковках диаметром более 80 мм.The disadvantage of this method is that it does not provide forgings from ingots with mechanical properties of the required level, as well as a uniform fine-grained structure over the entire cross section in forgings with a diameter of more than 80 mm.

Известен также способ изготовления промежуточной заготовки из (α+β)-титановых сплавов, включающий горячую ковку слитка на ковочном прессе, охлаждение и последующую ковку при температуре ниже температуры полиморфного превращения титанового сплава (АЛЕКСАНДРОВ В.К. и др. Титановые сплавы. Полуфабрикаты из титановых сплавов, М., ВИЛС, 1996, с.184-185, 189).There is also a known method of manufacturing an intermediate billet of (α + β) -titanium alloys, including hot forging of an ingot in a forging press, cooling and subsequent forging at a temperature below the temperature of polymorphic transformation of a titanium alloy (ALEXANDROV V.K. et al. Titanium alloys. Semi-finished products from titanium alloys, M., VILS, 1996, p.184-185, 189).

Недостатком известного способа является его низкая производительность.The disadvantage of this method is its low productivity.

В основу изобретения поставлена задача, путем изменения схемы и режимов деформирования, повысить производительность процесса, не ухудшая качества заготовки.The basis of the invention is the task, by changing the scheme and modes of deformation, to increase the productivity of the process without compromising the quality of the workpiece.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления промежуточной заготовки из (α+β)-титановых сплавов, включающего горячую ковку слитка на ковочном прессе, охлаждение и последующую ковку при температуре ниже температуры полиморфного превращения, новым является то, что горячую ковку слитка осуществляют в четырехбойковом ковочном устройстве путем одновременного обжатия с четырех сторон со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии при температуре, лежащей в интервале от температуры на 120°С ниже температуры полиморфного превращения до температуры на 100°С выше температуры полиморфного превращения, с суммарной степенью деформации не менее 35%, а ковку при температуре ниже температуры полиморфного превращения осуществляют с суммарной степенью деформации не менее 25%.The problem is achieved in that in the method of manufacturing an intermediate billet of (α + β) -titanium alloys, including hot forging of an ingot on a forging press, cooling and subsequent forging at a temperature below the polymorphic transformation temperature, it is new that hot forging of an ingot is carried out in four-sided forging device by simultaneous compression from four sides with shear deformations in the transverse plane of the workpiece with each single compression at a temperature lying in the temperature range ry to 120 ° C lower than the polymorphic transformation temperature to a temperature of 100 ° C higher than the polymorphic transformation temperature, with the total degree of deformation of at least 35%, and forging at a temperature below the polymorphic transformation temperature is carried out with a total degree of deformation of at least 25%.

Поставленная задача достигается также тем, что ковку при температуре ниже температуры полиморфного превращения осуществляют на ковочном прессе в четырехбойковом ковочном устройстве со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии.The problem is also achieved by the fact that forging at a temperature below the polymorphic transformation temperature is carried out on a forging press in a four-sided forging device with shear deformations in the transverse plane of the workpiece with each single compression.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

Слиток нагревают до температуры на 10-100°С выше температуры полного полиморфного превращения. Затем производят ковку слитка на ковочном прессе в четырехбойковом ковочном устройстве (Патент РФ №2242322, кл. В21J 13/02, 2003 г.). Ковку осуществляют путем одновременного обжатия с четырех сторон со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии при температуре, лежащей в интервале от температуры на 120°С ниже температуры полиморфного превращения до температуры на 100°С выше температуры полиморфного превращения, с суммарной степенью деформации не менее 35%. Этим достигается интенсивная деформационная проработка литой структуры металла по всему поперечному сечению слитка и, одновременно, интенсивная вытяжка металла в направлении продольной оси заготовки, что существенно повышает производительность процесса. При такой предварительной деформации слитка происходит рекристаллизация литой структуры путем ее наклепа с последующим прохождением статической рекристаллизации структуры, что создает хотя и однородную, однако довольно крупнозернистую рекристаллизованную структуру, которая изменяется в результате последующей заключительной деформации при температуре ниже температуры полиморфного превращения с суммарной степенью деформации не менее 25%. В начальный период ковки из-за перегрева слитка в β-область, происходит измельчение β-структуры путем повторной рекристаллизации. Для эффективного протекания процессов измельчения β-структуры и формирования (α+β)-структуры без разрушения слитка, необходимо, чтобы ковка на этом этапе проходила при температуре, лежащей в интервале от температуры на 120°С ниже температуры полиморфного превращения до температуры на 100°С выше температуры полиморфного превращения. При этом суммарная степень деформации должна быть не менее 35%. При суммарной степени деформации менее 35% качество конечной структуры металла ухудшается. Верхнее граничное значение температуры ковки слитка обусловлено интенсивным газонасыщением и огрублением структуры, нижнее граничное значение температуры ковки заготовки на первом этапе - возможностью формированием разнозернистой, неоднородной структуры. На втором, заключительном этапе ковки происходит формирование окончательной микроструктуры заготовки при температурах (α+β)-области и суммарной степени деформации не менее 25%, при которой происходит дробление и глобуляризация α-фазы. Суммарная степень деформации менее 25% при ковке на этом этапе не обеспечивает получение требуемой мелкозернистой структуры заготовки. Возможно также ковку при температурах ниже температуры полиморфного превращения осуществлять на ковочном прессе в четырехбойковом ковочном устройстве со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии. За счет этого еще более увеличивается производительность процесса при одновременном достижении высокого качества металла заготовки.The ingot is heated to a temperature of 10-100 ° C above the temperature of the complete polymorphic transformation. Then, the ingot is forged on the forging press in a four-sided forging device (RF Patent No. 2242322, class B21J 13/02, 2003). Forging is carried out by simultaneous compression from four sides with shear deformations in the transverse plane of the workpiece at each single compression at a temperature lying in the range from a temperature of 120 ° C below the polymorphic transformation temperature to a temperature of 100 ° C higher than the polymorphic transformation temperature, with a total degree of deformation not less than 35%. This ensures intensive deformation study of the cast metal structure over the entire cross section of the ingot and, at the same time, intensive drawing of the metal in the direction of the longitudinal axis of the workpiece, which significantly increases the productivity of the process. With such preliminary deformation of the ingot, the cast structure recrystallizes by hardening it, followed by static recrystallization of the structure, which creates a homogeneous, but rather coarse, recrystallized structure, which changes as a result of subsequent final deformation at a temperature below the polymorphic transformation temperature with a total degree of deformation of at least 25% In the initial forging period, due to the overheating of the ingot in the β-region, the β-structure is ground by repeated recrystallization. For the processes of grinding the β-structure and the formation of the (α + β) structure to occur without destroying the ingot, it is necessary that the forging at this stage takes place at a temperature lying in the range from a temperature of 120 ° C below the polymorphic transformation temperature to a temperature of 100 ° With higher temperature polymorphic transformation. In this case, the total degree of deformation should be at least 35%. With a total degree of deformation of less than 35%, the quality of the final metal structure deteriorates. The upper boundary value of the temperature of the forging of the ingot is due to intense gas saturation and coarsening of the structure, the lower boundary value of the temperature of the forging of the workpiece at the first stage is the possibility of the formation of a heterogeneous, heterogeneous structure. At the second, final stage of forging, the final microstructure of the workpiece is formed at temperatures of the (α + β) region and the total degree of deformation of at least 25%, at which the α phase is crushed and globularized. The total degree of deformation of less than 25% during forging at this stage does not provide the required fine-grained structure of the workpiece. It is also possible forging at temperatures below the temperature of the polymorphic transformation to carry out on the forging press in a four-sided forging device with shear deformations in the transverse plane of the workpiece with each single compression. Due to this, the productivity of the process is further increased while achieving high quality metal billet.

Пример реализации способа.An example implementation of the method.

Слиток диаметром 740 мм из титанового сплава Ti6A14V с температурой полиморфного превращения 990°С нагревали до температуры 1070°С (на 80°С выше температуры полиморфного превращения), а затем осуществляли ковку слитка на ковочном прессе усилием 20МН в четырехбойковом ковочном устройстве путем одновременного обжатия с четырех сторон со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии, до получения заготовки диаметром 400 мм. Ковку на этом этапе закончили при температуре 930°С (на 60°С ниже температуры полиморфного превращения), а суммарная степень деформации на этом этапе ковки составляла 39,5%. Затем полученную заготовку диаметром 400 мм охладили до температуры 600°С, а после этого нагрели повторно до температуры 950°С (на 40°С ниже температуры полиморфного превращения) и проковали на том же прессе в четырехбойковом ковочном устройстве со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии с суммарной степенью деформации 35%. Полученная заготовка диаметром 260 мм имела хорошее качество поверхности и правильную геометрическую форму.An ingot with a diameter of 740 mm from a titanium alloy Ti6A14V with a polymorphic transformation temperature of 990 ° С was heated to a temperature of 1070 ° С (80 ° С higher than the polymorphic transformation temperature), and then the ingot was forged on a forging press with a force of 20 MN in a four-face forging device by simultaneous crimping with four sides with shear deformations in the transverse plane of the workpiece with each single compression, to obtain a workpiece with a diameter of 400 mm Forging at this stage was completed at a temperature of 930 ° C (60 ° C below the polymorphic transformation temperature), and the total degree of deformation at this stage of forging was 39.5%. Then, the obtained billet with a diameter of 400 mm was cooled to a temperature of 600 ° C, and then re-heated to a temperature of 950 ° C (40 ° C below the polymorphic transformation temperature) and forged on the same press in a four-side forging device with shear deformations in the transverse plane of the billet with each single compression with a total degree of deformation of 35%. The resulting billet with a diameter of 260 mm had a good surface quality and the correct geometric shape.

Для сравнения, по способу-прототипу проковали такой же слиток на заготовку диаметром 260 мм.For comparison, by the prototype method, the same ingot was forged on a workpiece with a diameter of 260 mm.

Производительности процесса по заявляемому способу, по сравнению со способом-прототипом, увеличилась в 1,38 раза. При этом заявляемый способ, так же как и способ-прототип, позволил получить заготовки с однородной микроструктурой 2-4 типа и одинаковый уровень механических свойств.The performance of the process according to the claimed method, compared with the prototype method, increased 1.38 times. Moreover, the inventive method, as well as the prototype method, made it possible to obtain preforms with a homogeneous microstructure of type 2-4 and the same level of mechanical properties.

Еще одну заготовку диаметром 400 мм, полученную по заявляемому способу из слитка диаметром 740 мм, проковали на молоте с суммарной степенью деформации 35% до диаметра 260 мм. По этой технологии производительность процесса увеличилась в 1,25 раза по сравнению со способом-прототипом, без ухудшения качества металла.Another workpiece with a diameter of 400 mm, obtained by the present method from an ingot with a diameter of 740 mm, was forged on a hammer with a total degree of deformation of 35% to a diameter of 260 mm. According to this technology, the productivity of the process increased by 1.25 times compared with the prototype method, without compromising the quality of the metal.

Таким образом, заявляемый способ изготовления промежуточной заготовки из (α+β)-титановых сплавов позволяет повысить производительность процесса в 1,25-1,38 раза и получать заготовки высокого качества.Thus, the inventive method of manufacturing an intermediate billet of (α + β) -titanium alloys allows to increase the productivity of the process by 1.25-1.38 times and to obtain high-quality billets.

Claims

1. A method of manufacturing an intermediate billet of (α + β) -titanium alloys, including hot forging of the ingot on the forging press, cooling and subsequent forging at a temperature below the polymorphic transformation temperature, characterized in that the hot forging of the ingot is carried out in a four-forging forging device by simultaneous crimping on four sides with shear deformations in the transverse plane of the workpiece with each single compression at a temperature lying in the range from a temperature of 120 ° C below the polymorphic temperature rotation to a temperature of 100 ° C higher than the polymorphic transformation temperature, with the total degree of deformation of at least 35%, and forging at a temperature below the polymorphic transformation temperature is carried out with a total degree of deformation of at least 25%.

2. The method according to claim 1, characterized in that the forging at a temperature below the temperature of the polymorphic transformation is carried out on a forging press in a four-sided forging device with shear deformations in the transverse plane of the workpiece with each single compression.