RU2478130C1 - Beta-titanium alloy and method of its thermomechanical treatment - Google Patents
Beta-titanium alloy and method of its thermomechanical treatment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2478130C1 RU2478130C1 RU2011142727/02A RU2011142727A RU2478130C1 RU 2478130 C1 RU2478130 C1 RU 2478130C1 RU 2011142727/02 A RU2011142727/02 A RU 2011142727/02A RU 2011142727 A RU2011142727 A RU 2011142727A RU 2478130 C1 RU2478130 C1 RU 2478130C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deformation
- beta
- temperature
- phase
- titanium alloy
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к бета-титановым сплавам, а также к способам их термомеханической обработки с улучшением механических свойств материала, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении полуфабрикатов и изделий из легированных титановых сплавов.The invention relates to beta-titanium alloys, as well as to methods for thermomechanical processing with improved mechanical properties of the material, and can be used in mechanical engineering in the manufacture of semi-finished products and products from alloyed titanium alloys.
Высоколегированные бета-сплавы относятся к классу титановых сплавов, в которых бета-фаза стабильна при комнатной температуре и претерпевает превращение лишь при нагреве, в результате чего они значительно упрочняются после закалки и старения [Б.А.Колачев, И.С.Полькин, В.Д.Талалаев, Титановые сплавы разных стран, Справочник. - М.: ВИЛС, 2000, 315 с.]. Известно также, что размер зерна матричной бета-фазы, а также морфология выделений вторичной альфа-фазы оказывают значительное влияние на прочность и пластичность сплава после старения. В частности, было показано, что уменьшение размера зерна бета-фазы до 10 мкм приводит к высоким показателям прочности с удовлетворительной пластичностью. [O.M.Ivasishin, P.E.Markovsky, S.L.Semiatin, C.H.Ward. Aging response of coarse- and fine-grained titanium alloys. // Materials Science Engeneering A Vol.405 (2005), p.296-305 ISSN 0921-5093].Highly alloyed beta alloys belong to the class of titanium alloys in which the beta phase is stable at room temperature and undergoes transformation only when heated, as a result of which they are significantly hardened after quenching and aging [B.A. Kolachev, I.S.Polkin, V .D. Talalaev, Titanium alloys of different countries, Reference. - M .: VILS, 2000, 315 p.]. It is also known that the grain size of the matrix beta phase, as well as the morphology of the secretions of the secondary alpha phase, have a significant effect on the strength and ductility of the alloy after aging. In particular, it was shown that a decrease in the grain size of the beta phase to 10 μm leads to high strength indices with satisfactory ductility. [O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, S. L. Semiatin, C. H. Ward. Aging response of coarse- and fine-grained titanium alloys. // Materials Science Engeneering A Vol. 405 (2005), p. 296-305 ISSN 0921-5093].
Известны способы повышения физико-механических свойств промышленных металлов и сплавов путем создания в них ультрамелкозернистых (УМЗ) структур с использованием методов интенсивной пластической деформации (ИПД), которые позволяют достигать очень больших пластических деформаций при относительно низких температурах (обычно 0,3…0,4 Тпл, К) в условиях высоких приложенных давлений [Р.З.Валиев, И.В.Александров. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура, свойства. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007, 398 с.: ил.]. В качестве методов ИПД активное развитие получили интенсивная пластическая деформация кручением (ИПДК), равноканальное угловое прессование (РКУП), всесторонняя многоступенчатая ковка и их различные модификации. В частности, способ РКУП, реализующий деформацию массивных образцов простым сдвигом, заключается в неоднократном продавливании в специальной оснастке через два канала с одинаковыми поперечными сечениями, пересекающиеся обычно под углом 90° [Патент РФ №2181314, опубл. Б.И. 2002, №16]. Однако в литературе не известен бета-сплав с ультрамелким зерном, т.е. с размером менее 1 мкм. В такой структуре процессы распада бета-фазы при нагреве будут протекать иначе, чем в крупном зерне, что обусловлено зависимостью динамики ее распада от дефектности кристаллической решетки. Более того, наличие ультрамелкого зерна способствует равномерности диффузионного распада бета-фазы, добиться которой в крупном зерне практически невозможно.Known methods for improving the physico-mechanical properties of industrial metals and alloys by creating ultrafine-grained (UFG) structures in them using intensive plastic deformation (IPD) methods that allow very large plastic deformations to be achieved at relatively low temperatures (usually 0.3 ... 0.4 T pl , K) under conditions of high applied pressures [R.Z. Valiev, I.V. Aleksandrov. Bulk nanostructured metallic materials: production, structure, properties. - M.: IKC "Akademkniga", 2007, 398 pp., Ill.]. Intensive plastic deformation by torsion (IPDK), equal-channel angular pressing (ECAP), comprehensive multi-stage forging, and their various modifications have been actively developed as IPD methods. In particular, the ECAP method, which implements the deformation of massive samples by a simple shift, consists in repeatedly punching in special equipment through two channels with the same cross sections, usually intersecting at an angle of 90 ° [RF Patent No. 2181314, publ. B.I. 2002, No. 16]. However, a beta alloy with ultrafine grains is not known in the literature, i.e. with a size of less than 1 micron. In this structure, beta-phase decomposition during heating will occur differently than in coarse grain, which is due to the dependence of its decay dynamics on the defectiveness of the crystal lattice. Moreover, the presence of ultrafine grains contributes to the uniformity of the diffusion decay of the beta phase, which is almost impossible to achieve in large grains.
Известен способ обработки изделий из бета-титановых сплавов, в котором термомеханическую обработку проводят в одиннадцать стадий [Патент РФ №2384647, МПК C22F 1/18, опубл. 20.03.2010]. На первой стадии осуществляют нагрев до температуры выше температуры полиморфного превращения (Тпп): (Тпп+150…Тпп+250)°С, деформацию в четыре этапа с изменением направления на 90° при чередовании осадки и вытяжки со степенью деформации 20…50% на каждом этапе деформации; на второй стадии - нагрев до температуры (Тпп+140…Тпп+230)°С, деформацию в четыре этапа с изменением направления на 90° при чередовании осадки и вытяжки со степенью деформации 25…50% на каждом этапе деформации; на третьей стадии - нагрев до температуры (Тпп-20…Тпп-40)°С, деформацию со степенью (20…60) %; на четвертой стадии - нагрев до температуры (Тпп+60…Тпп+120)°С, деформацию со степенью (20…60) %; на пятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20…Тпп-40)°С, деформацию со степенью (20…60) %; на шестой стадии - нагрев до температуры (Тпп+30…Тпп+90)°С, деформацию со степенью (20…60) %; на седьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20…Тпп-40)°С, деформацию со степенью (20…60) %; на восьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп+30…Тпп+80)°С, деформацию со степенью (20…70) %; на девятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20…Тпп-40)°С, деформацию со степенью (20…50) %, где Тпп - температура полного полиморфного превращения; на десятой стадии производят нагрев до температуры (Тпп-20…Тпп-200)°С, охлаждение на воздухе; на одиннадцатой стадии проводят нагрев до температуры (Тпп-270…Тпп-550)°С, выдержку 5…20 ч. При этом не менее трех деформаций, осуществляемых на стадиях с третьей по девятую, проводят с изменением направления деформации на 90°.A known method of processing products from beta-titanium alloys, in which thermomechanical processing is carried out in eleven stages [RF Patent No. 2384647, IPC C22F 1/18, publ. 03/20/2010]. At the first stage, heating is carried out to a temperature above the polymorphic transformation temperature (T pp ): (T pp + 150 ... T pp +250) ° C, deformation in four stages with a change of direction by 90 ° with alternating precipitation and drawing with a degree of deformation of 20 ... 50% at each stage of deformation; at the second stage - heating to a temperature of (T pp + 140 ... T pp +230) ° C, deformation in four stages with a change in direction by 90 ° with alternating precipitation and drawing with a degree of deformation of 25 ... 50% at each stage of deformation; at the third stage - heating to a temperature (T pp -20 ... T pp -40) ° C, deformation with a degree of (20 ... 60)%; at the fourth stage - heating to a temperature (T pp + 60 ... T pp +120) ° C, deformation with a degree of (20 ... 60)%; at the fifth stage - heating to a temperature (T pp -20 ... T pp -40) ° C, deformation with a degree of (20 ... 60)%; at the sixth stage - heating to a temperature (T pp + 30 ... T pp +90) ° C, deformation with a degree of (20 ... 60)%; at the seventh stage - heating to a temperature of (T pp -20 ... T pp -40) ° C, deformation with a degree of (20 ... 60)%; at the eighth stage, heating to a temperature of (T pp + 30 ... T pp +80) ° C, deformation with a degree of (20 ... 70)%; at the ninth stage, heating to a temperature of (T pp -20 ... T pp -40) ° C, strain with a degree of (20 ... 50)%, where T pp is the temperature of complete polymorphic transformation; at the tenth stage, they are heated to a temperature of (T pp -20 ... T pp -200) ° C, cooling in air; at the eleventh stage, they are heated to a temperature of (T pp -270 ... T pp -550) ° C, holding for 5 ... 20 hours. At the same time, at least three deformations carried out in stages three through nine are carried out with a change in the direction of deformation by 90 ° .
Данный способ позволяет повысить уровень прочностных характеристик обрабатываемого материала, однако, имеет очень высокую трудоемкость, энергоемкость и не позволяет получить требуемые характеристики прочностных и усталостных свойств.This method allows to increase the level of strength characteristics of the processed material, however, it has a very high complexity, energy intensity and does not allow to obtain the required characteristics of strength and fatigue properties.
Существует способ термомеханической обработки бета-титановых сплавов [O.M.Ivasishin, P.E.Markovsky, Yu.V.Matviychuk, S.L.Semiatin, C.H.Ward, S.Fox. A comparative study of the mechanical properties of high-strength titanium alloys. // Journal of Alloys and Compounds, 2007 ISSN: 0925-83 88], включающий в себя операции закалки с температуры Тпп+(60…100)°С, холодной прокатки и/или волочения с последующим скоростным нагревом в область температур, соответствующих протеканию рекристаллизации и последующим резким охлаждением, что позволяет получить структуру со средним размером зерна бета-фазы около 10 мкм, обеспечивающую высокие показатели прочности (около 1500 МПа) в сочетании с удовлетворительными показателями пластичности.There is a method for thermomechanical processing of beta-titanium alloys [OMIvasishin, PEMarkovsky, Yu.V. Matviychuk, SLSemiatin, CHWard, S. Fox. A comparative study of the mechanical properties of high-strength titanium alloys. // Journal of Alloys and Compounds, 2007 ISSN: 0925-83 88], which includes operations of hardening from a temperature T pp + (60 ... 100) ° C, cold rolling and / or drawing, followed by high-speed heating to the temperature range corresponding to recrystallization and subsequent rapid cooling, which allows you to get a structure with an average grain size of the beta phase of about 10 μm, providing high strength (about 1500 MPa) in combination with satisfactory ductility.
Недостаток данного способа заключается в том, что процедура нагрева в область температур, соответствующих протеканию рекристаллизационных процессов, предполагает очень высокую точность измерений и прецизионный контроль всех параметров процедуры, включая скорость нагрева, время выдержки при соответствующей температуре и скорость охлаждения. Совокупность данных параметров характеризуется очень малой допустимой погрешностью в значениях этих параметров, что значительно снижает вероятность получения ожидаемого уровня механических свойств.The disadvantage of this method is that the heating procedure to the temperature range corresponding to the course of recrystallization processes, involves very high measurement accuracy and precision control of all parameters of the procedure, including the heating rate, holding time at the appropriate temperature and cooling rate. The combination of these parameters is characterized by a very small permissible error in the values of these parameters, which significantly reduces the probability of obtaining the expected level of mechanical properties.
Наиболее близким к предложенному является способ термомеханической обработки бета-титановых сплавов, включающий горячую деформацию экструзией при температуре 880°С со степенью деформации 98% с последующей неполной закалкой материала, нагретых на температуру (Тпп-40°…Тпп-60°), и последующим старением при температуре 500°С в течение 1000 мин. [Т.Nishimura, M.Nishigaki, Y.Moriguchi, Characteristics of Beta Titanium alloy Ti-15Mo-5Zr-3Al // R&D. Vol.32, No.1].Closest to the proposed method is a thermomechanical treatment of beta-titanium alloys, including hot deformation by extrusion at a temperature of 880 ° C with a degree of deformation of 98%, followed by incomplete hardening of the material heated to a temperature (T pp -40 ° ... T pp -60 °), and subsequent aging at a temperature of 500 ° C for 1000 minutes [T. Nishimura, M. Nishigaki, Y. Moriguchi, Characteristics of Beta Titanium alloy Ti-15Mo-5Zr-3Al // R&D. Vol.32, No.1].
Бета-титановый сплав, обработанный по данному способу, обладает высокими значениями предела прочности и пластичности, но не дает необходимого уровня предела выносливости. Кроме этого, данный способ характеризуется большой продолжительностью и низкой производительностью.Beta-titanium alloy processed by this method has high values of tensile strength and ductility, but does not provide the necessary level of endurance. In addition, this method is characterized by a long duration and low productivity.
Предложенное изобретение направлено на разработку бета-титанового сплава с ультрамелкозернистой структурой и способа его обработки, обеспечивающего повышенный уровень прочности и предела выносливости материала, превышающие традиционный уровень свойств бета-титановых сплавов.The proposed invention is directed to the development of a beta-titanium alloy with an ultrafine-grained structure and a method for processing it, providing an increased level of strength and endurance of the material, exceeding the traditional level of properties of beta-titanium alloys.
Поставленная задача решается бета-титановым сплавом, характеризующимся ультрамелкозернистой структурой, состоящей из зерен бета-фазы средним размером не более 0.5 мкм, выделений вторичной альфа-фазы сфероидальной формы средним размером не более 0.5 мкм и их объемной долей в структуре не менее 40%.The problem is solved by a beta-titanium alloy, characterized by an ultrafine-grained structure, consisting of beta-phase grains with an average size of not more than 0.5 μm, precipitates of the secondary alpha phase of a spheroidal shape with an average size of not more than 0.5 μm and their volume fraction in the structure of not less than 40%.
Поставленная задача решается также способом термомеханической обработки, включающим интенсивную пластическую деформацию и термическую обработку, в котором, в отличие от прототипа, термическую обработку проводят перед деформацией путем нагрева до температуры выше температуры полиморфного превращения на 5…15°С продолжительностью не менее 1 мин на 1 мм диаметра сечения и закалки в воду, а интенсивную пластическую деформацию осуществляют методом равноканального углового прессования с поворотом направления деформации на 90° после каждого цикла деформирования при температуре (Tпп - 200…Тпп - 150)°С с суммарной накопленной деформацией е≥3.5 с последующей закалкой в воду.The problem is also solved by the method of thermomechanical processing, including intensive plastic deformation and heat treatment, in which, unlike the prototype, heat treatment is carried out before deformation by heating to a temperature higher than the polymorphic transformation temperature by 5 ... 15 ° C for at least 1 min per 1 mm of the diameter of the cross-section and quenching in water, and intense plastic deformation is carried out by the method of equal channel angular pressing with a rotation direction of the deformation by 90 ° after each a deformation cycle at a temperature (T pp - 200 ... T pp - 150) ° C with a total accumulated deformation of e≥3.5, followed by quenching in water.
Указанный в изобретении технический результат достигается следующим образом.The technical result indicated in the invention is achieved as follows.
Закалка с температуры Тпп+(5…15)° позволяет получить однофазную бета-структуру, которая состоит из равноосных зерен бета-фазы с объемно-центрированной кристаллической (ОЦК) - решеткой размером 40…60 мкм. Полученная однофазная бета - структура сплава в заготовке обеспечивает хорошую деформационную способность материала [Е.В.Коллинз. Физическое металловедение титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1988. 224 с.; Титановые сплавы. Металловедение титана и его сплавов. / Под ред. Б.А.Колачева, С.Г.Глазунова. - М.: Металлургия, 1992. - 352 с]. В ходе интенсивной пластической деформации при температуре (Тпп - 250…Тпп - 150)°С протекают процессы фрагментации бета-зерен и внутрифазовой рекристаллизации с образованием новых зерен и субзерен размером не более 0.5 мкм. При этом деформация при температуре ниже указанного интервала приведет к значительному снижению деформационной способности материала за счет подавления термоактивируемых процессов возврата и рекристаллизации. Деформация при температуре выше указанного интервала приведет к неконтролируемому росту зерен и, как следствие, к неоднородному измельчению структуры.Quenching from a temperature T pp + (5 ... 15) ° allows one to obtain a single-phase beta structure, which consists of equiaxed beta-phase grains with a body-centered crystalline (BCC) lattice of 40 ... 60 microns in size. The obtained single-phase beta - structure of the alloy in the workpiece provides a good deformation ability of the material [E.V. Collins. Physical metallurgy of titanium alloys. - M.: Metallurgy, 1988.222 s .; Titanium alloys. Metallurgy of titanium and its alloys. / Ed. B.A. Kolacheva, S.G. Glazunova. - M .: Metallurgy, 1992. - 352 s]. In the course of intense plastic deformation at a temperature of (T pp - 250 ... T pp - 150) ° C, beta-grain fragmentation and intra-phase recrystallization occur with the formation of new grains and subgrains no larger than 0.5 μm in size. In this case, deformation at a temperature below the specified interval will lead to a significant decrease in the deformation ability of the material due to the suppression of thermally activated processes of return and recrystallization. Deformation at temperatures above the specified interval will lead to uncontrolled grain growth and, as a result, to heterogeneous refinement of the structure.
Средний размер бета-зерен определяется с помощью просвечивающего электронного микроскопа стандартным методом: средний диаметр рассчитывается, исходя из половины суммы значений длинной и короткой сторон зерна. Значительное измельчение бета-фазы сопровождается однородным выделением дисперсной вторичной альфа-фазы средним размером не более 0.5 мкм преимущественно сфероидальной формы (соотношение длинной и короткой сторон частицы не более 2) на границах/субграницах и дефектах структуры. Однородность распределения вторичной фазы оценивалась путем определения количества частиц на нескольких произвольных прямых секущих на любом из двух поперечных сечений, при этом фаза должна занимать более 50% изображения. Преимущественно сфероидальная форма частиц альфа-фазы обусловлена конкурирующими процессами их выделения, растворения и коагуляции в ходе повторного воздействия интенсивной деформации в пересекающихся каналах при повышенной температуре. В повышение прочности сплава значительный вклад вносят механизм зернограничного упрочнения за счет уменьшения размера бета-зерен в соответствии известным соотношением Холла-Петча для предела текучести и механизм дисперсионного упрочнения, связанного с выделением вторичной альфа-фазы [Кокс Ю.В. Физика прочности и пластичности. Пер. с англ., сборник. - М.: Металлургия, 1972. 304 с.]. Достаточная пластичность УМЗ сплава обеспечивается формированием относительно равновесных границ зерен бета-фазы в результате процессов возврата, протекающих при повышенных температурах деформации, а также сфероидальной формой вторичной альфа-фазы, способствующей снижению концентрации напряжений на межфазных границах в ходе деформации растяжением.The average size of beta grains is determined using a transmission electron microscope by the standard method: the average diameter is calculated based on half the sum of the values of the long and short sides of the grain. Significant grinding of the beta phase is accompanied by a uniform release of the dispersed secondary alpha phase with an average size of not more than 0.5 μm, mainly of a spheroidal shape (the ratio of the long and short sides of the particle is not more than 2) at the boundaries / subboundaries and structural defects. The homogeneity of the distribution of the secondary phase was estimated by determining the number of particles in several arbitrary straight secants on any of two cross sections, and the phase should occupy more than 50% of the image. The predominantly spheroidal shape of the alpha-phase particles is due to competing processes of their isolation, dissolution and coagulation during repeated exposure to intense deformation in intersecting channels at elevated temperatures. The mechanism of grain-boundary hardening by reducing the size of beta grains in accordance with the well-known Hall-Petch relation for yield strength and the mechanism of dispersion hardening associated with the release of the secondary alpha phase make a significant contribution to the increase in the strength of the alloy [Yu.V. Koks Physics of strength and ductility. Per. from English., collection. - M.: Metallurgy, 1972. 304 p.]. Sufficient ductility of the UFG alloy is ensured by the formation of relatively equilibrium grain boundaries of the beta phase as a result of recovery processes occurring at elevated deformation temperatures, as well as by the spheroidal shape of the secondary alpha phase, which helps to reduce the stress concentration at the interphase boundaries during tensile deformation.
Зависимость предела выносливости от размера зерна часто описывают формулой, аналогичной зависимости Холла-Петча для предела текучести. При этом в большинстве случаев при уменьшении размера зерна до ультрамелкого диапазона (менее 1 мкм) усталостные свойства металлических материалов повышаются [A.Vinogradov, S.Hashimoto, Multiscale phenomena in fatigue of ultra-fine grain materials - an overview. // Materials Transactions. 2001. V.42(1). pp.74-84]. Однако формирование в металлах и сплавах ультрамелкозернистой структуры не всегда приводит к увеличению усталостной долговечности, что может быть связано с их ограниченной пластичностью, которая зависит не только от размеров зерен, но и от таких особенностей структуры, как состояние границ, морфология и распределение вторичных фаз [Semenova I.P., Yakushina Е.В., Nurgaleeva V.V., Valiev R.Z. Nanostructuring of Ti-alloys by SPD processing to achieve superior fatigue properties. // International Joint Materials Research (formerly Z. Metallk.), Vol.100(2009), 12. P.1691-1696].The dependence of the fatigue limit on the grain size is often described by a formula similar to the Hall-Petch dependence for the yield strength. Moreover, in most cases, when the grain size is reduced to an ultrafine range (less than 1 μm), the fatigue properties of metallic materials increase [A.Vinogradov, S.Hashimoto, Multiscale phenomena in fatigue of ultra-fine grain materials - an overview. // Materials Transactions. 2001. V. 42 (1). pp. 74-84]. However, the formation of ultrafine-grained structures in metals and alloys does not always lead to an increase in fatigue life, which may be due to their limited ductility, which depends not only on grain sizes, but also on such structural features as the state of boundaries, morphology and distribution of secondary phases [ Semenova IP, Yakushina E.V., Nurgaleeva VV, Valiev RZ Nanostructuring of Ti-alloys by SPD processing to achieve superior fatigue properties. // International Joint Materials Research (formerly Z. Metallk.), Vol. 100 (2009), 12. P.1691-1696].
Использование предложенного способа обработки бета-титанового сплава позволило сформировать ультрамелкозернистую структуру, характеризующуюся размером зерен бета-фазы менее 0.5 мкм, имеющих преимущественно равноосную форму, с равномерно распределенными выделениями альфа-фазы сфероидальной формы размером менее 0.5 мкм с объемной долей примерно 45%. Формирование такого типа УМЗ структуры позволило обеспечить не только высокую прочность, но и повышенную пластичность, и, как следствие, повышенный уровень усталостной долговечности.Using the proposed method for processing a beta-titanium alloy, it was possible to form an ultrafine-grained structure characterized by a beta phase grain size of less than 0.5 μm, having a predominantly equiaxial shape, with uniformly distributed spheroidal alpha-phase precipitates of a size of less than 0.5 μm with a volume fraction of about 45%. The formation of this type of UFG structure made it possible to ensure not only high strength, but also increased ductility, and, as a result, an increased level of fatigue life.
Таким образом, сочетание термической обработки и интенсивной пластической деформации методом равноканального углового прессования с поворотом на 90° в указанных режимах позволяет получить высокие показатели прочности (σв>1500 МПа) и выносливости (σ-1>700 МПа) за счет формирования ультрамелких зерен в бета-фазной матрице, выделения дисперсной вторичной альфа-фазы, обеспечивающих в совокупности действие зернограничного и дисперсионного механизмов упрочнения.Thus, the combination of heat treatment and intense plastic deformation by the method of equal channel angular pressing with a rotation of 90 ° in the indicated modes allows one to obtain high strengths (σ in > 1500 MPa) and endurance (σ -1 > 700 MPa) due to the formation of ultrafine grains in beta-phase matrix, the allocation of dispersed secondary alpha-phase, which together provide the effect of grain-boundary and dispersion hardening mechanisms.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Заготовку из бета-титанового сплава подвергают нагреву на температуру Тпп+(5…15)° продолжительностью не менее 1 мин на 1 мм сечения, закаливают в воду, после чего структура материала представляет собой однофазную бета-матрицу. Полученная структура с ОЦК решеткой обладает большей пластичностью и деформируемостью по сравнению с гексагональной плотноупакованной структурой альфа-титана, поэтому в данном состоянии материал может накопить большую степень деформации. Далее заготовки подвергают интенсивной пластической деформации методом равноканального углового прессования при температуре (Тпп-250…Тпп-150)°C с поворотом направления деформации на 90° после каждого цикла деформации. Количество циклов определяется достижением суммарной накопленной деформации, равной e≥3.5. Далее осуществляют резкое охлаждение заготовки в воде при комнатной температуре, в результате чего фиксируется состояние, достигнутое за счет применения интенсивной пластической деформации. После данной обработки в заготовках без изменения их исходных размеров формируется ультрамелкозернистая структура, которая состоит преимущественно из бета-зерен средним размером не более 0.5 мкм и равномерно распределенной в УМ3-матрице вторичной альфа-фазы средним размером не более 0.5 мкм, имеющей преимущественно сфероидальную форму и объемную долю в микроструктуре не менее 40%, что обеспечивает комплекс свойств: высокие прочностные и усталостные характеристики при сохранении пластичности. После окончания обработки проводят контроль механических свойств на растяжение при комнатной температуре и контроль микроструктуры.A blank of a beta-titanium alloy is subjected to heating at a temperature T pp + (5 ... 15) ° of at least 1 min per 1 mm section, quenched in water, after which the material structure is a single-phase beta matrix. The resulting structure with a bcc lattice has greater ductility and deformability compared with the hexagonal close-packed alpha-titanium structure, therefore, in this state, the material can accumulate a large degree of deformation. Next, the workpieces are subjected to intense plastic deformation by equal channel angular pressing at a temperature of (T pp -250 ... T pp -150) ° C with a rotation direction of the deformation of 90 ° after each cycle of deformation. The number of cycles is determined by the achievement of the total accumulated strain equal to e≥3.5. Then, the workpiece is rapidly cooled in water at room temperature, as a result of which the state achieved through the use of intense plastic deformation is fixed. After this treatment, an ultrafine-grained structure is formed in the preforms without changing their initial dimensions, which consists mainly of beta grains with an average size of no more than 0.5 μm and uniformly distributed in the UM3 matrix of the secondary alpha phase with an average size of no more than 0.5 μm, which has a predominantly spheroidal shape and the volume fraction in the microstructure is at least 40%, which provides a set of properties: high strength and fatigue characteristics while maintaining ductility. After processing, control the mechanical properties of tensile at room temperature and control the microstructure.
Пример конкретного примененияCase Study
Брали пруток из псевдо-бета-титанового сплава Ti-15Mo-5Zr-3Al диаметром 20 мм и длиной 100 мм. Температура полиморфного превращения сплава Ti-15Mo-5Zr-3Al составляла 785°С. Пруток закаливали в воду с температуры 800°С (нагрев осуществляли в течение 20 мин). После этого пруток подвергали интенсивной пластической деформации по описанному выше способу. Температура деформации и заготовки составляла 600°С. Число последовательных проходов n=5, в результате была достигнута суммарная накопленная деформация, равная e=3.5.We took a rod of pseudo-beta-titanium alloy Ti-15Mo-5Zr-3Al with a diameter of 20 mm and a length of 100 mm. The polymorphic transformation temperature of the Ti-15Mo-5Zr-3Al alloy was 785 ° C. The bar was quenched in water from a temperature of 800 ° C (heating was carried out for 20 min). After that, the bar was subjected to intense plastic deformation according to the method described above. The temperature of the deformation and the workpiece was 600 ° C. The number of consecutive passes is n = 5; as a result, the total accumulated strain equal to e = 3.5 was achieved.
После этого выполнялся контроль однородности микроструктуры по сечению заготовки. В результате обработки в заготовках сформировалась ультрамелкозернистая структура, которая характеризовалась преимущественно бета-зернами размером в диапазоне 0,3…0,5 мкм и равномерно распределенными выделениями вторичной альфа-фазы размером в интервале 0,1…0,5 мкм, с объемной долей альфа и бета-фаз примерно 45 и 55%, соответственно. Контроль механических свойств на растяжение при комнатной температуре показал значения, приведенные в таблице. Для сравнения в таблице приведены механические свойства сплава Ti-15Mo-5Zr-ЗА1 после термомеханической обработки в соответствии с прототипом [Т. Nishimura, M.Nishigaki, Y.Moriguchi, Characteristics of Beta Titanium alloy Ti-15Mo-5Zr-3Al. // R&D. Vol.32, No.1].After that, the uniformity of the microstructure was checked over the cross section of the workpiece. As a result of processing, an ultrafine-grained structure was formed in the preforms, which was characterized mainly by beta grains with a size in the range of 0.3 ... 0.5 μm and uniformly distributed precipitates of the secondary alpha phase with a size in the range of 0.1 ... 0.5 μm, with a volume fraction of alpha and beta phases of about 45 and 55%, respectively. The control of tensile mechanical properties at room temperature showed the values given in the table. For comparison, the table shows the mechanical properties of the alloy Ti-15Mo-5Zr-ZA1 after thermomechanical processing in accordance with the prototype [T. Nishimura, M. Nishigaki, Y. Moriguchi, Characteristics of Beta Titanium alloy Ti-15Mo-5Zr-3Al. // R&D. Vol.32, No.1].
Данные, приведенные в таблице, показывают, что в результате обработки по предлагаемому способу достигаются более высокие показатели предела выносливости по сравнению с обработкой в соответствии с прототипом, при обеспечении удовлетворительного уровня пластичности.The data shown in the table show that as a result of processing by the proposed method, higher endurance limit values are achieved compared to processing in accordance with the prototype, while ensuring a satisfactory level of ductility.
Таким образом, предложенный способ термомеханической обработки бета-титановых сплавов позволяет существенно повысить уровень и однородность прочностных и усталостных характеристик обрабатываемого материала при сохранении пластичности.Thus, the proposed method for thermomechanical processing of beta-titanium alloys can significantly increase the level and uniformity of strength and fatigue characteristics of the processed material while maintaining ductility.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011142727/02A RU2478130C1 (en) | 2011-10-21 | 2011-10-21 | Beta-titanium alloy and method of its thermomechanical treatment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011142727/02A RU2478130C1 (en) | 2011-10-21 | 2011-10-21 | Beta-titanium alloy and method of its thermomechanical treatment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2478130C1 true RU2478130C1 (en) | 2013-03-27 |
Family
ID=49151438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011142727/02A RU2478130C1 (en) | 2011-10-21 | 2011-10-21 | Beta-titanium alloy and method of its thermomechanical treatment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2478130C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2661304C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-07-13 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method of estimating energy capacity of titanium alloy |
| RU2661445C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-07-16 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method for estimating the energy intensity of a titanium alloy |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073761A (en) * | 2001-08-28 | 2003-03-12 | Daido Steel Co Ltd | beta-TYPE TITANIUM ALLOY FOR LIVING BODY |
| RU2285737C1 (en) * | 2005-04-29 | 2006-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of thermo-mechanical treatment of titanium blanks |
| RU2303642C2 (en) * | 2002-03-01 | 2007-07-27 | Снекма Моторс | Thin piece of beta-titanium or quasi-beta-titanium alloy and a method of manufacturing such thin piece using forging technique |
| RU2321674C2 (en) * | 2002-12-26 | 2008-04-10 | Дженерал Электрик Компани | Method for producing homogenous fine-grain titanium material (variants) |
| US7837812B2 (en) * | 2004-05-21 | 2010-11-23 | Ati Properties, Inc. | Metastable beta-titanium alloys and methods of processing the same by direct aging |
-
2011
- 2011-10-21 RU RU2011142727/02A patent/RU2478130C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073761A (en) * | 2001-08-28 | 2003-03-12 | Daido Steel Co Ltd | beta-TYPE TITANIUM ALLOY FOR LIVING BODY |
| RU2303642C2 (en) * | 2002-03-01 | 2007-07-27 | Снекма Моторс | Thin piece of beta-titanium or quasi-beta-titanium alloy and a method of manufacturing such thin piece using forging technique |
| RU2321674C2 (en) * | 2002-12-26 | 2008-04-10 | Дженерал Электрик Компани | Method for producing homogenous fine-grain titanium material (variants) |
| US7837812B2 (en) * | 2004-05-21 | 2010-11-23 | Ati Properties, Inc. | Metastable beta-titanium alloys and methods of processing the same by direct aging |
| RU2285737C1 (en) * | 2005-04-29 | 2006-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of thermo-mechanical treatment of titanium blanks |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2661304C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-07-13 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method of estimating energy capacity of titanium alloy |
| RU2661445C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-07-16 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method for estimating the energy intensity of a titanium alloy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10053758B2 (en) | Production of high strength titanium | |
| Xia et al. | Microstructure, texture and mechanical properties of coarse-grained Mg–Gd–Y–Nd–Zr alloy processed by multidirectional forging | |
| DK2971200T3 (en) | THERMOMECHANICAL TREATMENT OF ALPHA-BETA TITANIUM ALLOYS | |
| KR101758956B1 (en) | Processing of alpha/beta titanium alloys | |
| JP4964586B2 (en) | High strength Al-Zn alloy and method for producing such an alloy product | |
| EP2049696B1 (en) | High strength, heat treatable al-zn-mg aluminum alloy | |
| JP5419098B2 (en) | Nanocrystal-containing titanium alloy and method for producing the same | |
| US9297059B2 (en) | Method for the manufacture of wrought articles of near-beta titanium alloys | |
| WO2014007359A1 (en) | α+β TYPE Ti ALLOY AND PROCESS FOR PRODUCING SAME | |
| WO2008060637A2 (en) | Methods of beta processing titanium alloys | |
| CN107130197B (en) | A kind of deformation heat treatment method of Ultra-fine Grained AZ80 magnesium alloys | |
| CN113302327A (en) | 7xxx series aluminum alloy products | |
| RU2478130C1 (en) | Beta-titanium alloy and method of its thermomechanical treatment | |
| US5964967A (en) | Method of treatment of metal matrix composites | |
| RU2739926C1 (en) | Ultra-fine aluminum alloys for high-strength articles made under superplasticity conditions, and a method of producing articles | |
| RU2756077C1 (en) | Method for producing titanium alloy round rods (options) | |
| WO2022203535A1 (en) | Material for the manufacture of high-strength fasteners and method for producing same | |
| RU2604075C1 (en) | Method of producing nanostructured rods of round section from titanium alloy vt22 | |
| RU2793901C1 (en) | Method for obtaining material for high-strength fasteners | |
| RU2793901C9 (en) | Method for obtaining material for high-strength fasteners | |
| RU2439195C1 (en) | Processing method of large-sized workpieces from titanium alloys | |
| Avtokratova et al. | Effect of cold/warm rolling following warm ECAP on superplastic properties of an Al 5.8% Mg-0.32% Sc alloy | |
| Totten et al. | Heat treatment practices of age-hardenable aluminum alloys | |
| CN114393160B (en) | Preparation method of aluminum alloy extrusion material | |
| RU2469122C1 (en) | Method of thermomechanical treatment of workpieces from two-phase titanium alloys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191022 |