RU2562186C1 - Способ получения деформируемой заготовки из титанового сплава - Google Patents
Способ получения деформируемой заготовки из титанового сплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2562186C1 RU2562186C1 RU2014115267/02A RU2014115267A RU2562186C1 RU 2562186 C1 RU2562186 C1 RU 2562186C1 RU 2014115267/02 A RU2014115267/02 A RU 2014115267/02A RU 2014115267 A RU2014115267 A RU 2014115267A RU 2562186 C1 RU2562186 C1 RU 2562186C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deformation
- temperature
- carried out
- speed
- preform
- Prior art date
Links
Landscapes
- Forging (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении заготовок из двухфазных титановых сплавов, применяемых, в частности, в авиационной промышленности. Исходную заготовку нагревают до температуры ниже температуры полного полиморфного превращения. Осуществляют деформацию нагретой заготовки в нагретом штампе в два этапа с переменной скоростью. На первом этапе деформацию осуществляют со скоростью, не превышающей скорость, обеспечивающую разогрев заготовки до температуры ниже полного полиморфного превращения. На втором этапе деформацию осуществляют со скоростью, обеспечивающей формирование рекристаллизованной структуры с размером β-зерна 5-9 мкм. В результате обеспечивается получение деформированной заготовки с однородной структурой и высокой циклической прочностью и снижение времени технологического цикла изготовления. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения штамповок из двухфазных титановых сплавов, и может найти применение в авиационной промышленности и машиностроении.
Изделия из высокопрочных титановых сплавов являются высоконагруженными и должны обеспечивать при высоких прочностных характеристиках высокие значения вязкости разрушения и трещиностойкости. Такое сочетание свойств возможно при формировании в штамповках β-рекристаллизованной структуры.
Подобная структура в штамповках формируется при деформации при температурах выше температуры полного полиморфного превращения (Тп.п.). Однако в штамповках, полученных по этой технологии, формируется крупное рекристаллизованное зерно. Для деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок, необходимо формирование структуры с размером зерна менее 10 мкм, что позволит получать высокие значения циклической прочности.
Известен способ обработки титановых сплавов с целью снижения роста трещин в (α+β) титановом сплаве, содержащем значительное количество β-фазы и более 3% молибдена, включающий следующие операции:
- ковка выше температуры β превращения (Тп.п.) со степенью деформации, достаточной для последующей рекристаллизации;
- охлаждение материала ниже температуры β превращения (Тп.п.) со скоростью 11-55°C/мин;
- упрочняющая термообработка, включающая закалку с температуры на 27-82°C ниже Тп.п. и старение (патент США №4543132, опубл. 24.09.1985). Приведенный процесс позволяет уменьшить размер рекристаллизованного β-зерна за счет высокой скорости охлаждения из β-области, проводить обработку за один нагрев и снизить трудоемкость изготовления заготовок.
Однако технологический процесс имеет существенные недостатки: связанная с большим градиентом температур заготовка-штамп, неравномерность деформации, образование зон затрудненной деформации, длительный нагрев при температурах β-области и повышенное газонасыщение поверхностных слоев металла. Это требует увеличения припуска на механическую обработку и сопровождается снижением коэффициента использования металла. Кроме того, высокая скорость деформации при ковке также сопровождается образованием зон интенсивного течения металла и неравномерностью структуры, что приводит к снижению механических свойств и их стабильности в изделиях.
Известен способ получения деформированных заготовок с рекристаллизованной структурой с максимальным размером β-зерна менее 0,5 мм (Патент США №5026520, опубл. 25.06.1991).
Способ включает:
- нагрев заготовки от температуры Тп.п до Тп.п +45°C;
- деформацию на прессе в штампах, нагретых до температуры, близкой к температуре заготовки (изотермическая штамповка) с промежуточной выдержкой 4-10 мин;
- изотермическую выдержку при температуре, близкой к температуре нагрева штампа и заготовки в течение времени, достаточного для прохождения полной первичной рекристаллизации, но недостаточного для дальнейшего роста зерна;
- закалку (ускоренное охлаждение) заготовки после удаления из пресса до температуры ниже температуры полного полиморфного превращения для предотвращения дальнейшего роста зерна и получения микроструктуры с размером β-зерна менее 0,5 мм (500 мкм).
Способ позволяет избежать длительного отжига после деформации при температуре выше полного полиморфного превращения для получения рекристаллизованной структуры за счет проведения изотермической выдержки от 4 до 10 минут непосредственно после деформации, что позволяет получать размер зерна менее 0,5 мм и снизить толщину газонасыщенного слоя штамповки.
Недостатками способа является нагрев исходной заготовки в β-области (выше Тп.п.), что сопровождается значительным ростом исходного зерна и не позволяет получать мелкозернистую структуру в штамповке. Кроме того, недостатком рассмотренного способа является необходимость механической обработки для удаления газонасыщенного поверхностного слоя, образующегося при нагреве и изотермической выдержке в β-области, что приводит к снижению коэффициента использования металла.
Другим недостатком способа является и высокая трудоемкость, связанная с необходимостью проведения длительной промежуточной выдержки (4-10 минут) в процессе деформации. При этом суммарное время выдержек может составлять 10-20 минут.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения штамповок с рекристаллизованной структурой с размером зерна 10-30 мкм, взятый в качестве прототипа (патент RU 2246556 C1, опубл. 20.02.2005).
Способ включает нагрев заготовки до Тп.п - (10-30)°C, деформацию в два этапа с переменной скоростью в штампах, нагретых до температуры выше Тп.п. на 10-30°C. При этом на первом этапе деформация проводится со скоростью, достаточной для разогрева заготовки до температуры штампа (т.е. выше Тп.п. на 10-30°C), а на втором этапе со скоростью 10-2-10-4 с-1 и степенью деформации 10-30% и изотермической выдержкой в штампе в течение 0,5-1,5 минут. Охлаждение заготовки проводят ускоренно (закалка).
Технология по способу, известному из прототипа, позволяет получать штамповки с однородной рекристаллизованной структурой и высоким КИМ.
Недостатком способа, известного из прототипа, является то, что при использовании предложенного способа не может быть получена рекристаллизованная структура с размером β-зерна менее 10 мкм.
Также недостатком способа, известного из прототипа, является увеличение времени технологического цикла с использованием дорогостоящего оборудования за счет изотермической выдержки в штампе, а также необходимость использования специального оборудования для ускоренного охлаждения (закалки) заготовок после деформации.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа получения деформированных заготовок из титановых сплавов, с мелкозернистой структурой.
Техническим результатом предлагаемого способа является формирование в деформированной заготовке однородной рекристаллизованной структуры с размером β-зерна 5-9 мкм и высокой циклической прочностью в термически упрочненном состоянии. Другим техническим результатом предлагаемого способа является снижение времени технологического цикла изготовления деформированной заготовки.
Для достижения поставленного технического результата предложен способ получения деформированной заготовки из титанового сплава, включающий нагрев заготовки ниже температуры полного полиморфного превращения, ее деформацию в нагретом штампе в два этапа с переменной скоростью и термическую обработку заготовки, причем деформацию в нагретом штампе проводят на первом этапе со скоростью, не превышающей скорость, обеспечивающей разогрев заготовки до температуры ниже полного полиморфного превращения, а на втором этапе деформацию проводят со скоростью, обеспечивающей формирование рекристаллизованной структуры с размером β-зерна 5-9 мкм.
Предпочтительно нагрев исходной заготовки проводить на 25-35°C ниже температуры полного полиморфного превращения. Предпочтительно на первом этапе деформацию проводить со скоростью не ниже 7х10-2 с-1 , но не превышающей скорость, обеспечивающую разогрев заготовки до температуры полного полиморфного превращения минус 30°C и степенью деформации не менее 80%.
Предпочтительно на втором этапе деформацию проводить со скоростью 10-3-10-4 с-1 и степенью деформации 7-9%.
Предпочтительно нагрев штампов проводить на 25-35°C ниже температуры полного полиморфного превращения исходной титановой заготовки.
Возможно охлаждение заготовки проводить непосредственно после деформации с нерегламентированной скоростью.
Возможно для получения в изделиях высокой прочности проводить термическую обработку деформированной заготовки.
Предлагаемый способ позволяет снизить время технологического цикла по сравнению со способом-прототипом за счет исключения изотермической выдержки в штампе.
Охлаждение заготовки непосредственно после деформации с нерегламентированной скоростью позволяет отказаться от использования специального оборудования для закалки за счет нерегламентированной скорости охлаждения после деформации.
Примеры осуществления
Для примеров осуществления способов изготовления деформированной заготовки из титановых сплавов выбран высокопрочный титановый сплав ВТ22 с температурой полного полиморфного превращения (Тп.п.), равной 870°C, из которого изготовлена деформированная заготовка типа «диск» диаметром 250 мм. В качестве исходной заготовки использовали деформированный пруток диаметром 100 мм с размером β-зерна 80 мкм.
В известном уровне технического решения (способ-прототип) способ осуществлялся по следующей технологии в соответствии с таблицей 1, пример 3.
Нагрев заготовки проводили до температуры 840°C (Тп.п. - 30°C). Деформацию проводили за два этапа в штампах, нагретых до температуры 900°C (Тп.п. титановой заготовки +30°C). На первом этапе деформацию проводили со скоростью 10-1 с-1 и степенью деформации 40%. На втором этапе деформацию проводили со скоростью 10-3 с-1 и степенью деформации 20%.
После окончания деформации штамповку подвергали выдержке под нагрузкой 80 МПа при температуре нагрева штампов (900°C) в течение 1,5 мин.
Охлаждение заготовки проводили закалкой до температуры 810°C со скоростью 50°C/мин обдувкой штамповки системой конвекции воздуха (вентиляторами).
В способе, осуществленном по известному уровню технического решения, получены следующие технические результаты.
Общее время технологического процесса составило 3,5 мин.
В образцах, вырезанных из различных зон штамповки, размер β-зерна составил 20 мкм.
Механические свойства образцов, изготовленных после термической обработки штамповки, составили σв=1220 МПа, N циклов при σв=550 МПа составило 14700 (таблица 2).
Согласно предлагаемому изобретению примеры осуществления проводились по режимам, приведенным в таблице 1 пп.1-2.
Пример 1 (таблица 1 п.1).
Нагрев заготовки проводили до температуры 830°C (Тп.п. - 40°C). Деформацию проводили за два этапа в штампах, нагретых до температуры 845°C (Тп.п. титановой заготовки - 25°C). На первом этапе деформацию проводили со скоростью 5·10-2 с-1 и степенью деформации 70%. На втором этапе деформацию проводили со скоростью 10-4 с-1 и степенью деформации 7%. Охлаждение заготовки проводили с нерегламентированной скоростью на спокойном воздухе.
Получены следующие технические результаты.
Для примера 1 общее время технологического процесса составило 1,0 мин.
В образцах, вырезанных из различных зон штамповки, размер β-зерна составил 8 мкм.
Механические свойства образцов, изготовленных после термической обработки штамповки, σв=1220 МПа, N циклов при σв=550 МПа составило 21800 (таблица 2).
Пример 2 (таблица 1 п.2).
Нагрев заготовки проводили до температуры 850°C (Тп.п. - 20°C). Деформацию проводили за два этапа в штампах, нагретых до температуры 840°C (Тп.п. титановой заготовки -30°C). На первом этапе деформацию проводили со скоростью 7·10-2 с-1 и степенью деформации 80%. На втором этапе деформацию проводили со скоростью 10-3 с-1 и степенью деформации 9%. Охлаждение заготовки проводили с нерегламентированной скоростью на спокойном воздухе.
Получены следующие технические результаты.
Для примера 2 общее время технологического процесса составило 1,0 мин.
В образцах, вырезанных из различных зон штамповки, размер β-зерна составил 9 мкм.
Механические свойства образцов, изготовленных после термической обработки штамповки, σв=1220 МПа, N циклов при σв=550 МПа составило 20900 (таблица 2).
Как видно из приведенных данных, предлагаемое техническое решение по сравнению с известным техническим решением позволяет снизить общее время технологического процесса 2-3,5 раза (с 3,5 до 1,0-1,5 мин), уменьшить размер β-зерна с 20 до 5-9 мкм и в термически обработанном состоянии увеличить количество циклов до разрушения образца при знакопеременной нагрузке σв=550 МПа (N) с 14700 до 20900-21800 циклов.
Claims (6)
1. Способ получения деформированной заготовки из титанового сплава, включающий нагрев исходной заготовки до температуры ниже температуры полного полиморфного превращения, осуществление ее деформации в нагретом штампе в два этапа с переменной скоростью и термическую обработку заготовки, отличающийся тем, что деформацию заготовки в нагретом штампе на первом этапе осуществляют со скоростью, не превышающей скорость, обеспечивающую разогрев заготовки до температуры ниже полного полиморфного превращения, а на втором этапе деформацию осуществляют со скоростью, обеспечивающей формирование рекристаллизованной структуры с размером β-зерна 5-9 мкм.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев исходной заготовки осуществляют до температуры на 25-35°C ниже температуры полного полиморфного превращения.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на первом этапе деформацию заготовки осуществляют со скоростью, которая не ниже 7×10-2 с-1 и не превышает скорость, обеспечивающую разогрев заготовки до температуры полного полиморфного превращения минус 30°C, и со степенью деформации не менее 80%.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на втором этапе деформацию заготовки осуществляют со скоростью 10-3-10-4 с-1 и со степенью деформации 7-9%.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деформацию заготовки осуществляют в штампе, нагретом до температуры на 25-35°C ниже температуры полного полиморфного превращения исходной заготовки.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при термической обработке заготовки осуществляют ее охлаждение, которое проводят с нерегламентированной скоростью непосредственно после деформации заготовки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014115267/02A RU2562186C1 (ru) | 2014-04-17 | 2014-04-17 | Способ получения деформируемой заготовки из титанового сплава |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014115267/02A RU2562186C1 (ru) | 2014-04-17 | 2014-04-17 | Способ получения деформируемой заготовки из титанового сплава |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2562186C1 true RU2562186C1 (ru) | 2015-09-10 |
Family
ID=54073550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014115267/02A RU2562186C1 (ru) | 2014-04-17 | 2014-04-17 | Способ получения деформируемой заготовки из титанового сплава |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2562186C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707006C1 (ru) * | 2019-07-22 | 2019-11-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ штамповки заготовок с ультрамелкозернистой структурой из двухфазных титановых сплавов |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1623826A1 (ru) * | 1988-08-25 | 1991-01-30 | Институт проблем сверхпластичности металлов АН СССР | Способ получени изделий из титановых сплавов |
| US5026520A (en) * | 1989-10-23 | 1991-06-25 | Cooper Industries, Inc. | Fine grain titanium forgings and a method for their production |
| RU2246556C1 (ru) * | 2004-01-22 | 2005-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения деформированной заготовки из титанового сплава и изделие, полученное из нее |
| RU2382686C2 (ru) * | 2008-02-12 | 2010-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ штамповки заготовок из наноструктурных титановых сплавов |
-
2014
- 2014-04-17 RU RU2014115267/02A patent/RU2562186C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1623826A1 (ru) * | 1988-08-25 | 1991-01-30 | Институт проблем сверхпластичности металлов АН СССР | Способ получени изделий из титановых сплавов |
| US5026520A (en) * | 1989-10-23 | 1991-06-25 | Cooper Industries, Inc. | Fine grain titanium forgings and a method for their production |
| RU2246556C1 (ru) * | 2004-01-22 | 2005-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения деформированной заготовки из титанового сплава и изделие, полученное из нее |
| RU2382686C2 (ru) * | 2008-02-12 | 2010-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ штамповки заготовок из наноструктурных титановых сплавов |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707006C1 (ru) * | 2019-07-22 | 2019-11-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ штамповки заготовок с ультрамелкозернистой структурой из двухфазных титановых сплавов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109482796B (zh) | 一种TC4钛合金盘锻件的β锻及热处理方法 | |
| JP6200985B2 (ja) | α＋γチタンアルミナイド合金から、往復ピストンエンジン及びガスタービン、特に航空エンジン用の高耐応力特性の部品を製造する方法 | |
| EP2659993B1 (en) | Closed-die forging method and method of manufacturing forged article | |
| JP2016517471A5 (ru) | ||
| US5032189A (en) | Method for refining the microstructure of beta processed ingot metallurgy titanium alloy articles | |
| CN105189794A (zh) | Ni基合金制品及其制造方法和Ni基合金构件及其制造方法 | |
| KR20130138169A (ko) | 알파/베타 티타늄 합금의 가공 | |
| ATE463588T1 (de) | Produkte aus hochfester aluminiumlegierung und herstellungsverfahren dafür | |
| US10815558B2 (en) | Method for preparing rods from titanium-based alloys | |
| CN111438317A (zh) | 一种具有高强高韧近β型钛合金锻件锻造成形的制备方法 | |
| JP2010280002A (ja) | γチタン−アルミニウム−母合金から鍛造片を製造する方法 | |
| CN105970129B (zh) | 一种消除2a12铝合金锻件各向异性的低应力制造工艺 | |
| US10060000B2 (en) | Method of hot forming hybrid parts | |
| RU2562186C1 (ru) | Способ получения деформируемой заготовки из титанового сплава | |
| RU2382686C2 (ru) | Способ штамповки заготовок из наноструктурных титановых сплавов | |
| US9435017B2 (en) | Manufacturing method of titanium alloy with high-strength and high-formability and its titanium alloy | |
| CN117123708A (zh) | 一种TC21钛合金薄腹板模锻件β晶粒的控制方法 | |
| CN109013995B (zh) | 一种钛合金锻件近等温精密锻造方法 | |
| KR20120017896A (ko) | 균일조직을 가지는 니켈기지 초내열합금 형상링의 제조방법 | |
| RU2246556C1 (ru) | Способ получения деформированной заготовки из титанового сплава и изделие, полученное из нее | |
| RU2371512C1 (ru) | Способ получения изделия из жаропрочного никелевого сплава | |
| RU2534909C1 (ru) | СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ ОБЪЕМНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ Al-Cu-Mg-Ag СПЛАВОВ | |
| RU2661524C1 (ru) | Способ получения изделий из жаропрочных никелевых сплавов | |
| RU2606685C1 (ru) | Способ термомеханической обработки литых (γ+α2)- интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана γ-TiAl | |
| RU2229952C1 (ru) | Способ штамповки заготовок из титановых сплавов |