RU2569441C1 - Способ изготовления деталей из титановых сплавов - Google Patents

Способ изготовления деталей из титановых сплавов Download PDF

Info

Publication number
RU2569441C1
RU2569441C1 RU2014127577/02A RU2014127577A RU2569441C1 RU 2569441 C1 RU2569441 C1 RU 2569441C1 RU 2014127577/02 A RU2014127577/02 A RU 2014127577/02A RU 2014127577 A RU2014127577 A RU 2014127577A RU 2569441 C1 RU2569441 C1 RU 2569441C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
strength
titanium
compressor blades
titanium alloys
Prior art date
Application number
RU2014127577/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Иванович Маслов
Артемий Владимирович Молоканов
Виктор Викторович Улесов
Яков Алексеевич Соболев
Сергей Владимирович Шалыга
Владимир Владимирович Першин
Александр Владимирович Шишурин
Original Assignee
Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения") filed Critical Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения")
Priority to RU2014127577/02A priority Critical patent/RU2569441C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2569441C1 publication Critical patent/RU2569441C1/ru

Links

Landscapes

  • Forging (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано при изготовлении сверхпластической формовки изделий сложной формы, в частности лопаток компрессора. Изготавливают лопатки компрессора из высокопрочного титанового сплава ВТ6 на основе эвтектоидной системы легирования. Производят горячую деформацию газовой формовкой с использованием эффекта сверхпластичности при температуре от 870°C до 1000°C и скорости деформации 10-4 с-1. Проводят термическую обработку готовых лопаток компрессора при температуре от 870 до 950°C с продолжительностью выдержки при гомогенизации и старении от 450 до 600°C. Изобретение обеспечивает оптимизацию технологического процесса при улучшении механических свойств лопаток, а именно прочности, жаропрочности, вязкости разрушения.

Description

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам получения деталей или изделий с регламентируемой структурой, и может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической формовки изделий сложной формы.
Задача получения определенного распределения структуры материала по объему изделия (например, однородного) решается обычно на основании большого практического опыта и результатов специально проводимых экспериментов. Одним из успешно применяемых путей стабильного получения заданной структуры материала в изделиях массового производства является использование эффекта сверхпластичности.
Титановые сплавы, обладающие высокой удельной конструкционной прочностью и коррозионной стойкостью, используются для изготовления широкой номенклатуры изделий, а технологический процесс, основанный на сочетании сверхпластической формовки с диффузионной сваркой (СПФ/ДС) позволяет существенно расширить область применения новый титановых сплавов.
Сравнительно невысокий модуль упругости титана и его сплавов в некоторых случаях может рассматриваться как преимущество, поскольку позволяет, например, снизить величину напряжений, возникающих при знакопеременных нагрузках, а также величину термических напряжений при нагреве (охлаждении) изделий, полиморфизм титана, хорошая растворимость в нем многих элементов, образование химических соединений с переменной растворимостью - все это позволяет получить на основе титана большое количество сплавов с разнообразной структурой и свойствами.
Известны результаты исследований сверхпластичности титановых сплавов различного состава [Кайбышев О.А. Сверхпластичность промышленных сплавов М.: Металлургия, 1984; Сверхпластическая формовка конструкционных сплавов под ред. Н. Пейтона и Г. Гамильтона, пер. с англ. - М.: Металлургия, 1985], эти данные подтверждают, что СПД (сверхпластическая деформация) в титановых сплавах наблюдается в (α+β)-области. Показано, что в двухфазном состоянии обеспечиваются условия стабильности ультрамелкозернистой структуры сплавов.
Вместе с тем высокая чувствительность титановых сплавов к типу и параметрам структуры позволяет на одном сплаве получать различные сочетания прочностных, пластических и служебных свойств. Поставка титановых сплавов со строго регламентированной структурой, обеспечивающей повышенный уровень того свойства, которое является определяющим в данном конкретном применении, может быть весьма полезна. Поэтому установление связей конкретных механических свойств (кратковременные свойства, сопротивление усталости и ползучести, характеристики жаропрочности и т.п.) с типом и параметрами структуры является актуальным и практически важным.
Для недеформированного титанового сплава при нагреве до температур (α+β)-области характерна пластинчатая структура: крупное β-зерно, окаймленное по границам прослойкой α-фазы; внутризеренные объемы расчленены α-пластинами, организованные в α-колонии, соседние α-пластины разделены прослойками β-фазы, относительная толщина которых определяется фазовым составом и существенно зависит от температуры нагрева.
При обработке в температурном интервале (α+β)-области α- и β-фазы сосуществуют в соизмеримых количествах и подвергаются деформации одновременно, в результате чего β-зерна и α-пластины изгибаются, стремятся вытянуться вдоль направления течения металла, образуя волокнистую структуру.
Степень изменения формы внутризеренных α-пластин и приграничных прослоек α-фазы определяется их исходной ориентацией по отношению к направлению течения металла. Наибольшее формоизменение происходит с пластинами, расположенными перпендикулярно этому направлению - они сминаются в «гармошку». При значительной степени (α+β)-деформации (более 60%) приграничные α-прослойки, по положению которых можно судить о форме исходных деформированных β-зерен при металлографическом исследовании, становятся неотличимыми от деформированных внутризеренных α-пластин.
Скорость деформации для обеспечения состояния структуры сверхпластичности должна быть, с одной стороны, достаточно малой, чтобы успевали в полном объеме протекать диффузионные процессы, участвующие в деформации, с другой стороны, достаточно высокой, чтобы в условиях повышенных температур не допустить значительного роста зерен. Поэтому оптимальный интервал скоростей деформации, соответствующий структурной сверхпластичности, зависит от исходного размера зерна и для металлов с ультрамелкозернистой структурой (Lcp=1…10 мкм) он находится в пределах 10-3…10-5 с-1.
Известны способы изготовления лопаток компрессора из титановых эвтектоидных сплавов (ВТ3-1, ВТ6, ВТ22 и др.) методом СПФ/ДС (А.с. СССР №1577378, C22F 1/04, 1988, А.с. СССР №1759583, B23K 20/14, 1990, патент Великобритании №1301987, 1978, патент США №4582244, 1985, патент США №3927817, 1975.
Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по European Patent №0568201, 1993 г., которое было принято авторами за ближайший аналог.
Недостатком данного способа является то, что при использовании титановых заготовок из сплава Ti-6Al-4V (аналог ВТ6) применяемая технология изготовления лопаток компрессора не позволяет добиться необходимой прочности готовых изделий (ударная вязкость, предел выносливости, длительная прочность, появление неоднородности и т.д.). Это связано с тем, что при повышении температуры сопротивление деформации титановых сплавов существенно снижается и увеличивается пластичность. Однако при использовании обычной горячей деформации вследствие ее неравномерности и неоднородности в сплавах образуются так называемые зоны интенсивного течения, приводящие к резко выраженной макро- и микроструктурной неоднородности.
Целью настоящего изобретения является улучшение механических свойств лопаток компрессора из титанового сплава ВТ6 (прочность и пластичность, усталостная прочность, жаропрочность, вязкость разрушения и др.) за счет значительного сокращения микроструктурной неоднородности фазового превращения сплава ВТ6.
Способ осуществляют следующим образом.
Для изготовления лопаток компрессора по разработанной ранее технологии изготавливают слитки из партии высокопрочного титанового сплава ВТ6 на основе эвтектоидной системы легирования. Далее проводят горячую сверхпластическую деформацию (газовая формовка на основе эффекта сверхпластичности титановых сплавов) при температуре от 870 до 1000°C и скорости деформации 10-4 с-1. Затем проводят термическую обработку готовых лопаток компрессора из титанового сплава ВТ6 по экспериментальным режимам. С целью оптимизации параметров температура варьировалась от 870 до 950°C и продолжительность выдержки как при гомогенизации, так и при старении от 450 до 600°C.
Таким образом, сверхпластичность может быть реализована при различных температурных режимах: в процессе монотонно изменяющейся температуры, проходящей через интервал прямого (при нагреве) или обратного (при охлаждении) превращения; при термоциклировании в пределах температурной амплитуды, включающей интервал температур превращения; при фиксированной температуре вблизи температурного интервала превращения, т.е. температура деформируемого материала, так же как и его структура, претерпевает значительные изменения, при деформации в режиме сверхпластичности, связанной с фазовым превращением.
Проведенное металлографическое исследование микроструктуры сплава показало, что микроструктура мелкая (порядка 2…6 мкм), равноосная, с первичными зернами интерметаллической фазы. Таким образом показано, что существует возможность эффективного управления посредством термической обработки микроструктуры сплава, за счет относительного содержания морфологии вторичных интерметаллических выделений β-фазы твердого раствора, тем самым улучшая механические свойства готовых лопаток компрессора (ударная вязкость, предел выносливости, жаропрочность и т.д.).

Claims (1)

  1. Способ изготовления лопаток компрессора из титанового сплава ВТ6 методом сверхпластической деформации, включающий газовую формовку деталей лопатки при температуре от 870 до 1000°C и скоростях деформации 10-4c-1 и термическую обработку готовых лопаток при температуре от 870°C до 950°C с выдержкой при гомогенизации и старении от 450 до 600°C.
RU2014127577/02A 2014-07-08 2014-07-08 Способ изготовления деталей из титановых сплавов RU2569441C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014127577/02A RU2569441C1 (ru) 2014-07-08 2014-07-08 Способ изготовления деталей из титановых сплавов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014127577/02A RU2569441C1 (ru) 2014-07-08 2014-07-08 Способ изготовления деталей из титановых сплавов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2569441C1 true RU2569441C1 (ru) 2015-11-27

Family

ID=54753482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014127577/02A RU2569441C1 (ru) 2014-07-08 2014-07-08 Способ изготовления деталей из титановых сплавов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2569441C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2629138C1 (ru) * 2016-03-03 2017-08-24 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Способ изготовления лопаток компрессора из титанового сплава вт6
RU2635595C1 (ru) * 2016-09-23 2017-11-14 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВОГО ПСЕВДО -β - СПЛАВА С ЛИГАТУРОЙ Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe
RU2648810C2 (ru) * 2016-06-16 2018-03-28 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Способ изготовления деталей из титановых сплавов
RU2660461C1 (ru) * 2017-04-25 2018-07-06 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ ПСЕВДО - α - СПЛАВОВ

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3927817A (en) * 1974-10-03 1975-12-23 Rockwell International Corp Method for making metallic sandwich structures
SU1756073A1 (ru) * 1990-06-25 1992-08-23 Институт проблем сверхпластичности металлов АН СССР Способ изготовлени многослойных панелей
EP0568201B1 (en) * 1992-05-01 1996-07-24 ROLLS-ROYCE plc A method of manufacturing an article by superplastic forming and diffusion bonding
RU2103132C1 (ru) * 1995-11-24 1998-01-27 Игорь Михайлович Терентьев Способ изготовления двухслойной конструкции с внутренними полостями
RU2170636C2 (ru) * 1999-06-28 2001-07-20 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН Способ изготовления многослойной ячеистой конструкции

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3927817A (en) * 1974-10-03 1975-12-23 Rockwell International Corp Method for making metallic sandwich structures
SU1756073A1 (ru) * 1990-06-25 1992-08-23 Институт проблем сверхпластичности металлов АН СССР Способ изготовлени многослойных панелей
EP0568201B1 (en) * 1992-05-01 1996-07-24 ROLLS-ROYCE plc A method of manufacturing an article by superplastic forming and diffusion bonding
RU2103132C1 (ru) * 1995-11-24 1998-01-27 Игорь Михайлович Терентьев Способ изготовления двухслойной конструкции с внутренними полостями
RU2170636C2 (ru) * 1999-06-28 2001-07-20 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН Способ изготовления многослойной ячеистой конструкции

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2629138C1 (ru) * 2016-03-03 2017-08-24 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Способ изготовления лопаток компрессора из титанового сплава вт6
RU2648810C2 (ru) * 2016-06-16 2018-03-28 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Способ изготовления деталей из титановых сплавов
RU2635595C1 (ru) * 2016-09-23 2017-11-14 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВОГО ПСЕВДО -β - СПЛАВА С ЛИГАТУРОЙ Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe
RU2660461C1 (ru) * 2017-04-25 2018-07-06 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ ПСЕВДО - α - СПЛАВОВ

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Microstructure control and mechanical properties from isothermal forging and heat treatment of Ti–22Al–25Nb (at.%) orthorhombic alloy
Cotton et al. State of the art in beta titanium alloys for airframe applications
Bambach et al. Hot workability and microstructure evolution of the nickel-based superalloy Inconel 718 produced by laser metal deposition
JP5850859B2 (ja) 高強度チタンの生産
EP3068917B1 (en) Methods for processing metal alloys
JP6104164B2 (ja) 高強度および延性アルファ/ベータチタン合金
KR101920514B1 (ko) 니켈계 합금의 열-기계적 가공
CA2723526C (en) High-strength ni-based alloy tube for nuclear power use and method for manufacturing the same
Luo et al. The deformation behavior and processing maps in the isothermal compression of 7A09 aluminum alloy
RU2569441C1 (ru) Способ изготовления деталей из титановых сплавов
WO2019097663A1 (ja) Ni基鍛造合金材およびそれを用いたタービン高温部材
CN110373620B (zh) 一种改善高γ′相体积分数镍基沉淀强化型高温合金热加工性能的方法
Tsai Improved mechanical properties of Ti–6Al–4V alloy by electron beam welding process plus annealing treatments and its microstructural evolution
JP2018095941A (ja) 耐熱Ti合金及びその製造方法
Jing et al. Effect of the annealing temperature on the microstructural evolution and mechanical properties of TiZrAlV alloy
Balasundar et al. Hot working and geometric dynamic recrystallisation behaviour of a near-α titanium alloy with acicular microstructure
ES2948640T3 (es) Aleaciones de titanio resistentes a la fluencia
JP6696202B2 (ja) α+β型チタン合金部材およびその製造方法
EP3452625A1 (en) Method for manufacturing ti alloys with enhanced strength-ductility balance
Nashrudin et al. Fabrication of step functionally graded NiTi by laser heating
JP6575756B2 (ja) 析出強化型ステンレス鋼の製造方法
Zong et al. Strengthening versus softening mechanisms by hydrogen addition in β-Ti40 alloy
RU2613003C1 (ru) Способ изготовления деталей из титановых сплавов
Shahmir et al. Control of superelastic behavior of NiTi wires aided by thermomechanical treatment with reference to three-point bending
CN109207892B (zh) 一种变形双相钛合金的组织控制工艺