RU2583551C2 - Method of production of ultrafine-grained titanium work pieces - Google Patents
Method of production of ultrafine-grained titanium work pieces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583551C2 RU2583551C2 RU2014119678/02A RU2014119678A RU2583551C2 RU 2583551 C2 RU2583551 C2 RU 2583551C2 RU 2014119678/02 A RU2014119678/02 A RU 2014119678/02A RU 2014119678 A RU2014119678 A RU 2014119678A RU 2583551 C2 RU2583551 C2 RU 2583551C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deformation
- temperature
- ultrafine
- plastic deformation
- production
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение может быть использовано в машиностроении, медицине при изготовлении изделий, в том числе имплантатов, методами горячей объемной штамповки, сопровождающейся изменением физико-механических свойств титана.The invention can be used in mechanical engineering, medicine in the manufacture of products, including implants, by hot die forging, accompanied by a change in the physical and mechanical properties of titanium.
Известны способы обработки титановых сплавов с целью повышения их прочностных характеристик и улучшения физико-механических свойств («Титановые сплавы в машиностроении» под ред. Копырина Г.И., Ленинград: Машиностроение, 1977, 248 с.).Known methods of processing titanium alloys in order to increase their strength characteristics and improve physical and mechanical properties ("Titanium alloys in mechanical engineering" under the editorship of GI Kopyrin, Leningrad: Mechanical Engineering, 1977, 248 S.).
Известны также способы обработки титановых сплавов для медицины с целью повышения их свойств, в частности для получения ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры, обеспечивающей улучшение физико-механических характеристик. Эти способы могут сочетать в себе интенсивную пластическую деформацию (ИПД) и термомеханическую обработку (ТМО) («Объемные наноструктурные металлические материалы», Москва: Академкнига, 2007, 397 с.).There are also known methods of processing titanium alloys for medicine in order to improve their properties, in particular to obtain ultrafine-grained (UFG) structure, which provides improved physical and mechanical characteristics. These methods can combine intensive plastic deformation (IPD) and thermomechanical processing (TMT) (“Volumetric nanostructured metallic materials”, Moscow: Akademkniga, 2007, 397 pp.).
Известен способ получения УМЗ структуры технически чистого титана путем многократной всесторонней ковки плоскими бойками при температурах 400-700°C. («Формирование субмикрокристаллической структуры в титановых сплавах интенсивной пластической деформацией». Жеребцов С.В., Галеев P.M., Малышев С.П., Салищев Г.В., Мышляев М.М. Кузнечно-штамповочное производство, №7, 1999, с. 17-22).A known method of obtaining the UFG structure of technically pure titanium by repeated comprehensive forging by flat strikers at temperatures of 400-700 ° C. (“Formation of a submicrocrystalline structure in titanium alloys by intense plastic deformation.” Zherebtsov SV, Galeev PM, Malyshev SP, Salishchev GV, Myshlyaev MM Forging and stamping, No. 7, 1999, p. . 17-22).
Известен способ комбинированной ИПД заготовок, включающей деформацию кручением в винтовом канале, затем равноканальное угловое прессование (РКУП) (патент РФ №2175685, МПК C22F 1/18, B21J 5/00, опубл. 10.11.01].There is a method of combined SPD blanks, including torsion deformation in a helical channel, then equal-channel angular pressing (ECAP) (RF patent No. 2175685, IPC C22F 1/18, B21J 5/00, publ. 10.11.01].
Как видно из обзора, все известные способы получения УМЗ структуры титана включают поэтапное проведение технологических операций, значительно разделенных во времени, и последующее изготовление изделий из заготовок.As can be seen from the review, all known methods for obtaining the UFG titanium structure include the phased implementation of technological operations, significantly separated in time, and the subsequent manufacture of products from blanks.
Наиболее близким к предложенному способу получения титановых заготовок с УМЗ структурой является способ, включающий ИПД заготовки в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 500-250°C и термомеханическую обработку, включающую отжиг и деформацию, которые проводятся перед ИПД, достигая при этом накопленной логарифмической степени деформации не менее 4,5, причем отжиг осуществляют при температуре не выше температуры полиморфного превращения минус 200°C (патент РФ №2285737, МПК C22F 1/18, B21J 5/00, опубл. 20.10.2006). Данный способ позволяет повысить прочностные характеристики и получить УМЗ структуру с равномерным распределением по сечению заготовки.Closest to the proposed method for producing titanium billets with UFG structure is a method that includes SPD of the workpiece in intersecting vertical and horizontal channels at a temperature of 500-250 ° C and thermomechanical processing, including annealing and deformation, which are carried out before the SPD, while achieving the accumulated logarithmic degree deformation of not less than 4.5, and annealing is carried out at a temperature not higher than the temperature of the polymorphic transformation minus 200 ° C (RF patent No. 2285737, IPC C22F 1/18, B21J 5/00, publ. 20.10.2006). This method allows to increase the strength characteristics and to obtain a UFG structure with a uniform distribution over the cross section of the workpiece.
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость процесса получения заготовок с УМЗ структурой, связанная с необходимостью проведения значительного числа проходов, и невысокий коэффициент использования материала.The disadvantage of this method is the high complexity of the process of obtaining billets with UFG structure, associated with the need for a significant number of passes, and a low utilization of the material.
Задачей изобретения является получение титановых заготовок (полуфабрикатов) с УМЗ структурой с высокими физико-механическими свойствами в условиях промышленного производства с обеспечением высоких технико-экономических показателей.The objective of the invention is to obtain titanium billets (semi-finished products) with UFG structure with high physical and mechanical properties in industrial production with high technical and economic indicators.
Поставленная задача достигается способом получения УМЗ титановых заготовок, включающим интенсивную пластическую деформацию с предварительной термомеханической обработкой, в котором в отличие от прототипа термомеханическую обработку проводят при температуре полиморфного превращения минус 100-200°C, достигая при этом накопленной логарифмической степени деформации не менее 0,5, далее проводят интенсивную пластическую деформацию путем формообразования заготовки в каналах, например, в ручьях штампа, не менее чем в два этапа со ступенчатым понижением температуры до 350°C, достигая при этом накопленной логарифмической степени деформации от 0,4 до 2, распределенной по длине в зависимости от сечения.The problem is achieved by the method of obtaining UFG of titanium billets, including intensive plastic deformation with preliminary thermomechanical treatment, in which, unlike the prototype, thermomechanical processing is carried out at a polymorphic transformation temperature of minus 100-200 ° C, while achieving an accumulated logarithmic degree of deformation of at least 0.5 , then they carry out intensive plastic deformation by shaping the workpiece in the channels, for example, in the streams of the stamp, in at least two stages with a step transpose temperature to 350 ° C, while achieving a logarithmic cumulative degree of deformation of from 0.4 to 2, distributed along the length depending on the section.
Проведение термомеханической обработки до формообразования позволяет предварительно измельчить структуру и тем самым обеспечить условия для образования однородной УМЗ структуры.Carrying out thermomechanical processing before shaping allows you to pre-grind the structure and thereby provide conditions for the formation of a homogeneous UFG structure.
Формирование в заготовке требуемой УМЗ структуры, непосредственно в процессе технологического перехода, является весьма перспективным для снижения стоимости материала и трудоемкости процесса, а также позволяет увеличить коэффициент полезного использования металла.The formation in the workpiece of the required UMP structure directly in the process of technological transition is very promising for reducing the cost of the material and the complexity of the process, and also allows you to increase the efficiency of the metal.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Заготовку из титанового сплава в виде прутка нагревают до температуры полиморфного превращения минус 100-200°C. После этого проводят термомеханическую обработку равномерным растяжением заготовки, достигая при этом накопленной логарифмической степени деформации не менее 0,5. Подготовленную таким образом заготовку загибают до требуемых размеров и укладывают в ручей штампа, который предварительно нагревают до 200°C. Далее производят формообразование заготовки в ручьях штампа, не менее чем в два этапа со ступенчатым понижением температуры до 350°C, достигая при этом накопленной логарифмической степени деформаций от 0,4 до 2, распределенной по длине в зависимости от сечения. Данный температурный режим обеспечивает наилучшее сочетание механических свойств. Именно при температуре 550-400°C происходит интенсивное образование УМЗ структуры титана (Салищев Г.А. «Металлы» №4, 1996 г., стр. 86). Далее охлаждение до комнатной температуры.A bar made of a titanium alloy is heated to a polymorphic transformation temperature of minus 100-200 ° C. After that, thermomechanical treatment is carried out by uniform stretching of the workpiece, while achieving an accumulated logarithmic degree of deformation of at least 0.5. Thus prepared, the workpiece is bent to the required size and placed in the stream of the stamp, which is preheated to 200 ° C. Next, the workpiece is shaped in creep streams, in at least two stages with a stepwise decrease in temperature to 350 ° C, while achieving an accumulated logarithmic degree of deformation from 0.4 to 2, distributed along the length depending on the cross section. This temperature regime provides the best combination of mechanical properties. It is at a temperature of 550-400 ° C that the UFG of the titanium structure is intensively formed (Salishchev GA “Metals” No. 4, 1996, p. 86). Further cooling to room temperature.
Пример конкретного выполненияConcrete example
Пруток, например, для получения заготовки бранша кольцеватого хирургического зажимного инструмента из сплава ВТ-1, диаметром 13 мм, длиной 200 мм устанавливали в устройство для электронагрева и производили нагрев до температуры 730°C. Температуру контролировали пирометром М780. Термомеханическую обработку производили равномерным растяжением заготовки до диаметра 10 мм. При этом логарифмическая степень деформации равнялась 0,53. После загиба до требуемых размеров заготовку укладывали в ручей штампа, который предварительно нагревали до 200°C. До начала операции формообразования в штампе температура заготовки не должна была снижаться ниже 700-710°C. Далее производили формообразование в три этапа таким образом, чтобы температура снижалась ступенчато, например, 700-550-350°C. Температура контролировалась после каждого удара в штампе. В виду того, что сечение бранша зажима по длине неравномерное, логарифмическая степень деформации равнялась 1,6 - в рабочей, 0,4 - в замковой и 1,9 - в кольцеватой частях бранша соответственно. С целью повышения коэффициента трения заготовки об ручьи штампа после тарировочных переходов, которые проводились для определения цвета заготовки на данный материал по пирометру, ручьи штампа оставались незачищенными.A bar, for example, to obtain a jaw piece of an annular surgical clamping instrument made of VT-1 alloy, 13 mm in diameter, 200 mm long, was installed in an electric heating device and heated to a temperature of 730 ° C. The temperature was monitored by an M780 pyrometer. Thermomechanical processing was carried out by uniform stretching of the workpiece to a diameter of 10 mm. In this case, the logarithmic degree of deformation was 0.53. After bending to the required dimensions, the workpiece was placed in a stream of a stamp, which was previously heated to 200 ° C. Before the start of the shaping operation in the stamp, the temperature of the workpiece should not have dropped below 700-710 ° C. Next, shaping was carried out in three stages so that the temperature decreased stepwise, for example, 700-550-350 ° C. The temperature was monitored after each stroke in the stamp. Since the clamp jaw cross section is not uniform in length, the logarithmic degree of deformation was 1.6 in the working, 0.4 in the castle and 1.9 in the annular parts of the jaw, respectively. In order to increase the coefficient of friction of the workpiece on the die streams after calibration transitions, which were carried out to determine the color of the workpiece for this material by the pyrometer, the die streams remained uncleaned.
Проведенные металлографические исследования показали измельчение зерна структуры. Величина зерна структуры на срезе заготовки после формообразования составляла 200-250 нм. Пластичность заготовки контролировалась возможностью раскрытия коробки замка зажима при сборке, а прочностные характеристики - упругостью бранш зажима. Там, где логарифмическая степень деформации ниже (коробчатая часть), пластичность оказалась выше, которая необходима при сборке зажима.Metallographic studies have shown grain refinement of the structure. The grain size of the structure at the slice of the preform after shaping was 200-250 nm. The plasticity of the workpiece was controlled by the possibility of opening the clamp lock box during assembly, and the strength characteristics by the elasticity of the clamp branch. Where the logarithmic degree of deformation is lower (the box part), the ductility is higher, which is necessary when assembling the clamp.
Таким образом, предлагаемый способ промышленного производства заготовок из титановых сплавов обеспечивает получение требуемой УМЗ структуры, позволяющей повысить механические свойства заготовок и улучшить обрабатываемость материала.Thus, the proposed method for the industrial production of billets from titanium alloys provides the required UMP structure, which allows to increase the mechanical properties of the billets and improve the workability of the material.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014119678/02A RU2583551C2 (en) | 2014-05-16 | 2014-05-16 | Method of production of ultrafine-grained titanium work pieces |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014119678/02A RU2583551C2 (en) | 2014-05-16 | 2014-05-16 | Method of production of ultrafine-grained titanium work pieces |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014119678A RU2014119678A (en) | 2015-11-27 |
RU2583551C2 true RU2583551C2 (en) | 2016-05-10 |
Family
ID=54753267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014119678/02A RU2583551C2 (en) | 2014-05-16 | 2014-05-16 | Method of production of ultrafine-grained titanium work pieces |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2583551C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3686041A (en) * | 1971-02-17 | 1972-08-22 | Gen Electric | Method of producing titanium alloys having an ultrafine grain size and product produced thereby |
US5328530A (en) * | 1993-06-07 | 1994-07-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Hot forging of coarse grain alloys |
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 |
RU2382686C2 (en) * | 2008-02-12 | 2010-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of punching of blanks from nanostructured titanium alloys |
RU2388566C2 (en) * | 2008-07-22 | 2010-05-10 | Учреждение Российской академии наук Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение РАН (ИФПМ СО РАН) | Method to produce titanium alloys with sub microcrystalline strain structure allowing intensive plastic strain |
RU2393936C1 (en) * | 2009-03-25 | 2010-07-10 | Владимир Алексеевич Шундалов | Method of producing ultra-fine-grain billets from metals and alloys |
-
2014
- 2014-05-16 RU RU2014119678/02A patent/RU2583551C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3686041A (en) * | 1971-02-17 | 1972-08-22 | Gen Electric | Method of producing titanium alloys having an ultrafine grain size and product produced thereby |
US5328530A (en) * | 1993-06-07 | 1994-07-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Hot forging of coarse grain alloys |
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 |
RU2382686C2 (en) * | 2008-02-12 | 2010-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of punching of blanks from nanostructured titanium alloys |
RU2388566C2 (en) * | 2008-07-22 | 2010-05-10 | Учреждение Российской академии наук Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение РАН (ИФПМ СО РАН) | Method to produce titanium alloys with sub microcrystalline strain structure allowing intensive plastic strain |
RU2393936C1 (en) * | 2009-03-25 | 2010-07-10 | Владимир Алексеевич Шундалов | Method of producing ultra-fine-grain billets from metals and alloys |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014119678A (en) | 2015-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2638139C2 (en) | Forging in the open stamp with separate passages of difficult for forging and sensitive to the trajectory of deformation of alloys based on titanium and based on nickel | |
CN105026587B (en) | Thermomechanical processing alpha-beta titanium alloy | |
RU2364660C1 (en) | Method of manufacturing ufg sections from titanium alloys | |
RU2017127275A (en) | TITANIUM ALLOY | |
RU2013116806A (en) | TECHNOLOGICAL ROUTES FOR TITANIUM AND TITANIUM ALLOYS | |
RU2013108814A (en) | EDITING BY DRAWING IN THE HOT STATE OF HIGH-STRENGTH TITANIUM ALLOY PROCESSED FOR ALPHA / BETA PHASE | |
CN109482796B (en) | Beta forging and heat treatment method of TC4 titanium alloy disc forging | |
MX2017005153A (en) | Ultra high strength 6xxx forged aluminium alloys. | |
JP2017094392A (en) | METHOD FOR PRODUCING PREFORM FROM α+γ TITANIUM ALUMINIDE ALLOY FOR PRODUCING COMPONENT WITH HIGH LOAD-BEARING CAPACITY FOR PISTON ENGINES AND GAS TURBINES | |
CN101480689A (en) | Near-isothermal forging method of two-phase titanium alloy disk-type forgeable piece | |
RU2017122087A (en) | THERMOMECHANICAL TREATMENT OF NICKEL-TITANIUM ALLOYS | |
JP2015525299A5 (en) | ||
RU2382686C2 (en) | Method of punching of blanks from nanostructured titanium alloys | |
RU2583551C2 (en) | Method of production of ultrafine-grained titanium work pieces | |
RU2560474C2 (en) | Method of continuous equal channel angular pressing of metal blanks in form of rod | |
RU2761398C1 (en) | Method for processing rods made of ortho-titanium alloys for producing blades of a gas turbine engine compressor | |
RU2468114C1 (en) | Method to produce superplastic sheet from aluminium alloy of aluminium-lithium-magnesium system | |
US20120328472A1 (en) | Forging of glassy aluminum-based alloys | |
RU2468882C1 (en) | METHOD OF MAKING INTERMEDIATE BLANKS FROM (α+β)-TITANIUM ALLOYS | |
RU2641207C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING BLANK OF Ti49,3Ni50,7 NANOSTRUCTURED ALLOY WITH SHAPE MEMORY EFFECT | |
RU2486275C1 (en) | Method to produce ultra-fine grain blank of gte blade of titanium alloys | |
RU2175685C1 (en) | Method of production of ultra-fine-grained titanium blanks | |
RU2255136C1 (en) | Method of plastic working of the high-temperature resistant alloys bars used for production of gas-turbine engine compressor blades | |
RU2229952C1 (en) | Method for forming blanks of titanium alloys | |
RU2604075C1 (en) | Method of producing nanostructured rods of round section from titanium alloy vt22 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160517 |