RU2595079C1 - METHOD OF HIGH-TEMPERATURE THERMOMECHANICAL PROCESSING OF SEMIS FROM (α+β) TITANIUM ALLOYS - Google Patents
METHOD OF HIGH-TEMPERATURE THERMOMECHANICAL PROCESSING OF SEMIS FROM (α+β) TITANIUM ALLOYS Download PDFInfo
- Publication number
- RU2595079C1 RU2595079C1 RU2015128763/02A RU2015128763A RU2595079C1 RU 2595079 C1 RU2595079 C1 RU 2595079C1 RU 2015128763/02 A RU2015128763/02 A RU 2015128763/02A RU 2015128763 A RU2015128763 A RU 2015128763A RU 2595079 C1 RU2595079 C1 RU 2595079C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- deformation
- degree
- carried out
- semis
- Prior art date
Links
Landscapes
- Forging (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу высокотемпературной термомеханической обработки полуфабрикатов из (α+β)-титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении и авиационной технике.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to a method for high-temperature thermomechanical processing of semi-finished products from (α + β) -titanium alloys, and can be used in mechanical engineering and aircraft.
Как известно, термомеханические параметры обработки давлением титановых сплавов, наряду с легированием, являются главными для обеспечения требуемого уровня механических свойств и эксплуатационных характеристик, их стабильности и анизотропии, гарантией отсутствия преждевременного разрушения.As is known, the thermomechanical parameters of titanium alloy pressure treatment, along with alloying, are essential to ensure the required level of mechanical properties and performance, their stability and anisotropy, and guarantee the absence of premature failure.
Известен способ высокотемпературной термомеханической обработки, заключающийся в нагреве до температуры на 50-100°C ниже температуры полиморфного превращения, деформации на 50%, охлаждении в воде и последующим старением в течение 10 ч (Бернштейн М.Л., Термомеханическая обработка металлов и сплавов, т. 2, М., Металлургия, 1968, с. 1153).A known method of high-temperature thermomechanical processing, which consists in heating to a temperature of 50-100 ° C below the temperature of the polymorphic transformation, deformation by 50%, cooling in water and subsequent aging for 10 hours (Bernstein M.L., Thermomechanical treatment of metals and alloys, T. 2, M., Metallurgy, 1968, p. 1153).
Однако, после такой обработки предел выносливости (σ-1 на базе 107 циклов) и малоцикловая усталость (МЦУ) не достигают требуемого уровня (σ-1≥44 кгс/мм2, МЦУ≥100000 циклов при σmax=70 кгс/мм2 и при σmax=45 кгс/мм2, Kt=4,0).However, after this treatment, the endurance limit (σ -1 based on 10 7 cycles) and low-cycle fatigue (MCU) do not reach the required level (σ -1 ≥44 kgf / mm 2 , MCU≥100000 cycles at σ max = 70 kgf / mm 2 and at σ max = 45 kgf / mm 2 , K t = 4.0).
Известен также способ высокотемпературной термомеханической обработки титановых сплавов, заключающийся в нагреве заготовок сплава до температуры β-области и деформации со степенью 60-70% при этой температуре. Затем заготовки нагревают до температуры окончания полиморфного превращения и проводят повторную деформацию, после чего вновь осуществляют нагрев до температуры окончания полиморфного превращения и проводят окончательную деформацию, причем ее завершают при температуре двухфазной области, соответствующей содержанию β-фазы 25-40%, непосредственно после чего осуществляют закалку в воде и старение при 630-650°C (а.с. №1613505, МПК C22F 1/18, опубл. 15.12.1990).There is also known a method of high-temperature thermomechanical processing of titanium alloys, which consists in heating the alloy preforms to the temperature of the β-region and deformation with a degree of 60-70% at this temperature. Then, the preforms are heated to the temperature of the end of the polymorphic transformation and repeated deformation is carried out, after which they are again heated to the temperature of the end of the polymorphic transformation and the final deformation is carried out, and it is completed at a temperature of the two-phase region corresponding to the content of the β phase of 25-40%, immediately after which quenching in water and aging at 630-650 ° C (AS No. 1613505, IPC C22F 1/18, publ. 15.12.1990).
Однако после подобной обработки характеристики выносливости и малоцикловой усталости сплава также не достигают требуемого уровня.However, after such a treatment, the endurance and low-cycle fatigue characteristics of the alloy also do not reach the required level.
Достаточно заметно повысить вышеуказанные характеристики позволяет способ высокотемпературной термомеханической обработки, заключающийся в деформации в β-области со степенью 30-90% при температуре на 10-350°C выше температуры полиморфного превращения, затем в (α+β)-области со степенью 10-30% при температуре на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения, затем при температуре на 10-100°C выше температуры полиморфного превращения, затем при температуре на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения со степенью 30-70%, причем деформацию ведут со скоростью 5-60 мм/с при охлаждении полуфабриката на 20-300°C, после чего проводят деформацию со степенью 30-95% в изотермических условиях при температуре в интервале на 100°C выше и на 300°C ниже температуры полиморфного превращения, со скоростью деформирования 0,01-4,0 мм/с и последующим охлаждении на воздухе (а.с. №1106175, МПК C22F 1/18, опубл. 10.07.2015 г.).A sufficiently noticeable increase in the above characteristics allows the high-temperature thermomechanical treatment method, which consists in deformation in the β-region with a degree of 30-90% at a temperature of 10-350 ° C above the polymorphic transformation temperature, then in the (α + β) -region with a degree of 10- 30% at a temperature of 20-50 ° C below the temperature of the polymorphic transformation, then at a temperature of 10-100 ° C above the temperature of the polymorphic transformation, then at a temperature of 20-50 ° C below the temperature of the polymorphic transformation with a degree of 30-70%, deformation lead at a speed of 5-60 mm / s while cooling the semi-finished product at 20-300 ° C, after which deformation is carried out with a degree of 30-95% in isothermal conditions at a temperature in the range of 100 ° C higher and 300 ° C below the polymorphic transformation temperature, with a deformation rate of 0.01-4.0 mm / s and subsequent cooling in air (a.s. No. 1106175, IPC C22F 1/18, publ. 07/10/2015).
Однако, как было обнаружено, при таком способе высокотемпературной термомеханической обработки повышение характеристик выносливости и малоцикловой усталости сплавов обеспечивается не регулярно, что ведет к невозможности добиться стабильности в получении необходимого уровня требуемых характеристик.However, it was found that with this method of high-temperature thermomechanical processing, an increase in the endurance and low-cycle fatigue characteristics of alloys is not provided regularly, which leads to the inability to achieve stability in obtaining the required level of required characteristics.
Технической задачей и техническим результатом заявленного способа является повышение предела выносливости и малоцикловой усталости, что позволит повысить ресурс и надежность деталей и узлов летательных аппаратов.The technical problem and the technical result of the claimed method is to increase the endurance limit and low-cycle fatigue, which will increase the resource and reliability of parts and components of aircraft.
Технический результат достигается путем осуществления высокотемпературной термомеханической обработки полуфабрикатов из (α+β) - титановых сплавов, при этом осуществляют нагрев, многостадийную деформацию, при которой сначала проводят деформацию при температуре на 10-350°C выше температуры полиморфного превращения со степенью 30-90% и скоростью деформации 1-300 мм/с, затем проводят деформацию при температуре на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения со степенью 10-30% и скоростью деформации 3-60 мм/с, после которой проводят деформацию при температуре на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения со степенью деформации 30-70% и скоростью деформации 5-60 мм/с при охлаждении полуфабриката на 20-300°C, а последующую деформацию проводят со степенью деформации 30-95% в изотермических условиях при температуре в интервале на 100°C выше температуры полиморфного превращения - на 300°C ниже температуры полиморфного превращения со скоростью деформации 0,01-4,0 мм/с, после чего осуществляют охлаждение на воздухе.The technical result is achieved by high-temperature thermomechanical processing of semi-finished products from (α + β) - titanium alloys, while heating, multi-stage deformation is carried out, at which deformation is first carried out at a temperature of 10-350 ° C above the polymorphic transformation temperature with a degree of 30-90% and a deformation rate of 1-300 mm / s, then deformation is carried out at a temperature of 20-50 ° C below the polymorphic transformation temperature with a degree of 10-30% and a deformation rate of 3-60 mm / s, after which deformation is carried out at t at a temperature of 20-50 ° C lower than the temperature of the polymorphic transformation with a degree of deformation of 30-70% and a strain rate of 5-60 mm / s while cooling the semi-finished product at 20-300 ° C, and subsequent deformation is carried out with a degree of deformation of 30-95% in isothermal conditions at a temperature in the range of 100 ° C higher than the temperature of the polymorphic transformation - 300 ° C lower than the temperature of the polymorphic transformation with a strain rate of 0.01-4.0 mm / s, after which they are cooled in air.
Положительный эффект заявленного способа обусловлен тем, что в процессе совокупного воздействия на металл многостадийной высокотемпературной термомеханической обработки и регламентированных скоростей деформации, достигается структурное состояние, характеризующееся сверхмелким зерном, однородной морфологией структурных составляющих и фазовым составом полуфабрикатов из титановых сплавов, обеспечивающих более высокие показатели предела усталости и малоцикловой усталости. Известно, что деформацию в β-области возможно проводить с достаточно большими скоростями за счет высокой технологичной пластичности и возможности воздействия высоких удельных давлений при температурах β-области. Однако, деформация в β-области со скоростями выше 300 мм/с уже не обеспечивает однородности структуры, вследствие чего возможно образование трещин и других дефектов. Деформация в (α+β)-области со скоростями более 60 мм/с может повлечь за собой разрушение полуфабриката, поскольку при данной температуре снижается технологическая пластичность металла и увеличивается сопротивление титановых сплавов деформации.The positive effect of the claimed method is due to the fact that in the process of the combined exposure of a metal to multi-stage high-temperature thermomechanical processing and regulated strain rates, a structural state is achieved, characterized by ultra-fine grain, homogeneous morphology of structural components and phase composition of semi-finished products from titanium alloys providing higher fatigue and low cycle fatigue. It is known that deformation in the β-region can be carried out at sufficiently high rates due to the high technological plasticity and the possibility of exposure to high specific pressures at temperatures of the β-region. However, deformation in the β-region with velocities above 300 mm / s does not ensure uniformity of the structure, as a result of which formation of cracks and other defects is possible. Deformation in the (α + β) region with speeds of more than 60 mm / s can lead to the destruction of the semi-finished product, since at this temperature the process ductility of the metal decreases and the resistance of titanium alloys to deformation increases.
По сравнению с прототипом, исключение из технологического процесса изготовления полуфабрикатов деформации при температуре на 10-100°C выше температуры полиморфного превращения, позволяет на последующих стадиях высокотемпературной термомеханической обработки получить мелкозернистую однородную структуру, обеспечивающую высокие показатели предела выносливости и малоцикловой усталости, однако, при этом уменьшается трудоемкость процесса деформации в целом.Compared with the prototype, the exclusion from the manufacturing process of the manufacture of semi-finished products of deformation at a temperature of 10-100 ° C higher than the temperature of the polymorphic transformation, allows the subsequent stages of high-temperature thermomechanical processing to obtain a fine-grained homogeneous structure that provides high endurance and low-cycle fatigue, however, at the same time the complexity of the deformation process as a whole decreases.
Предложенный способ был опробован при обработке поковок из сплава ВТ23М, температура полиморфного превращения которого составляет 900°C.The proposed method was tested during the processing of forgings from VT23M alloy, the polymorphic transformation temperature of which is 900 ° C.
Примеры осуществления изобретенияExamples of carrying out the invention
Пример 1Example 1
Высокотемпературную термомеханическую обработку проводят по следующему способу: деформация в β-области со степенью 40% и скоростью 75 мм/с при 1050°C, затем в (α+β)-области со степенью 15% и скоростью 20 мм/с при температуре 870°C, затем при температуре 850°C со степенью 50%, причем деформацию ведут со скоростью 20 мм/с при охлаждении полуфабриката до 700°C, после чего проводят деформацию со степенью 50% в изотермических условиях при температуре 800°C, со скоростью деформирования 2,0 мм/с, последующее охлаждение на воздухе. Поковки, полученные данным способом, обладали следующим уровнем свойств: МЦУ=270000 при σmax=70 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=2,2) и МЦУ=225000 при σmax=45 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=4,0), предел выносливости σ-1 (на базе 10 циклов)=65 кгс/мм2.High-temperature thermomechanical treatment is carried out according to the following method: deformation in the β-region with a degree of 40% and a speed of 75 mm / s at 1050 ° C, then in the (α + β) -region with a degree of 15% and a speed of 20 mm / s at a temperature of 870 ° C, then at a temperature of 850 ° C with a degree of 50%, and the deformation is carried out at a speed of 20 mm / s when the semi-finished product is cooled to 700 ° C, after which deformation is carried out with a degree of 50% in isothermal conditions at a temperature of 800 ° C, at a speed deformation of 2.0 mm / s, followed by cooling in air. The forgings obtained by this method had the following level of properties: MCU = 270000 at σ max = 70 kgf / mm 2 (concentration coefficient K t = 2.2) and MCU = 225000 at σ max = 45 kgf / mm 2 (concentration coefficient K t = 4.0), endurance limit σ -1 (based on 10 cycles) = 65 kgf / mm 2 .
Пример 2Example 2
Высокотемпературную термомеханическую обработку проводят по следующему способу: деформация в β-области со степенью 30% и скоростью 150 мм/с при 1000°C, затем в (α+β)-области со степенью 20% и скоростью 15 мм/с при температуре 880°C, затем при температуре 860°C со степенью 60%, причем деформацию ведут со скоростью 35 мм/с при охлаждении полуфабриката до 750°C, после чего проводят деформацию со степенью 60% в изотермических условиях при температуре 820°C, со скоростью деформирования 2,5 мм/с, последующее охлаждение на воздухе. Поковки, полученные данным способом, обладали следующим уровнем свойств: МЦУ=235000 при σmax=70 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=2,2) и МЦУ=195000 при σmax=45 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=4,0), предел выносливости σ-1 (на базе 10 циклов)=58 кгс/мм2.High-temperature thermomechanical treatment is carried out according to the following method: deformation in the β-region with a degree of 30% and a speed of 150 mm / s at 1000 ° C, then in the (α + β) -region with a degree of 20% and a speed of 15 mm / s at a temperature of 880 ° C, then at a temperature of 860 ° C with a degree of 60%, and the deformation is carried out at a speed of 35 mm / s while cooling the semi-finished product to 750 ° C, after which deformation is carried out with a degree of 60% in isothermal conditions at a temperature of 820 ° C, at a speed deformation of 2.5 mm / s, followed by cooling in air. The forgings obtained by this method had the following level of properties: MCU = 235000 with σ max = 70 kgf / mm 2 (concentration coefficient K t = 2.2) and MCU = 195000 with σ max = 45 kgf / mm 2 (concentration coefficient K t = 4.0), fatigue limit σ -1 (based on 10 cycles) = 58 kgf / mm 2 .
Пример 3Example 3
Высокотемпературную термомеханическую обработку проводят по следующему способу: деформация в β-области со степенью 60% и скоростью 200 мм/с при 1200°C, затем в (α+β)-области со степенью 10% и скоростью 10 мм/с при температуре 860°C, затем при температуре 850°C со степенью 45%, причем деформацию ведут со скоростью 30 мм/с при охлаждении полуфабриката до 780°C, после чего проводят деформацию со степенью 65% в изотермических условиях при температуре 850°C, со скоростью деформирования 4,0 мм/с, последующее охлаждение на воздухе. Поковки, полученные данным способом, обладали следующим уровнем свойств: МЦУ=250000 при σmax=70 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=2,2) и МЦУ=210000 при σmax=45 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=4,0), предел выносливости σ-1 (на базе 10 циклов)=62 кгс/мм2.High-temperature thermomechanical treatment is carried out according to the following method: deformation in the β-region with a degree of 60% and a speed of 200 mm / s at 1200 ° C, then in the (α + β) -region with a degree of 10% and a speed of 10 mm / s at a temperature of 860 ° C, then at a temperature of 850 ° C with a degree of 45%, moreover, the deformation is carried out at a speed of 30 mm / s when the semi-finished product is cooled to 780 ° C, after which deformation is carried out with a degree of 65% under isothermal conditions at a temperature of 850 ° C, at a speed deformation 4.0 mm / s, followed by cooling in air. The forgings obtained by this method had the following level of properties: MCU = 250,000 at σ max = 70 kgf / mm 2 (concentration coefficient K t = 2.2) and MCU = 210000 at σ max = 45 kgf / mm 2 (concentration coefficient K t = 4.0), fatigue limit σ -1 (based on 10 cycles) = 62 kgf / mm 2 .
В таблице 1 приведены сравнительные характеристики усталостной прочности: малоцикловая усталость при максимальном напряжении цикла σmax=70 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=2,2) и σmax=45 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=4,0) и предел выносливости σ-1 (на базе 107 циклов) после обработки по способу-прототипу и предложенному способу (примеры 1-3).Table 1 shows the comparative characteristics of fatigue strength: low-cycle fatigue at a maximum cycle stress σ max = 70 kgf / mm 2 (concentration coefficient K t = 2.2) and σ max = 45 kgf / mm 2 (concentration coefficient K t = 4, 0) and endurance σ -1 (based on 10 7 cycles) after processing by the prototype method and the proposed method (examples 1-3).
Как видно из таблицы, после обработки по предложенному способу число циклов до разрушения возрастает на 17,5-40,6%, а предел выносливости на 11,5-25% по сравнению с обработкой по прототипу.As can be seen from the table, after processing by the proposed method, the number of cycles to failure increases by 17.5-40.6%, and the endurance limit by 11.5-25% compared with the processing of the prototype.
Таким образом, после высокотемпературной термомеханической обработки, предложенной в заявленном изобретении, возрастает ресурс изделий и их надежность в эксплуатации при одновременном уменьшении трудоемкости процесса изготовления полуфабрикатов.Thus, after the high temperature thermomechanical processing proposed in the claimed invention, the resource of the products and their reliability in operation increases while reducing the complexity of the manufacturing process of semi-finished products.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015128763/02A RU2595079C1 (en) | 2015-07-15 | 2015-07-15 | METHOD OF HIGH-TEMPERATURE THERMOMECHANICAL PROCESSING OF SEMIS FROM (α+β) TITANIUM ALLOYS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015128763/02A RU2595079C1 (en) | 2015-07-15 | 2015-07-15 | METHOD OF HIGH-TEMPERATURE THERMOMECHANICAL PROCESSING OF SEMIS FROM (α+β) TITANIUM ALLOYS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2595079C1 true RU2595079C1 (en) | 2016-08-20 |
Family
ID=56697598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015128763/02A RU2595079C1 (en) | 2015-07-15 | 2015-07-15 | METHOD OF HIGH-TEMPERATURE THERMOMECHANICAL PROCESSING OF SEMIS FROM (α+β) TITANIUM ALLOYS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2595079C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2594573A (en) * | 2020-03-11 | 2021-11-03 | Bae Systems Plc | Thermomechanical forming process |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5277718A (en) * | 1992-06-18 | 1994-01-11 | General Electric Company | Titanium article having improved response to ultrasonic inspection, and method therefor |
-
2015
- 2015-07-15 RU RU2015128763/02A patent/RU2595079C1/en active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5277718A (en) * | 1992-06-18 | 1994-01-11 | General Electric Company | Titanium article having improved response to ultrasonic inspection, and method therefor |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2594573A (en) * | 2020-03-11 | 2021-11-03 | Bae Systems Plc | Thermomechanical forming process |
| GB2594573B (en) * | 2020-03-11 | 2022-09-21 | Bae Systems Plc | Thermomechanical forming process |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105143482B (en) | Nickel-cobalt alloy | |
| US10526689B2 (en) | Heat-resistant Ti alloy and process for producing the same | |
| RU2368695C1 (en) | Method of product's receiving made of high-alloy heat-resistant nickel alloy | |
| EP3257963A1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING Ni-BASED SUPER-HEAT-RESISTANT ALLOY | |
| CN104726746B (en) | High-strength metastable beta-type titanium alloy bar and production method thereof | |
| JP2011236503A (en) | Method for producing member of titanium-aluminum base alloy, and member | |
| JP6315319B2 (en) | Method for producing Fe-Ni base superalloy | |
| EP3508594A1 (en) | Tial alloy and method for producing same | |
| WO2017105290A3 (en) | Method for making blanks from alloys based on titanium intermetallic compound with ortho-phase | |
| RU2595079C1 (en) | METHOD OF HIGH-TEMPERATURE THERMOMECHANICAL PROCESSING OF SEMIS FROM (α+β) TITANIUM ALLOYS | |
| JP6718219B2 (en) | Method for manufacturing heat resistant aluminum alloy material | |
| CN107130195A (en) | A kind of 2A70 aluminum alloy forge pieces Technology for Heating Processing | |
| CN114535478A (en) | Rotary die forging preparation method of ultralight high-strength magnesium-lithium alloy | |
| JP7233659B2 (en) | Titanium aluminide alloy material for hot forging, method for forging titanium aluminide alloy material, and forged body | |
| US9435017B2 (en) | Manufacturing method of titanium alloy with high-strength and high-formability and its titanium alloy | |
| CN112813319A (en) | Preparation method of aluminum alloy wire for manufacturing ultrahigh-strength rivet | |
| CN109554644B (en) | Aluminum alloy forging and preparation process thereof | |
| CN110904371A (en) | Super-strong corrosion-resistant aluminum alloy section for aerospace and manufacturing method thereof | |
| Chen et al. | Effect of a novel three-step aging on strength, stress corrosion cracking and microstructure of AA7085 | |
| RU2483136C1 (en) | Method of rolling articles from deformable nonhardenable aluminium-magnesium-system alloys | |
| RU2614356C1 (en) | Titanium-based alloy and product made from it | |
| CN111020425B (en) | 2-series aluminum alloy heat treatment process | |
| WO2021101485A2 (en) | Thermo-mechanical treatment method for strengthening aa7075- t651 alloy during rra heat treatment | |
| CN107779665A (en) | A kind of titanium alloy and its processing method | |
| RU2238997C1 (en) | Method of manufacturing intermediate products from aluminum alloy, and article obtained by this method |