RU2604075C1 - Method of producing nanostructured rods of round section from titanium alloy vt22 - Google Patents
Method of producing nanostructured rods of round section from titanium alloy vt22 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2604075C1 RU2604075C1 RU2015129215/02A RU2015129215A RU2604075C1 RU 2604075 C1 RU2604075 C1 RU 2604075C1 RU 2015129215/02 A RU2015129215/02 A RU 2015129215/02A RU 2015129215 A RU2015129215 A RU 2015129215A RU 2604075 C1 RU2604075 C1 RU 2604075C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- rolling
- pass
- workpiece
- titanium alloy
- Prior art date
Links
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 51
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 19
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 229910021535 alpha-beta titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 102220253765 rs141230910 Human genes 0.000 description 3
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000756 V alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 titanium-aluminum-vanadium Chemical compound 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области термомеханической обработки металлов и сплавов для использования в авиационно-космической технике, морском судостроении, машиностроении и газотурбинном двигателестроении и может быть использовано для получения высокопрочных наноструктурированных прутков из титановых сплавов. Данным способом можно существенно повышать эксплуатационные свойства титановых сплавов в виде прутков, стержней, штанг и других длинномерных заготовок.The invention relates to the field of thermomechanical processing of metals and alloys for use in aerospace engineering, marine shipbuilding, mechanical engineering and gas turbine engine building and can be used to produce high-strength nanostructured rods from titanium alloys. This method can significantly increase the operational properties of titanium alloys in the form of rods, rods, rods and other lengthy workpieces.
Известен способ термомеханической обработки двухфазных титановых сплавов, патент РФ №2285738, C22F 1/18, B21J 5/00, опубл. 20.10.2006 г. Способ включает интенсивную пластическую деформацию заготовки в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 600°C с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух. ойред интенсивной пластической деформацией проводят термическую обработку, которая включает закалку с температуры полиморфного превращения минус 10°C в воду и высокотемпературное старение при температуре 675-700°C в течение 4-х часов с охлаждением на воздухе, а после интенсивной пластической деформации осуществляют экструдирование заготовки в несколько проходов при температуре 300°C с коэффициентом вытяжки не менее 1,2. Технический результат - улучшение прочностных характеристик двухфазных титановых сплавов (предела прочности, предела текучести, предела выносливости), а также их однородности по сечению заготовки при сохранении удовлетворительной пластичности.A known method of thermomechanical processing of two-phase titanium alloys, RF patent No. 2285738, C22F 1/18, B21J 5/00, publ. 10.20.2006, the Method includes intense plastic deformation of the workpiece in intersecting vertical and horizontal channels at a temperature of 600 ° C with an accumulated logarithmic degree of deformation of at least two. Intensive plastic deformation is carried out by heat treatment, which includes quenching from a temperature of polymorphic transformation of
Недостатком этого способа является необходимость наличия сложной оснастки (пресс-формы), низкая технологичность, т.к. для пластической деформации в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух, а затем экструдирования характерна высокая трудоемкость и низкая производительность.The disadvantage of this method is the need for complex equipment (molds), low adaptability, because plastic deformation in intersecting vertical and horizontal channels with an accumulated logarithmic degree of deformation of at least two, and then extrusion, is characterized by high labor intensity and low productivity.
Известен способ термомеханической обработки, патент РФ №2368697, C22F 1/18, опубл. 27.09.2009, которую проводят в десять стадий с многократными нагревами до температуры выше или ниже температуры полиморфного превращения и деформацией в процессе охлаждения до температуры ниже полиморфного превращения. Некоторые стадии обработки проводят с изменением направления деформации при чередовании осадки и вытяжки, что позволяет ликвидировать различно ориентированные дефекты, достигнуть более однородного химического состава и создать изотропную структуру.The known method of thermomechanical processing, RF patent No. 2368697, C22F 1/18, publ. 09/27/2009, which is carried out in ten stages with multiple heating to a temperature above or below the polymorphic transformation temperature and deformation during cooling to a temperature below the polymorphic transformation. Some stages of processing are carried out with a change in the direction of deformation during alternation of draft and drawing, which allows eliminating variously oriented defects, achieving a more uniform chemical composition and creating an isotropic structure.
Недостатками этого способа являются многостадийность и длительность процесса обработки заготовки и низкие механические свойства сплава по сравнению с предлагаемым способом.The disadvantages of this method are the multi-stage and duration of the processing of the workpiece and low mechanical properties of the alloy compared with the proposed method.
Известно техническое решение «Обработка сплавов титан-алюминий-ванадий и изделия, изготовленные с ее помощью», WO 2004/101838, В21С 37/00, C22F 1/18, опубл. 2004.11.25.Known technical solution "Processing of titanium-aluminum-vanadium alloys and products made with it", WO 2004/101838, B21C 37/00, C22F 1/18, publ. 2004.11.25.
Предложен способ изготовления изделия из α-β-титанового сплава (варианты), изделие из α-β-титанового сплава и способ изготовления броневой плиты из α-β-титанового сплава. Способ изготовления изделия по варианту 1 из α-β-титанового сплава, содержащего, в массовых процентах, от примерно 2,9 до примерно 5,0 алюминия, от примерно 2,0 до примерно 3,0 ванадия, от примерно 0,4 до примерно 2,0 железа, от примерно 0,2 до примерно 0,3 кислорода, от примерно 0,005 до примерно 0,3 углерода, от примерно 0,001 до примерно 0,02 азота и менее примерно 0,5 одного или более элементов из группы: хром, никель, кремний или молибден, а также случайные примеси, включает в себя горячую обработку α-β-титанового сплава давлением для придания сплаву микроструктуры, пригодной для холодной деформации, и холодную обработку α-β-титанового сплава давлением.A method for manufacturing an article from an α-β-titanium alloy (options), an article from an α-β-titanium alloy and a method for manufacturing an armor plate from an α-β-titanium alloy are proposed. The method of manufacturing the product according to option 1 from α-β-titanium alloy containing, in weight percent, from about 2.9 to about 5.0 aluminum, from about 2.0 to about 3.0 vanadium, from about 0.4 to about 2.0 iron, from about 0.2 to about 0.3 oxygen, from about 0.005 to about 0.3 carbon, from about 0.001 to about 0.02 nitrogen, and less than about 0.5 of one or more elements from the group: chromium, nickel, silicon or molybdenum, as well as incidental impurities, includes hot pressure treatment of the α-β-titanium alloy to give the alloy a microstructure ry suitable for cold forming and cold working the α-β-titanium alloy pressure.
В данном аналоге механические свойства титанового сплава, полученные указанной обработкой, существенно ниже, чем в предлагаемом способе.In this analogue, the mechanical properties of the titanium alloy obtained by this treatment are significantly lower than in the proposed method.
Известен способ получения прутков из легированных металлов и сплавов (патент РФ 2038175, В21В 1/02, В21В 19/00, опубл. 27.06.1995), включающий деформацию заготовки трехвалковой винтовой прокаткой со скручиванием, причем логарифмическая степень деформации скручивания составляет 0,10-0,65 от ее суммы с логарифмическим коэффициентом вытяжки, после винтовой прокатки заготовку дополнительно подвергают деформации редуцирования продольной прокаткой в калибрах с логарифмическим коэффициентом вытяжки, составляющим 0,30-0,80 от ее суммы, с логарифмической степенью деформации скручивания при винтовой прокатке. Наилучший эффект от применения способа получают при обработке легированных металлов и сплавов.A known method of producing rods from alloyed metals and alloys (RF patent 2038175, B21B 1/02, B21B 19/00, publ. 06/27/1995), including the deformation of the workpiece by three-roll screw rolling with twisting, and the logarithmic degree of twisting strain is 0.10 0.65 of its sum with a logarithmic drawing coefficient, after helical rolling, the workpiece is additionally subjected to reduction by longitudinal rolling in calibers with a logarithmic drawing coefficient of 0.30-0.80 of its sum, with a logarithmic degree Reformation twisting at the helical rolling. The best effect of the application of the method is obtained in the processing of alloyed metals and alloys.
Недостатком этого способа являются низкие физико-механические свойства, которые можно существенно повысить предлагаемым способом.The disadvantage of this method is the low physical and mechanical properties, which can be significantly improved by the proposed method.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является работа Нарыгиной И.В. Структурные и фазовые превращения в (α+β)-титановых сплавах переходного класса при термическом и деформационном (α+β)-титановых сплавах переходного класса при термическом и деформационном воздействии. Автореферат диссертации на соискание степени КТН. Екатеринбург - 2010.The closest set of essential features to the claimed invention is the work of Naryginoy I.V. Structural and phase transformations in transitional (α + β) -titanium alloys during thermal and deformational (α + β) -titanium transitional class alloys under thermal and deformation exposure. Abstract of dissertation for the degree of CTN. Ekaterinburg - 2010.
Для сплава ВТ22 разработан сложный режим термической обработки, позволяющий обрабатывать все виды полуфабрикатов независимо от их сечения и технологии производства. Эта обработка включает нагрев при 830-850°С в течение 1-3 ч, охлаждение с печью до 750°С, 1-2 ч выдержку при этой температуре, охлаждение на воздухе (в воде), затем нагрев при 480-630°С в течение 2-4 ч, охлаждение на воздухе. Первую ступень термической обработки проводят при температурах несколько ниже точки Ас3 с целью устранения нагартовки. При медленном охлаждении до 750°С с последующей выдержкой при этой температуре β-фаза обогащается β-стабилизаторами в такой степени, что при охлаждении на воздухе она не испытывает превращений. Затем следует высокотемпературное старение (перестаривание) при 480-630°С. Температуру последней ступени выбирают в зависимости от уровня прочности, содержащегося в требованиях к данному полуфабрикату. Исходя из полученных данных был разработан режим упрочняющей термической обработки сплава ВТ22, включающий закалку на воздухе с 830°С и двойное старение (500°С, 8 ч + 600°С, 1 ч), который обеспечивает получение высокопрочного состояния (σВ≥1450 МПа; δ≥8%; KCU≥0,32 МДж/м2).A complex heat treatment mode has been developed for the VT22 alloy, which allows processing all types of semi-finished products, regardless of their cross section and production technology. This treatment includes heating at 830-850 ° C for 1-3 hours, cooling with an oven to 750 ° C, 1-2 hours exposure at this temperature, cooling in air (in water), then heating at 480-630 ° C for 2-4 hours, air cooling. The first step of the heat treatment is carried out at temperatures slightly below the Ac 3 point in order to eliminate scuffing. Upon slow cooling to 750 ° C, followed by exposure at this temperature, the β phase is enriched with β stabilizers to such an extent that it does not undergo transformations upon cooling in air. Then follows high-temperature aging (overcooking) at 480-630 ° C. The temperature of the last stage is selected depending on the level of strength contained in the requirements for this semi-finished product. Based on the data mode has been developed hardening heat treatment VT22 alloy comprising quenching in air to 830 ° C and a double aging (500 ° C for 8 hours + 600 ° C, 1 h), which provides a high state (σ In ≥1450 MPa; δ≥8%; KCU≥0.32 MJ / m 2 ).
Несмотря на то что в данной разработке использована многократная термообработка, получаемые при этом механические свойства существенно ниже, чем в предлагаемом способе.Despite the fact that this development used multiple heat treatment, the resulting mechanical properties are significantly lower than in the proposed method.
Задачей изобретения является разработка способа получения наноструктурированных прутков круглого сечения из титанового сплава ВТ22.The objective of the invention is to develop a method for producing nanostructured rods of circular cross section from titanium alloy VT22.
Техническим результатом является получение наноструктурированных прутков круглого сечения из титанового сплава ВТ22 с повышенными механическими свойствами.The technical result is to obtain nanostructured rods of circular cross-section from a VT22 titanium alloy with enhanced mechanical properties.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения наноструктурированных прутков круглого сечения из титанового сплава ВТ22 включает деформацию заготовки прокаткой, при этом нагревают заготовку до температуры 850°С и деформируют путем трехвалковой поперечно-винтовой прокатки в диапазоне температур 850-750°С со ступенчатым снижением температуры заготовки на каждом последующем проходе с непосредственной закалкой с прокатки (НЗП) после каждого прохода, причем степень истинной логарифмической деформации заготовки на каждом проходе составляет 0,21-0,54, а суммарная истинная логарифмическая деформация составляет 1,2, при этом после поперечно-винтовой прокатки полученный пруток подвергают старению при температуре 420-550°С в течение 5 или 10 часов.The specified technical result is achieved by the fact that the method of producing nanostructured rods of circular cross-section from VT22 titanium alloy involves deformation of the workpiece by rolling, while the workpiece is heated to a temperature of 850 ° C and deformed by three-roll cross-screw rolling in a temperature range of 850-750 ° C with a stepwise decrease the temperature of the workpiece in each subsequent pass with direct quenching from rolling (WIP) after each pass, and the degree of true logarithmic deformation of the workpiece at each the house aisle is 0.21-0.54, and the total true logarithmic deformation is 1.2, while after the helical rolling, the resulting bar is aged at a temperature of 420-550 ° C for 5 or 10 hours.
Поперечно-винтовую прокатку проводят со ступенчатым снижением температуры заготовки на 25°С или на 50°С. После каждого прохода прокатки проводят закалку в воду.Cross-screw rolling is carried out with a stepwise decrease in the temperature of the workpiece by 25 ° C or 50 ° C. After each pass, the rolling is quenched in water.
Поставленная техническая задача решается многократной трехвалковой поперечно-винтовой прокаткой со ступенчатым снижением температуры на каждом проходе и степенью истинной логарифмической деформации заготовки, равной 0,21-0,54, причем суммарная степень истинной логарифмической деформации составляет 1,2, при этом перед первой прокаткой заготовку нагревают до температуры 850°С.The stated technical problem is solved by multiple three-roll cross-helical rolling with a stepwise decrease in temperature at each pass and the degree of true logarithmic deformation of the workpiece, equal to 0.21-0.54, and the total degree of true logarithmic deformation is 1.2, while before the first rolling the workpiece heated to a temperature of 850 ° C.
Сразу после каждой прокатки проводят непосредственную закалку с прокатки в воду, затем проводят старение заготовки или готовой детали.Immediately after each rolling, direct quenching is carried out from rolling into water, then the workpiece or finished part is aged.
Известно, что высокие механические свойства сплавов достигаются структурным состоянием с высокой дисперсностью зеренно-субзеренной структуры, выделений упрочняющих вторичных (мартенситных и интерметаллидных) фаз. Интенсивная пластическая деформация при ступенчатом снижении температуры на каждом проходе винтовой прокатки обеспечивает получение ультрамелкозернистой структуры. Непосредственная закалка с прокатки приводит к пересыщению твердого раствора и выпадению из него при старении дисперсной упрочняющей фазы, которая благодаря однородной ультрамелкозернистой структуре сплава распределяется равномерно в его объеме. Это обеспечивает повышение уровня прочностных свойств. Непосредственная закалка с прокатки предотвращает интенсивный рост зерен в мелкозернистой структуре заготовки и повышает производительность обработки.It is known that the high mechanical properties of alloys are achieved by the structural state with a high dispersion of the grain-subgrain structure, precipitates of reinforcing secondary (martensitic and intermetallic) phases. Intensive plastic deformation with a stepwise decrease in temperature at each pass of helical rolling provides an ultrafine-grained structure. Direct quenching from rolling leads to the supersaturation of the solid solution and the precipitation of the dispersed hardening phase which, due to the homogeneous ultrafine-grained structure of the alloy, is evenly distributed in its volume during aging. This provides an increase in the level of strength properties. Direct quenching from rolling prevents intensive grain growth in the fine-grained structure of the workpiece and increases processing productivity.
Проведение прокатки с меньшей степенью деформации за проход приводит к формированию неоднородной по поперечному сечению структуры. При задании большей степени деформации за проход во время прокатки происходит неравномерный разогрев прутка, что также приводит к формированию неоднородной структуры. При снижении температуры старения ниже 420°С в сплаве не проходят фазовые превращения (или необходимо время старения намного больше 10 часов) и не образуется тонкоигольчатый мартенсит, повышающий механические свойства. При температуре старения выше 550°С активно проходят фазовые превращения, и даже при времени старения 1 час происходит выпадение и коагуляция мартенситных выделений и увеличение их размеров до 0,3-0,6 мкм. В результате механические свойства близки к свойствам сплава в исходном состоянии (до прокатки).Carrying out rolling with a lower degree of deformation per passage leads to the formation of a structure non-uniform along the cross section. When setting a greater degree of deformation per pass during rolling, the rod is unevenly heated, which also leads to the formation of an inhomogeneous structure. When the aging temperature drops below 420 ° C, phase transformations in the alloy do not pass (or the aging time is much longer than 10 hours) and fine-needle martensite does not form, which increases mechanical properties. At an aging temperature above 550 ° C, phase transformations take place actively, and even with an aging time of 1 hour, martensitic precipitates precipitate and coagulate and increase in size to 0.3-0.6 microns. As a result, the mechanical properties are close to the properties of the alloy in the initial state (before rolling).
Подтверждением соответствия технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень» является наличие следующих признаков:Confirmation of compliance of the technical solution with the criteria of "novelty" and "inventive step" is the presence of the following features:
1. Деформация заготовки титанового сплава ВТ22, нагретой ниже температуры полиморфного превращения, трехвалковой поперечно-винтовой прокаткой со снижением температуры заготовки на каждом последующем проходе прокатки приводит к получению в заготовке однородной ультрамелкозернистой структуры.1. Deformation of a VT22 titanium alloy billet heated below the polymorphic transformation temperature by three-roll transverse helical rolling with a decrease in the temperature of the billet at each subsequent rolling pass results in a uniform ultrafine-grained structure in the billet.
2. Непосредственная закалка с прокатки приводит к пересыщению твердого раствора и выпадению из него при старении дисперсной упрочняющей фазы, которая благодаря ультрамелкозернистой структуре сплава распределяется равномерно как в объеме зерен, так и по их границам.2. Direct quenching from rolling leads to supersaturation of the solid solution and precipitation of the dispersed hardening phase from it, which due to the ultrafine-grained structure of the alloy is distributed evenly both in the volume of grains and along their boundaries.
Благодаря сочетанию трехвалковой поперечно-винтовой прокатки, непосредственной закалки с прокатки и последующего старения получаем прутки наноструктурированного титанового сплава ВТ22.Thanks to the combination of three-roll transverse helical rolling, direct quenching from rolling and subsequent aging, we obtain bars of VT22 nanostructured titanium alloy.
Заявленное изобретение подтверждается следующими изображениями, полученными оптической, растровой и просвечивающей электронной микроскопией, представленными на фиг. 1-4:The claimed invention is confirmed by the following images obtained by optical, scanning and transmission electron microscopy shown in FIG. 1-4:
- на фиг. 1 представлена крупнозернистая структура исходного титанового сплава ВТ22 (оптическая микроскопия);- in FIG. 1 shows the coarse-grained structure of the initial VT22 titanium alloy (optical microscopy);
- на фиг. 2 представлена ультрамелкозернистая структура прутка титанового сплава ВТ22 диаметром 23 мм, полученного заявленным способом (растровая электронная микроскопия);- in FIG. 2 shows the ultrafine-grained structure of a bar of a VT22 titanium alloy with a diameter of 23 mm obtained by the claimed method (scanning electron microscopy);
- на фиг. 3 представлена микроструктура прутка ультрамелкозернистого наноструктурированного титанового сплава ВТ22 диаметром 23 мм, полученного заявленным способом (просвечивающая электронная микроскопия - светлопольное изображение);- in FIG. 3 shows the microstructure of a bar of ultrafine-grained nanostructured titanium alloy VT22 with a diameter of 23 mm obtained by the claimed method (transmission electron microscopy - bright field image);
- на фиг. 4 представлена микроструктура прутка ультрамелкозернистого наноструктурированного титанового сплава ВТ22 диаметром 23 мм, полученного заявленным способом (просвечивающая электронная микроскопия - темнопольное изображение);- in FIG. 4 shows the microstructure of a rod of ultrafine-grained nanostructured titanium alloy VT22 with a diameter of 23 mm obtained by the claimed method (transmission electron microscopy - dark-field image);
- на фиг. 3 и 4 отображены тонкоигольчатые мартенситные выделения размером 24×100÷150 нм.- in FIG. Figures 3 and 4 show fine-needle martensitic precipitates of 24 × 100–150 nm in size.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Проводят трехвалковую поперечно-винтовую прокатку исходной заготовки легированного крупнозернистого титанового сплава ВТ22 диаметром 40 мм, нагретой до температуры 850°С, в бочкообразных валках с последующей НЗП в воду. После каждого прохода обеспечивают ступенчатое снижение температуры заготовки на 25°С или 50°С в диапазоне температур 850-750°С и увеличение коэффициента вытяжки заготовки. Прокатку со ступенчатым снижением температуры заготовки на каждом последующем проходе с последующей НЗП в воду продолжают до получения прутка заданного диаметра. Затем проводят старение полученного прутка в интервале температур от 420 до 550°С с выдержкой 5 или 10 часов.A three-roll cross-helical rolling of the initial billet of alloyed coarse-grained titanium alloy VT22 with a diameter of 40 mm, heated to a temperature of 850 ° C, is carried out in barrel-shaped rolls followed by continuous casting into water. After each pass, a stepwise decrease in the temperature of the workpiece by 25 ° C or 50 ° C in the temperature range of 850-750 ° C and an increase in the coefficient of drawing of the workpiece are provided. Rolling with a stepwise decrease in the temperature of the billet at each subsequent pass with subsequent batch casting into water is continued until a bar of a given diameter is obtained. Then, the resulting rod is aged in the temperature range from 420 to 550 ° C with a holding time of 5 or 10 hours.
Определение механических свойств, таких как предел прочности (σВ), предел текучести (σ0,2), относительное удлинение (δ), проводили на образцах в соответствии с ГОСТ 1497 по стандартной методике.The determination of mechanical properties, such as tensile strength (σ B ), yield strength (σ 0.2 ), elongation (δ), was carried out on samples in accordance with GOST 1497 by standard methods.
Примеры конкретного выполненияCase Studies
1. Пример. Трехвалковую поперечно-винтовую прокатку исходной заготовки крупнозернистого титанового сплава ВТ22 диаметром 40 мм проводили на мини-стане винтовой прокатки «14-40» в бочкообразных валках в интервале температур 850-750°С за пять проходов, со ступенчатым снижением температуры заготовки на 25°С на каждом проходе, после каждого прохода проводили НЗП в воду. Затем проводили старение при 420°С в течение 5 часов. В результате получали пруток круглого сечения диаметром 23 мм с ультрамелкозернистой зеренно-субзеренной структурой с размером элементов β-фазы 0,7 мкм, частицами α-фазы 0,55 мкм и тонкоигольчатой мартенситной α-фазы с размером мартенситных пластин 25×120 нм.1. An example. Three-roll cross-helical rolling of the initial billet of VT22 coarse-grained titanium alloy with a diameter of 40 mm was carried out on a 14-40 helical rolling mill in barrel-shaped rolls in the temperature range of 850-750 ° C in five passes, with a stepwise decrease in the temperature of the workpiece by 25 ° C at each pass, after each pass, the NZP was carried out in water. Then spent aging at 420 ° C for 5 hours. As a result, a round cross-sectional bar with a diameter of 23 mm was obtained with an ultrafine-grained grain-subgrain structure with a β-phase element size of 0.7 μm, α-phase particles of 0.55 μm and a finely needle martensitic α-phase with a martensitic plate size of 25 × 120 nm.
2. Пример. Трехвалковую поперечно-винтовую прокатку исходной заготовки крупнозернистого титанового сплава ВТ22 диаметром 40 мм проводили на мини-стане винтовой прокатки «14-40» в бочкообразных валках в интервале температур 850-750°С за три прохода, со ступенчатым снижением температуры заготовки на 50°С на каждом проходе, после каждого прохода проводили НЗП в воду. Затем проводили старение при 450°С в течение 5 часов. В результате получали пруток круглого сечения диаметром 23 мм с ультрамелкозернистой зеренно-субзеренной структурой с размером элементов β-фазы 0,8 мкм, частицами α-фазы 0,5 мкм, размеры тонкоигольчатой мартенситной α-фазы 30×100 нм.2. An example. Three-roll cross-helical rolling of the initial billet of VT22 coarse-grained titanium alloy with a diameter of 40 mm was carried out on a 14-40 screw rolling mill in barrel-shaped rolls in the temperature range of 850-750 ° C in three passes, with a stepwise decrease in the workpiece temperature by 50 ° C at each pass, after each pass, the NZP was carried out in water. Then spent aging at 450 ° C for 5 hours. As a result, a round cross-sectional bar with a diameter of 23 mm was obtained with an ultrafine-grained grain-subgrain structure with a β-phase element size of 0.8 μm, α-phase particles of 0.5 μm, and a fine-needle martensitic α-phase size of 30 × 100 nm.
3. Пример. Трехвалковую поперечно-винтовую прокатку исходной заготовки крупнозернистого титанового сплава ВТ22 диаметром 40 мм проводили на мини-стане винтовой прокатки «14-40» в бочкообразных валках в интервале температур 850-750°С за три прохода, со ступенчатым снижением температуры на 50°С на каждом проходе, после каждого прохода проводили НЗП в воду. Затем проводили старение при 480°С в течение 5 часов. В результате получали пруток круглого сечения диаметром 23 мм с ультрамелкозернистой зеренно-субзеренной структурой с размером элементов β-фазы 0,8 мкм, частицами α-фазы 0,5 мкм, размеры тонкоигольчатой мартенситной α-фазы 35×100 нм.3. An example. Three-roll cross-helical rolling of the initial billet of VT22 coarse-grained titanium alloy with a diameter of 40 mm was carried out on a 14-40 screw rolling mill in barrel-shaped rolls in the temperature range of 850-750 ° C in three passes, with a stepwise temperature decrease of 50 ° C by in each pass, after each pass, the NZP was carried out in water. Then spent aging at 480 ° C for 5 hours. As a result, a round cross-sectional bar with a diameter of 23 mm was obtained with an ultrafine-grained grain-subgrain structure with a β-phase element size of 0.8 μm, α-phase particles of 0.5 μm, and a fine-needle martensitic α-phase size of 35 × 100 nm.
4. Пример. Трехвалковую поперечно-винтовую прокатку исходной заготовки крупнозернистого титанового сплава ВТ22 диаметром 40 мм проводили на мини-стане винтовой прокатки «14-40» в бочкообразных валках в интервале температур 850-750°С за пять проходов, со ступенчатым снижением температуры на 25°С на каждом проходе, после каждого прохода проводили НЗП в воду. Затем проводили старение при 480°С в течение 5 часов. В результате получали пруток круглого сечения диаметром 23 мм с ультрамелкозернистой зеренно-субзеренной структурой с размером элементов β-фазы 0,7 мкм, частицами α-фазы 0,55 мкм, размеры тонкоигольчатой мартенситной α-фазы 35×120 нм.4. An example. Three-roll transverse helical rolling of the initial billet of VT22 coarse-grained titanium alloy with a diameter of 40 mm was carried out on a 14-40 screw rolling mill in barrel-shaped rolls in the temperature range of 850-750 ° C in five passes, with a stepwise temperature decrease of 25 ° C on in each pass, after each pass, the NZP was carried out in water. Then spent aging at 480 ° C for 5 hours. As a result, a round-sectioned bar with a diameter of 23 mm was obtained with an ultrafine-grained grain-subgrain structure with a β-phase element size of 0.7 μm, α-phase particles of 0.55 μm, and a fine-needle martensitic α-phase size of 35 × 120 nm.
5. Пример. Трехвалковую поперечно-винтовую прокатку исходной заготовки крупнозернистого титанового сплава ВТ22 диаметром 40 мм проводили на мини-стане винтовой прокатки «14-40» в бочкообразных валках в интервале температур 850-750°С за пять проходов, со ступенчатым снижением температуры на 25°С на каждом проходе, после каждого прохода проводили НЗП в воду. Затем проводили старение при 500°С в течение 5 часов. В результате получали пруток круглого сечения диаметром 23 мм с ультрамелкозернистой зеренно-субзеренной структурой с размером элементов β-фазы 0,7 мкм, частицами α-фазы 0,55 мкм, размеры тонкоигольчатой мартенситной α-фазы 45×120 нм.5. An example. Three-roll transverse helical rolling of the initial billet of VT22 coarse-grained titanium alloy with a diameter of 40 mm was carried out on a 14-40 screw rolling mill in barrel-shaped rolls in the temperature range of 850-750 ° C in five passes, with a stepwise temperature decrease of 25 ° C on in each pass, after each pass, the NZP was carried out in water. Then spent aging at 500 ° C for 5 hours. As a result, a round cross-sectional bar with a diameter of 23 mm was obtained with an ultrafine-grained grain-subgrain structure with a β-phase element size of 0.7 μm, α-phase particles of 0.55 μm, and a fine-needle martensitic α-phase size of 45 × 120 nm.
6. Пример. Трехвалковую поперечно-винтовую прокатку исходной заготовки крупнозернистого титанового сплава ВТ22 диаметром 40 мм проводили на мини-стане винтовой прокатки «14-40» в бочкообразных валках в интервале температур 850-750°С за три прохода, со ступенчатым снижением температуры на 50°С на каждом проходе, после каждого прохода проводили НЗП в воду. Затем проводили старение при 520°С в течение 5 часов. В результате получали пруток круглого сечения диаметром 23 мм с ультрамелкозернистой зеренно-субзеренной структурой с размером элементов β-фазы 0,4 мкм, частицами α-фазы 0,3 мкм, размеры тонкоигольчатой мартенситной α-фазы 53×150 нм.6. An example. Three-roll cross-helical rolling of the initial billet of VT22 coarse-grained titanium alloy with a diameter of 40 mm was carried out on a 14-40 screw rolling mill in barrel-shaped rolls in the temperature range of 850-750 ° C in three passes, with a stepwise temperature decrease of 50 ° C by in each pass, after each pass, the NZP was carried out in water. Then aging was carried out at 520 ° C for 5 hours. As a result, a round cross-sectional bar with a diameter of 23 mm was obtained with an ultrafine-grained grain-subgrain structure with a β-phase element size of 0.4 μm, α-phase particles of 0.3 μm, and a fine-needle martensitic α-phase size of 53 × 150 nm.
7. Пример. Трехвалковую поперечно-винтовую прокатку исходной заготовки крупнозернистого титанового сплава ВТ22 диаметром 40 мм проводили на мини-стане винтовой прокатки «14-40» в бочкообразных валках в интервале температур 850-750°С за три прохода, со ступенчатым снижением температуры на 50°С на каждом проходе, после каждого прохода проводили НЗП в воду. Затем проводили старение при 550°С в течение 5 часов. В результате получали пруток круглого сечения диаметром 23 мм с ультрамелкозернистой зеренно-субзеренной структурой с размером элементов β-фазы 0,4 мкм, частицами α-фазы 0,3 мкм, размеры тонкоигольчатой мартенситной α-фазы 60×150 нм.7. An example. Three-roll cross-helical rolling of the initial billet of VT22 coarse-grained titanium alloy with a diameter of 40 mm was carried out on a 14-40 screw rolling mill in barrel-shaped rolls in the temperature range of 850-750 ° C in three passes, with a stepwise temperature decrease of 50 ° C by in each pass, after each pass, the NZP was carried out in water. Then spent aging at 550 ° C for 5 hours. As a result, a round-sectioned bar with a diameter of 23 mm was obtained with an ultrafine-grained grain-subgrain structure with a β-phase element size of 0.4 μm, α-phase particles of 0.3 μm, and a fine-needle martensitic α-phase size of 60 × 150 nm.
Механические свойства титанового сплава ВТ22 в исходном состоянии (производитель ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА», г. Верхняя Салда, РФ), по способу-прототипу и после термомеханической обработки по предлагаемому способу приведены в таблице.The mechanical properties of the VT22 titanium alloy in the initial state (manufacturer of VSMPO-AVISMA Corporation OJSC, Verkhnyaya Salda, RF), by the prototype method and after thermomechanical processing by the proposed method are shown in the table.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015129215/02A RU2604075C1 (en) | 2015-07-16 | 2015-07-16 | Method of producing nanostructured rods of round section from titanium alloy vt22 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015129215/02A RU2604075C1 (en) | 2015-07-16 | 2015-07-16 | Method of producing nanostructured rods of round section from titanium alloy vt22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2604075C1 true RU2604075C1 (en) | 2016-12-10 |
Family
ID=57776911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015129215/02A RU2604075C1 (en) | 2015-07-16 | 2015-07-16 | Method of producing nanostructured rods of round section from titanium alloy vt22 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2604075C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756077C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Method for producing titanium alloy round rods (options) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2175581C2 (en) * | 1999-12-15 | 2001-11-10 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Method for making rolled bars of titanium alloys |
| RU2464116C1 (en) * | 2011-03-15 | 2012-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (ГОУ ВПО ТГУ) | Method of producing titanium round rods with ultrafine structure |
| RU2490356C1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Ultra-fine grain two-phase alpha-beta titanium alloy with improved level of mechanical properties, and method for its obtainment |
-
2015
- 2015-07-16 RU RU2015129215/02A patent/RU2604075C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2175581C2 (en) * | 1999-12-15 | 2001-11-10 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Method for making rolled bars of titanium alloys |
| RU2464116C1 (en) * | 2011-03-15 | 2012-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (ГОУ ВПО ТГУ) | Method of producing titanium round rods with ultrafine structure |
| RU2490356C1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Ultra-fine grain two-phase alpha-beta titanium alloy with improved level of mechanical properties, and method for its obtainment |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| НАРЫГИНА И.В., Структурные и фазовые превращения в (α+β)-титановых сплавах переходного класса при термическом и деформационном воздействии. Автореферат. Екатеринбург, 2010. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756077C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Method for producing titanium alloy round rods (options) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101827017B1 (en) | Production of high strength titanium alloys | |
| KR101758956B1 (en) | Processing of alpha/beta titanium alloys | |
| Zherebtsov et al. | Production of submicrocrystalline structure in large-scale Ti–6Al–4V billet by warm severe deformation processing | |
| CN104379785B (en) | Alpha+beta type Ti alloy and process for producing same | |
| US20130164166A1 (en) | Titanium material | |
| US11473173B2 (en) | α+βtitanium alloy extruded shape | |
| CN109072390B (en) | Improved method for finishing extruded titanium products | |
| RU2604075C1 (en) | Method of producing nanostructured rods of round section from titanium alloy vt22 | |
| JPH07180011A (en) | Production of alpha+beta type titanium alloy extruded material | |
| JP2017078206A (en) | α+β TYPE TITANIUM ALLOY HOT EXTRUSION SHAPE MATERIAL HAVING UNIFORM ACICULAR STRUCTURE AND EXCELLENT IN TENSILE PROPERTY | |
| JP5382518B2 (en) | Titanium material | |
| JP2017002390A (en) | Titanium alloy forging material | |
| JP6673123B2 (en) | α + β type titanium alloy hot extruded material and method for producing the same | |
| 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) | |
| RU2478130C1 (en) | Beta-titanium alloy and method of its thermomechanical treatment | |
| JP2023548476A (en) | Improved 6XXX aluminum alloy | |
| RU2793901C1 (en) | Method for obtaining material for high-strength fasteners | |
| JP2017002373A (en) | Titanium alloy forging material | |
| RU2793901C9 (en) | Method for obtaining material for high-strength fasteners | |
| RU2439195C1 (en) | Processing method of large-sized workpieces from titanium alloys | |
| RU2285740C1 (en) | Method of thermo-mechanical treatment of two-phase titanium alloys | |
| Khani et al. | The effect of severe plastic deformation on the microstructure and mechanical properties of as-cast AZ31 | |
| KR101782066B1 (en) | A method of manufacturing titanium alloy billet by forging | |
| RU2441096C1 (en) | METHOD OF THERMOMECHANICAL OF β-TITANIUM ALLOYS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181022 Effective date: 20181022 |