RU2613003C1 - Manufacturing method for parts from titanium alloys - Google Patents

Manufacturing method for parts from titanium alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2613003C1
RU2613003C1 RU2015141505A RU2015141505A RU2613003C1 RU 2613003 C1 RU2613003 C1 RU 2613003C1 RU 2015141505 A RU2015141505 A RU 2015141505A RU 2015141505 A RU2015141505 A RU 2015141505A RU 2613003 C1 RU2613003 C1 RU 2613003C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloys
phase
temperature
titanium
parts
Prior art date
Application number
RU2015141505A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Иванович Виноградов
Александр Иванович Маслов
Ирина Алексеевна Теплякова
Сергей Владимирович Шалыга
Александр Владимирович Шишурин
Original Assignee
Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" filed Critical Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority to RU2015141505A priority Critical patent/RU2613003C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2613003C1 publication Critical patent/RU2613003C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/053Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure characterised by the material of the blanks
    • B21D26/055Blanks having super-plastic properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16Changing 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
    • C22F1/18High-melting or refractory metals or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: load carrying components are made of VT8 titanium alloy. Then heat treatment is sequentially performed in three stages. The first is carried out at temperature from 600 to 650 °C, at which the titanium silicides are released from supersaturated solid solutions -α and -phases β. The second is carried out at temperature from 850 °C and above, which is characterized by conversion of the phase composition from α- to β-. The third is conducted at temperature from 950 to1100 °C. At 1100 °C the phase composition of the alloy is represented only by β-phase.
EFFECT: improved strength characteristics of VT8 titanium alloy parts.

Description

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам получения деталей или изделий с регламентируемой структурой, и может быть использовано для оптимизации технологической формовки изделий сложной формы.The invention relates to the field of metallurgy, mainly to methods for producing parts or products with a regulated structure, and can be used to optimize the technological molding of products of complex shape.

Задача получения определенного распределения структуры материала по объему изделия решается обычно на основании большого практического опыта и результатов специально проводимых экспериментов. Одним из успешно применяемых путей стабильного получения заданной структуры материала в изделиях массового производства является использование эффекта сверхпластичности.The task of obtaining a certain distribution of the structure of the material over the volume of the product is usually solved on the basis of great practical experience and the results of specially conducted experiments. One of the successfully applied ways of stably obtaining a given material structure in mass-produced products is the use of the superplasticity effect.

Титановые сплавы, обладающие высокой удельной конструкционной прочностью и коррозионной стойкостью, используются для изготовления широкой номенклатуры изделий, а технологический процесс, основанный на эффекте сверхпластичности, позволяет существенно расширить область применения новых титановых сплавов.Titanium alloys with high specific structural strength and corrosion resistance are used for the manufacture of a wide range of products, and a technological process based on the superplasticity effect can significantly expand the scope of new titanium alloys.

Титановые сплавы классифицируются по различным признакам. Наиболее распространена классификация по фазовому составу [Металлография титановых сплавов / Под. ред. С.Г. Глазунова, Б.А. Колачева. - М.: Металлургия, 1980; Б.К. Вульф. Термическая обработка титановых сплавов. М.: Металлургия, 1969]. Она наиболее подходит для анализа реологических свойств сплавов и включает:Titanium alloys are classified according to various criteria. The most common classification by phase composition [Metallography of titanium alloys / Under. ed. S.G. Glazunova, B.A. Kolacheva. - M .: Metallurgy, 1980; B.K. Wulf. Heat treatment of titanium alloys. M .: Metallurgy, 1969]. It is most suitable for analyzing the rheological properties of alloys and includes:

1) α-сплавы, структура которых представлена α-фазой;1) α-alloys, the structure of which is represented by the α-phase;

2) псевдо - α-сплавы, структура которых представлена α-фазой и небольшим количеством β-фазы или интерметаллидов (не более 5%);2) pseudo - α-alloys, the structure of which is represented by the α-phase and a small amount of β-phase or intermetallic compounds (not more than 5%);

3) (α+β)-сплавы, структура которых представлена α- и β-фазами. Сплавы этого типа могут содержать небольшое количество интерметаллидов (до 1%);3) (α + β) alloys whose structure is represented by α and β phases. Alloys of this type may contain a small amount of intermetallic compounds (up to 1%);

4) псевдо - β-сплавы со структурой, представленной одной β-фазой после закалки или нормализации из β-области. Структура этих сплавов в отожженном состоянии представлена α-фазой и большим количеством β-фазы;4) pseudo - β-alloys with the structure represented by one β-phase after quenching or normalization from the β-region. The structure of these alloys in the annealed state is represented by the α phase and a large amount of β phase;

5) β-сплавы, структура которых представлена термодинамически стабильной β-фазой;5) β-alloys, the structure of which is represented by a thermodynamically stable β-phase;

6) сплавы на основе интерметаллидов.6) alloys based on intermetallic compounds.

Сплавы α-класса (ВТ1, ВТ1-0, ВТ5 и др.) легируют алюминием и нейтральными упрочнителями (олово и цирконий). Сплавы этого класса по сравнению с титаном отличаются повышенной прочностью и жаропрочностью, высокой термической стабильностью, малой склонностью к хладоломкости, хорошей свариваемостью. Хорошая свариваемость α-сплавов обусловлена их однофазной структурой даже при значительном содержании алюминия, в связи с чем металл шва и околошовной зоны не охрупчивается. Титановые α-сплавы термически не упрочняются - единственный вид термоочистки - полный отжиг (для достаточного снятия нагартовки) или неполный (для снятия остаточных напряжений).Α-class alloys (VT1, VT1-0, VT5, etc.) are alloyed with aluminum and neutral hardeners (tin and zirconium). Compared to titanium, alloys of this class are characterized by increased strength and heat resistance, high thermal stability, low tendency to cold brittleness, and good weldability. The good weldability of α-alloys is due to their single-phase structure even with a significant aluminum content, and therefore the weld metal and the heat-affected zone are not embrittled. Titanium α-alloys are not thermally hardened - the only type of heat treatment is complete annealing (to sufficiently remove the hardening) or incomplete (to relieve residual stresses).

Псевдо α-сплавы (ОТ4, ОТ4-1, ОТ4В и др.) содержат небольшие количества алюминия и малые концентрации β-стабилизаторов, что позволяет сохранить при обработке давлением высокую технологичность. Эти сплавы хорошо свариваются всеми видами сварки. Псевдо - α-сплавы термически не упрочняются, их применяют в отожженном состоянии.Pseudo α-alloys (OT4, OT4-1, OT4V, etc.) contain small amounts of aluminum and low concentrations of β-stabilizers, which allows preserving high processability during pressure processing. These alloys are well welded by all types of welding. Pseudo - α-alloys are not thermally hardened, they are used in the annealed state.

Сплавы (α+β)-класса (ВТ6, ВТ6С, ВТ8, ВТ14, ВТ23 и др.) обладают широким диапазоном свойств, так как они включают в себя материалы, содержащие в отожженном состоянии примерно от 5 до 60% β-фазы. Большие возможности регулирования свойств этих сплавов определяются не только растворным упрочнением α- и β-фаз, но и их способностью к термическому упрочнению путем закалки и старения. Механические свойства сплавов (α+β)-класса очень чувствительны к типу и параметрам микроструктуры. Для обеспечения высокого уровня пластичности и сопротивления циклическим нагрузкам необходимо стремиться к равноосной мелкозернистой структуре.Alloys of the (α + β) class (VT6, VT6C, VT8, VT14, VT23, etc.) have a wide range of properties, since they include materials containing in the annealed state from about 5 to 60% of the β phase. Great possibilities for controlling the properties of these alloys are determined not only by the mortar hardening of the α and β phases, but also by their ability to heat harden by quenching and aging. The mechanical properties of alloys of the (α + β) -class are very sensitive to the type and parameters of the microstructure. To ensure a high level of ductility and resistance to cyclic loads, it is necessary to strive for an equiaxed fine-grained structure.

Псевдо - β-титановые сплавы (ВТ35, ВТ19, ВТ32 и др.) относятся к высоколегированным сплавам, в которых суммарное содержание легирующих элементов доходит до 25% и более. К преимуществам этих сплавов относят:Pseudo - β-titanium alloys (VT35, VT19, VT32, etc.) are highly alloyed alloys in which the total content of alloying elements reaches 25% or more. The advantages of these alloys include:

1) высокую технологичность в закаленном состоянии, что позволяет осуществлять некоторые операции обработки давлением даже при комнатной температуре;1) high processability in the hardened state, which allows some pressure treatment operations even at room temperature;

2) большой эффект термического упрочнения, что связано с высокой степенью пересыщения закаленной - фазы легирующими элементами (Mo, Cr, Zr, V);2) a large effect of thermal hardening, which is associated with a high degree of supersaturation of the hardened phase with alloying elements (Mo, Cr, Zr, V);

3) высокую глубину прокаливаемости;3) a high depth of hardenability;

4) высокую вязкость разрушения при значительных прочностных характеристиках;4) high fracture toughness with significant strength characteristics;

5) высокое сопротивление усталости.5) high fatigue resistance.

Известны способы изготовления крупногабаритных штамповок из титановых сплавов (ВТ3-1, ВТ6, ВТ22, ВТ23 и др.) методом сверхпластической деформации (АС СССР 1577378, C22F 1/04, 1988; АС СССР 1759583, В23К 20/14, 1990; патент Великобритании №1301987, 1978).Known methods for the manufacture of large stampings from titanium alloys (VT3-1, VT6, VT22, VT23, etc.) by superplastic deformation (AS USSR 1577378, C22F 1/04, 1988; AS USSR 1759583, V23K 20/14, 1990; UK patent No. 1301987, 1978).

Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту США №3920175, 1977, которое было принято авторами за ближайший аналог.The closest set of essential features is the technical solution for US patent No. 3920175, 1977, which was adopted by the authors for the closest analogue.

Недостатком данного способа является то, что при использовании титановых заготовок из сплава ВТ8 (лопатки, диски, рабочие колеса компрессоров и т.д.) применяемая технология не позволяет добиться необходимой прочности готовых изделий (ударная вязкость, трещиностойкость, неоднородность). Это связано с тем, что пластины одной α-колонии деформируются идентично, а динамическая полигонизация и динамическая рекристаллизация в β-фазе при температурах (α+β)-области происходят легче, чем в α-фазе при тех же условиях.The disadvantage of this method is that when using titanium billets from VT8 alloy (blades, disks, impellers of compressors, etc.), the technology used does not allow to achieve the necessary strength of the finished products (impact strength, crack resistance, heterogeneity). This is due to the fact that the plates of one α-colony are deformed identically, and dynamic polygonization and dynamic recrystallization in the β phase at temperatures of the (α + β) region occur more easily than in the α phase under the same conditions.

Технической задачей является улучшение механических свойств титановых заготовок из сплава ВТ8 (лопатки, диски, рабочие колеса компрессоров) за счет улучшения морфологии и реологических характеристик исходного материала.The technical task is to improve the mechanical properties of titanium billets from VT8 alloy (blades, disks, impellers of compressors) by improving the morphology and rheological characteristics of the starting material.

Способ осуществляется методом сверхпластической деформации, включающий газовую формовку деталей из высокопрочного титанового сплава ВТ8 при температурах от 870° до 1000°С.The method is carried out by the method of superplastic deformation, including gas molding of parts from high-strength titanium alloy VT8 at temperatures from 870 ° to 1000 ° C.

Далее проводят последовательно, в три этапа, термическую обработку. Первая (низкотемпературная) проводится при температуре от 600° до 650°C, при которой происходит выделение силицидов титана из пересыщенных твердых растворов α- и β-фаз.Next, heat treatment is carried out sequentially in three stages. The first (low temperature) is carried out at a temperature from 600 ° to 650 ° C, at which titanium silicides are released from supersaturated solid solutions of α and β phases.

Вторая - происходит при температуре от 850°C, которая характеризуется превращением фазового состава из α- в β-.The second one occurs at a temperature of 850 ° C, which is characterized by the transformation of the phase composition from α- to β-.

Третий - происходит при температуре 950°…1100°C. При температуре 1100°C фазовый состав сплава представлен только β-фазой.The third - occurs at a temperature of 950 ° ... 1100 ° C. At a temperature of 1100 ° C, the phase composition of the alloy is represented only by the β phase.

Таким образом, из-за того что чувствительность титановых сплавов к типу и параметрам структуры позволяет на одном сплаве получать различное сочетание прочностных, пластических и служебных свойств других сплавов, т.е. применяя трехступенчатую термическую обработку сплава ВТ8, можно заменять высоколегированные сплавы псевдо - β-класса (ВТ19, ВТ32, ВТ35 и др.), которые необычайно дороги в производстве, термически нестабильны из-за высокой плотности, имеют большой разброс механических свойств.Thus, due to the fact that the sensitivity of titanium alloys to the type and parameters of the structure allows one to obtain a different combination of strength, plastic and service properties of other alloys on one alloy, i.e. Using the three-stage heat treatment of VT8 alloy, it is possible to replace high-alloy pseudo-β-class alloys (VT19, VT32, VT35, etc.), which are unusually expensive in production, thermally unstable due to their high density, and have a wide variation in mechanical properties.

Claims (1)

Способ изготовления деталей из титановых сплавов методом сверхпластической деформации, включающий газовую формовку деталей при температурах от 870° до 1000°С, отличающийся тем, что после газовой формовки детали подвергают термической обработке при температуре от 600° до 650°С до выделения силицидов титана из перенасыщенных твердых растворов α- и β-фаз, с последующей термообработкой при температуре более 850°С до превращения фазового состава α- в β-фазу с переходом в третий этап термической обработки при температуре от 950° до 1100°С до обеспечения β-фазы.A method of manufacturing parts from titanium alloys by the method of superplastic deformation, including gas molding of parts at temperatures from 870 ° to 1000 ° C, characterized in that after gas molding, the parts are subjected to heat treatment at a temperature of from 600 ° to 650 ° C to release titanium silicides from supersaturated solid solutions of α- and β-phases, followed by heat treatment at a temperature of more than 850 ° C until the phase composition of α- turns into a β-phase with the transition to the third stage of heat treatment at a temperature of from 950 ° to 1100 ° C until β-phase.
RU2015141505A 2015-09-30 2015-09-30 Manufacturing method for parts from titanium alloys RU2613003C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015141505A RU2613003C1 (en) 2015-09-30 2015-09-30 Manufacturing method for parts from titanium alloys

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015141505A RU2613003C1 (en) 2015-09-30 2015-09-30 Manufacturing method for parts from titanium alloys

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2613003C1 true RU2613003C1 (en) 2017-03-14

Family

ID=58458273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015141505A RU2613003C1 (en) 2015-09-30 2015-09-30 Manufacturing method for parts from titanium alloys

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2613003C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2660461C1 (en) * 2017-04-25 2018-07-06 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" METHOD FOR MANUFACTURING PARTS OF TITANIUM PSEUDO-α-ALLOYS

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3920175A (en) * 1974-10-03 1975-11-18 Rockwell International Corp Method for superplastic forming of metals with concurrent diffusion bonding
GB2095137A (en) * 1981-03-23 1982-09-29 Rockwell International Corp A method of making filamentary reinforced metallic structures
RU2031182C1 (en) * 1992-07-15 1995-03-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Керамик ФДС" Process of thermal treatment of welded titanium alloy articles
RU2115759C1 (en) * 1996-04-29 1998-07-20 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН Method for production of semi-finished products with fine crystalline globular structure in alfa + beta titanium alloys

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3920175A (en) * 1974-10-03 1975-11-18 Rockwell International Corp Method for superplastic forming of metals with concurrent diffusion bonding
GB2095137A (en) * 1981-03-23 1982-09-29 Rockwell International Corp A method of making filamentary reinforced metallic structures
RU2031182C1 (en) * 1992-07-15 1995-03-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Керамик ФДС" Process of thermal treatment of welded titanium alloy articles
RU2115759C1 (en) * 1996-04-29 1998-07-20 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН Method for production of semi-finished products with fine crystalline globular structure in alfa + beta titanium alloys

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2660461C1 (en) * 2017-04-25 2018-07-06 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" METHOD FOR MANUFACTURING PARTS OF TITANIUM PSEUDO-α-ALLOYS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI506149B (en) Production of high strength titanium
JP6486895B2 (en) Method for artificially aging aluminum-zinc-magnesium alloy and products based thereon
KR102356191B1 (en) high strength titanium alloy
KR102437942B1 (en) 6xxx aluminum alloys
CA3017163C (en) Alpha-beta titanium alloy having improved elevated temperature properties and superplasticity
Imayev et al. Superplastic behavior of Ti–43Al–7 (Nb, Mo)–0.2 B alloy in the cast+ heat-treated condition
RU2657892C2 (en) High strength titanium alloy with alpha-beta structure
RU2644830C2 (en) Manufacturing method of bar stock from alloys based on titanium intermetallide with ortho-phase
RU2555267C2 (en) Method of fabrication of thin sheets from two-phase titanium alloy and product from these sheets
ES2948640T3 (en) Creep resistant titanium alloys
US20140369822A1 (en) Method for Producing Forged Components From A TiAl Alloy And Component Produced Thereby
EP3452625A1 (en) Method for manufacturing ti alloys with enhanced strength-ductility balance
RU2569441C1 (en) Method of parts manufacturing from titanium alloys
RU2613003C1 (en) Manufacturing method for parts from titanium alloys
Park et al. High-temperature deformation behavior and microstructural evolution of as-cast and hot rolled β21S alloy during hot deformation
RU2571993C1 (en) Method of deformation-heat treatment of volume semi-finished products out of al-cu-mg alloys
Zvinys et al. Investigation of thermo mechanical effect on structure and properties of aluminium alloy 6082
Gupta et al. Deformation behaviour of γ+ α2 Ti aluminide processed through reaction synthesis
RU2614356C1 (en) Titanium-based alloy and product made from it
JP2003013159A (en) Fastener material of titanium alloy and manufacturing method therefor
Anil Kumar et al. Solution Treatment and Aging (STA) Study of Ti Alloy Ti5Al3Mo1. 5V
RU2238997C1 (en) Method of manufacturing intermediate products from aluminum alloy, and article obtained by this method
RU2534909C1 (en) THERMOMECHANICAL PROCESSING FOR INCREASE IN DUCTILITY OF 3D SEMIS FROM Al-Cu-Mg-Ag ALLOYS
RU2606685C1 (en) METHOD FOR THERMOMECHANICAL TREATMENT OF CAST (γ+α2)-INTERMETALLIC ALLOYS BASED ON TITANIUM ALUMINIDE γ-TiAl
RU2635595C1 (en) METHOD OF PRODUCING PARTS FOR GAS TURBINE ENGINES MADE OF TITANIUM PSEUDO-β-NICKEL ALLOY WITH Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe MASTER ALLOY