RU2647071C2 - Способ термомеханической обработки титановых сплавов - Google Patents
Способ термомеханической обработки титановых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2647071C2 RU2647071C2 RU2016128782A RU2016128782A RU2647071C2 RU 2647071 C2 RU2647071 C2 RU 2647071C2 RU 2016128782 A RU2016128782 A RU 2016128782A RU 2016128782 A RU2016128782 A RU 2016128782A RU 2647071 C2 RU2647071 C2 RU 2647071C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- heating
- deformation
- carried out
- polymorphic transformation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 47
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 36
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 6
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O thiamine pyrophosphate Chemical compound CC1=C(CCOP(O)(=O)OP(O)(O)=O)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 2
- 102220253765 rs141230910 Human genes 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
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
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)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокотемпературной термомеханической обработке титановых сплавов. Способ термомеханической обработки титановых сплавов включает многократные нагревы до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения, деформации, охлаждения до комнатной температуры и последующее старение. Первый нагрев осуществляют до температуры на 230-370°С выше температуры полиморфного превращения, выдерживают, проводят деформацию со степенью деформации 25-60% и охлаждение. Второй нагрев осуществляют до температуры на 90-200°С выше температуры полиморфного превращения, выдерживают, проводят деформацию со степенью деформации 25-60% и охлаждение. Третий нагрев осуществляют до температуры на 10-100°С ниже температуры полиморфного превращения, проводят деформацию и охлаждение. Четвертый нагрев осуществляют до температуры на 100-220°С выше температуры полиморфного превращения, выдерживают, проводят деформацию и охлаждение. Пятый нагрев осуществляют до температуры на 20-70°С ниже температуры полиморфного превращения, проводят деформацию со степенью деформации 60-90% и охлаждение. Шестой нагрев осуществляют до температуры на 20-70°С ниже температуры полиморфного превращения, проводят деформацию со степенью деформации 20-40% и охлаждение. Повышаются значения ударной вязкости, удельной работы разрушения образца с трещиной при ударном изгибе, малоцикловой усталости, относительного сужения и прочности. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к высокотемпературной термомеханической обработке титановых сплавов, проводимой с целью повышения уровня механических свойств поковок и штамповок, а также готовых изделий из них.
Эффективность использования высокотемпературной термомеханической обработки титановых сплавов для улучшения комплекса свойств титановых сплавов связана с их способностью не только к деформационному упрочнению, но и к термическому упрочнению, обусловленному распадом метастабильных фаз, фиксируемых ускоренным охлаждением после завершения горячей деформации. Термомеханическая обработка титановых сплавов обеспечивает более высокий комплекс механических свойств по сравнению с термической обработкой. Рациональный выбор для использования титановых сплавов в областях современного производства неразрывно связан с анализом их поведения при конкретных условиях эксплуатации. Наиболее часто встречающимся критичным параметром при эксплуатации деталей из титановых сплавов является работа при циклических нагрузках. В связи с этим важными эксплуатационными свойствами титановых сплавов считаются ударная вязкость, удельная работа разрушения образца с трещиной при ударном изгибе и усталостная выносливость при знакопеременном нагружении.
Из уровня техники известен способ обработки полуфабрикатов из титановых сплавов путем многократных нагревов до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения, в частности с первым нагревом до температуры на 250-350°С выше температуры полиморфного превращения, деформаций, охлаждений до комнатной температуры и последующего старения. Деформацию после первого нагрева ведут со степенью 30-50%, охлаждают, повторно нагревают до температуры на 100-180°С выше температуры полиморфного превращения, деформируют со степенью 30-50%, охлаждают, нагревают до температуры на 10-70°С ниже температуры полиморфного превращения, охлаждают, нагревают до температуры на 120-200°С выше температуры полиморфного превращения, деформируют, охлаждают, нагревают до температуры на 20-60°С ниже температуры полиморфного превращения, деформируют со степенью 65-80%, охлаждают, повторно нагревают до температуры на 20-60°С ниже температуры полиморфного превращения, деформируют со степенью 20-35% и охлаждают (SU 1061510 опубл., 10.10.2015, C22F 1/18).
К недостаткам данного способа относятся недостаточные характеристики ударной вязкости (KCU) и удельной работы разрушения образца с трещиной при ударном изгибе (KCT) после обработки полуфабрикатов из титановых сплавов данным способом.
Известен способ термомеханической обработки титановых сплавов, включающий нагрев сплава до температуры выше 900°С, резкое охлаждение, холодную деформацию и старение при температуре 200-600°С от 10 секунд до 10 минут (US 2014290811 опубл., 02.10.2014, С22С 14/00).
Ближайшим аналогом заявленного изобретения является способ термомеханической обработки титановых сплавов и изделий из них, включающий многократные нагрев изделий из титановых сплавов до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения и деформацию в процессе охлаждения до температуры ниже температуры полиморфного превращения, выдержку и охлаждение, термомеханическую обработку проводят в шесть стадий, при этом на первых стадиях осуществляют: нагрев до температуры (Тпп+120-Тпп+270)°С, деформацию со степенью 50-70% при охлаждении до (Тпп-40-Тпп-100)°С; нагрев до температуры (Тпп+60-Тпп+160)°С, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Тпп-100-Тпп-180)°С; нагрев до температуры (Тпп-20-Тпп-40)°С, деформацию со степенью 10-30% при охлаждении до (Тпп-40-Тпп-160)°С; нагрев до температуры (Тпп+20-Тпп+50)°С, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Тпп-110-Тпп-130)°С; нагрев до температуры (Тпп+20-5-Тпп+50)°С, деформацию со степенью 30-70% при охлаждении до (Тпп-110-Тпп-130)°С; на шестой стадии проводят нагрев до (Тпп-400-Тпп-500°С) с выдержкой в течение 5-20 ч, где Тпп - температура полиморфного превращения (RU 2219280, опубл., 20.12.2003, C22F 1/18). Однако значения прочности, малоцикловой усталости, относительного удлинения, а также характеристики ударной вязкости (KCU) и удельной работы разрушения образца с трещиной при ударном изгибе (КСТ) после обработки полуфабрикатов из титановых сплавов данным способом все еще недостаточно высоки.
Технической задачей заявленного изобретения является разработка способа высокотемпературной термомеханической обработки титановых сплавов, обеспечивающих повышение характеристик, ресурса и надежности деталей и узлов летательных аппаратов.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении характеристик ударной вязкости, удельной работы разрушения образца с трещиной при ударном изгибе, а также значений малоцикловой усталости, относительного сужения и прочности.
Повышение ресурса и надежности деталей и узлов летательных аппаратов.
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что способ термомеханической обработки титановых сплавов включает многократные нагревы до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения, деформации, охлаждения до комнатной температуры и последующее старение. Первый нагрев осуществляют до температуры на 230-370°С выше температуры полиморфного превращения, выдерживают в течение 1-4 часа, проводят деформацию со степенью деформации 25-60% и охлаждение. Второй нагрев осуществляют до температуры на 90-200°С выше температуры полиморфного превращения, выдерживают в течение 3-40 мин, проводят деформацию со степенью деформации 25-60% и охлаждение. Третий нагрев осуществляют до температуры на 10-100°С ниже температуры полиморфного превращения, проводят деформацию и охлаждение. Четвертый нагрев осуществляют до температуры на 100-220°С выше температуры полиморфного превращения, выдерживают в течение 3-60 мин, проводят деформацию и охлаждение. Пятый нагрев осуществляют до температуры на 20-70°С ниже температуры полиморфного превращения, проводят деформацию со степенью деформации 60-90% и охлаждение, шестой нагрев осуществляют до температуры на 20-70°С ниже температуры полиморфного превращения, проводят деформацию со степенью деформации 20-40% и охлаждение.
Предпочтительно после третьего нагрева до температуры на 10-100°С ниже температуры полиморфного превращения проводят деформацию со степенью деформации 10-40%. После четвертого нагрева до температуры на 100-220°С выше температуры полиморфного превращения проводят деформацию со степенью деформации 20-80%.
В варианте выполнения многократные нагревы ведут со скоростями 0,06-0,10°С/с, а охлаждения - со скоростями 0,7-5,2°С/с.
В процессе первичного нагрева до температуры на 230-370°С выше температуры полиморфного превращения и выдержки 1-4 часа создается гомогенный β-твердый раствор. Деформацией 25-60% после первого и второго нагревов в β-области создается химический состав высокой степени однородности и исключается поверхностное растрескивание. При ограниченном времени выдержки 3-40 минут после нагрева до температуры на 90-200°С выше температуры плавления и 3-60 минут после нагрева до температуры на 100-200°С выше температуры плавления не происходит роста β-зерен. Деформацией после третьего и четвертого нагревов достигается создание высокой степени однородности макроструктуры. Деформацией со степенью 60-90% после пятого и шестого со степенью 20-40% нагревов достигается создание однородной мелкодисперсной микроструктуры. Нагрев со скоростью 0,06-0,10°С/с и охлаждение со скоростью 0,7-5,2°С/с обеспечивает требуемую степень метастабильности α- и β-твердых растворов.
Заявленный способ термомеханической обработки обеспечивает получение однородной регламентированной структуры; повышение характеристик работоспособности: ударную вязкость на 11,3-27,4%, удельную работу разрушения образца с трещиной при ударном изгибе на 20-35%, значения малоцикловой усталости на 5,3-21,3%, относительного сужения на 2,8-28,6% и прочности на 11,5-23,0%.
Примеры осуществления изобретения
Пример 1
Термомеханическую обработку проводят по следующему способу: нагрев до температуры деформирования со скоростью 0,06°С/с; охлаждение со скоростью 0,7°С/с; выдержка 1 час; I деформация - 30% при tпп +240°C; выдержка 5 мин; II - 25% при tпп +90°C; III - 20% при tпп -15°C; выдержка 7 мин; IV - 20% при tпп +110°C; V - 60% при tпп -20°C; VI - 20% при tпп -20°C; старение.
Пример 2
Термомеханическую обработку проводят по следующему способу: нагрев до температуры деформирования со скоростью 0,08°С/с; охлаждение со скоростью 5°С/с; выдержка 3 часа; I деформация - 55% при tпп +370°C; выдержка 30 мин; II деформация - 60% при tпп +200°C; III деформация - 40% при tпп -90°C; выдержка 50 мин; IV деформация - 80% при tпп +200°C; V деформация - 85% при tпп -70°C; VI дeфopмaция - 40% при tпп -70°C; старение.
Пример 3
Термомеханическую обработку проводят по следующему способу: нагрев до температуры деформирования со скоростью 0,09°С/с; охлаждение со скоростью 3°С/с; выдержка 2 часа; I деформация - 40% при tпп +290°C; выдержка 18 мин; II - 45% при tпп +140°C; III - 30% при tпп -50°C; выдержка 25 мин; IV - 40% при tпп +160°C; V - 70% при tпп -40°C; VI - 30-% при tпп -45°C; старение.
В таблице 1 приведены сравнительные характеристики механических свойств и предела выносливости после обработки по способу-прототипу и заявленному способу (примеры 1-3).
Как видно из таблицы 1, заявленный способ термомеханической обработки титановых сплавов повышает ударную вязкость на 11,3-27,4%, удельную работу разрушения образца с трещиной при ударном изгибе на 20-35%, значение малоцикловой усталости на 5,3-21,3%, относительного сужения на 2,8-28,6% и прочности на 11,5-23,0%.
Заявленный способ может быть применен в цветной металлургии при производстве титановых сплавов.
Claims (4)
1. Способ термомеханической обработки титановых сплавов, включающий многократные нагревы до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения, деформации, охлаждения до комнатной температуры и последующее старение, отличающийся тем, что первый нагрев осуществляют до температуры на 230-370°С выше температуры полиморфного превращения, выдерживают в течение 1-4 часа, проводят деформацию со степенью деформации 25-60% и охлаждение, второй нагрев осуществляют до температуры на 90-200°С выше температуры полиморфного превращения, выдерживают в течение 3-40 мин, проводят деформацию со степенью деформации 25-60% и охлаждение, третий нагрев осуществляют до температуры на 10-100°С ниже температуры полиморфного превращения, проводят деформацию и охлаждение, четвертый нагрев осуществляют до температуры на 100-220°С выше температуры полиморфного превращения, выдерживают в течение 3-60 мин, проводят деформацию и охлаждение, пятый нагрев осуществляют до температуры на 20-70°С ниже температуры полиморфного превращения, проводят деформацию со степенью деформации 60-90% и охлаждение, шестой нагрев осуществляют до температуры на 20-70°С ниже температуры полиморфного превращения, проводят деформацию со степенью деформации 20-40% и охлаждение.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после третьего нагрева до температуры на 10-100°С ниже температуры полиморфного превращения проводят деформацию со степенью деформации 10-40%.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что после четвертого нагрева до температуры на 100-220°С выше температуры полиморфного превращения проводят деформацию со степенью деформации 20-80%.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что многократные нагревы ведут со скоростями 0,06-0,10°С/с, а охлаждения - со скоростями 0,7-5,2°С/с.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016128782A RU2647071C2 (ru) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | Способ термомеханической обработки титановых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016128782A RU2647071C2 (ru) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | Способ термомеханической обработки титановых сплавов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2647071C2 true RU2647071C2 (ru) | 2018-03-13 |
Family
ID=61629333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016128782A RU2647071C2 (ru) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | Способ термомеханической обработки титановых сплавов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2647071C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2219280C2 (ru) * | 2002-03-14 | 2003-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Способ термомеханической обработки титановых сплавов |
| RU2369661C2 (ru) * | 2007-11-28 | 2009-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ термомеханической обработки титановых сплавов |
| RU2457273C1 (ru) * | 2011-04-05 | 2012-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ термомеханической обработки изделий из титановых сплавов |
| WO2014093009A1 (en) * | 2012-12-14 | 2014-06-19 | Ati Properties, Inc. | Methods for processing titanium alloys |
| US20140261922A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Ati Properties, Inc. | Thermomechanical processing of alpha-beta titanium alloys |
-
2016
- 2016-07-14 RU RU2016128782A patent/RU2647071C2/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2219280C2 (ru) * | 2002-03-14 | 2003-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Способ термомеханической обработки титановых сплавов |
| RU2369661C2 (ru) * | 2007-11-28 | 2009-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ термомеханической обработки титановых сплавов |
| RU2457273C1 (ru) * | 2011-04-05 | 2012-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ термомеханической обработки изделий из титановых сплавов |
| WO2014093009A1 (en) * | 2012-12-14 | 2014-06-19 | Ati Properties, Inc. | Methods for processing titanium alloys |
| US20140261922A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Ati Properties, Inc. | Thermomechanical processing of alpha-beta titanium alloys |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5985754B2 (ja) | Ｎｉ基合金製品とその製造方法 | |
| US10196725B2 (en) | Method for the production of a highly stressable component from an α+γ-titanium aluminide alloy for reciprocating-piston engines and gas turbines, especially aircraft engines | |
| Jiang et al. | Non-isothermal ageing of an Al–8Zn–2Mg–2Cu alloy for enhanced properties | |
| CN109112449A (zh) | 一种消除铝合金模锻件残余应力的方法 | |
| US20170088926A1 (en) | Nickel Based Superalloy With High Volume Fraction of Precipitate Phase | |
| CN104694863B (zh) | 一种钛合金的热处理方法 | |
| CN104099455B (zh) | 沉淀硬化不锈钢高强韧非等温热处理方法 | |
| JP2014161861A (ja) | Ｎｉ基耐熱合金部材の自由鍛造加工方法 | |
| JP2015193870A (ja) | Ｆｅ−Ｎｉ基超耐熱合金の製造方法 | |
| CN102758160B (zh) | 一种在近α钛合金中获得三态组织的方法 | |
| CN102643975B (zh) | 一种NiCrMoV钢锻件晶粒细化的热处理方法 | |
| US8790473B2 (en) | Method for forging metal alloy components for improved and uniform grain refinement and strength | |
| RU2567968C2 (ru) | Способ изготовления никелевых суперсплавов типа inconel 718 | |
| CN107090569A (zh) | 制备高强度硬铝合金的热处理工艺 | |
| CN107130195A (zh) | 一种2a70铝合金锻件热处理工艺 | |
| RU2647071C2 (ru) | Способ термомеханической обработки титановых сплавов | |
| JP2017078216A (ja) | 耐熱性アルミニウム合金材の製造方法 | |
| CN109055794B (zh) | 一种高强铝合金铆钉的t7x热处理方法 | |
| JP6189314B2 (ja) | ＴＡ６Ｚｒ４ＤＥチタン合金製部品の製造方法 | |
| RU2595079C1 (ru) | СПОСОБ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ (α+β) ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ | |
| RU2562186C1 (ru) | Способ получения деформируемой заготовки из титанового сплава | |
| RU2520924C1 (ru) | Способ изготовления поковок дисков из сплава алюминия титана на основе орто-фазы | |
| RU2615102C1 (ru) | Способ высокотемпературной термомеханической обработки (α+β)-титановых сплавов | |
| DE102018209881A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines geschmiedeten Bauteils aus einer TiAl-Legierung | |
| RU2801383C1 (ru) | Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе алюминида Ti2AlNb |