RU2660461C1

RU2660461C1 - METHOD FOR MANUFACTURING PARTS OF TITANIUM PSEUDO-α-ALLOYS

Info

Publication number: RU2660461C1
Application number: RU2017114203A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Виноградов; Александр Иванович Маслов; Сергей Владимирович Шалыга; Александр Владимирович Шишурин; Владимир Георгиевич Бабашов; Георгий Борисович Меньков
Original assignee: Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2018-07-06

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention can be used to produce complex shape parts by superplastic stamping. Vacuum-arc smelting of the ingot form alloy VT20 and the part is produced by superplastic deformation of the ingot at a strain rate of 10^-4 s^-1 followed by heat treatment. While the vacuum-arc smelting of the ingot, a ligature (Ti-Al-Gd) is introduced into the alloy composition. Superplastic deformation is carried out at a temperature of 800 to 900 °C, and the heat treatment – at a temperature of 800 to 850 °C followed by exposure at a temperature of 400 to 500 °C until (α+β)-phase of the titanium alloy is obtained.

EFFECT: invention provides increased strength properties, elasticity modulus and corrosion resistance of parts made of titanium pseudo-α-alloy VT20 due to selecting its alloying composition.

1 cl

Description

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам получения деталей или изделий с регламентированной структурой, и может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической штамповки (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 process of superplastic stamping (molding) of complex shapes.

В этом отношении титановые сплавы, обладающие высокой удельной прочностью и коррозионной стойкостью, являются наиболее широко используемыми конструкционными материалами, особенно в авиационном и ракетно-космическом машиностроении.In this regard, titanium alloys with high specific strength and corrosion resistance are the most widely used structural materials, especially in aviation and rocket and space engineering.

Спектр произведенных изделий включает лопасти сложных форм, фланцы, полые цилиндры, элементы панелей, мотогондолы, люки, двери и т.д. Во время эксплуатации вышеупомянутые изделия подвергаются влиянию высоких и низких температур, больших нагрузок на элементы конструкции, влиянию агрессивных сред и т.д. Все эти задачи могут быть эффективно решены путем внедрения высокоэффективных и малоотходных технологий производства металлических деталей и изделий, работающих на основе использовании эффекта сверхпластичности. Штамповка (формовка) в условиях сверхпластичности дает возможность упростить процесс изготовления отдельных деталей и изделий элементов конструкции ЛА, а также сократить технологические расходы.The range of manufactured products includes blades of complex shapes, flanges, hollow cylinders, panel elements, engine nacelles, hatches, doors, etc. During operation, the aforementioned products are exposed to high and low temperatures, high loads on structural elements, the influence of aggressive environments, etc. All these tasks can be effectively solved by introducing highly efficient and low-waste technologies for the production of metal parts and products based on the use of superplasticity. Stamping (molding) under conditions of superplasticity makes it possible to simplify the manufacturing process of individual parts and products of aircraft structural elements, as well as reduce technological costs.

Некоторые из высокопрочных титановых сплавов применяются в изготовлении элементов конструкции летательных аппаратов, в частности самолеты серии «СУ», (лонжероны, панели мотогондол, люков, дверей и т.д.). В связи с этим разрабатываются новые методы и средства для повышения срока службы элементов конструкций, выполненных из титановых псевдо - α - сплавов.Some of the high-strength titanium alloys are used in the manufacture of structural elements of aircraft, in particular aircraft of the SU series, (spars, panels of engine nacelles, hatches, doors, etc.). In this regard, new methods and tools are being developed to increase the service life of structural elements made of titanium pseudo - α - alloys.

Псевдо - α - сплавы содержат небольшие количества алюминия и малые концентрации β-стабилизаторов, что позволяет им сохранить при операции формовки высокую технологичность, близкую к технологичности чистого титана. Эти сплавы хорошо свариваются всеми видами сварки, к тому же они дешевле всех других разновидностей титановых сплавов, что делает их предпочтительней при производстве изделий массового или серийного производства. К недостаткам титановых псевдо - α - сплавов можно отнести недостаточную прочность и склонность к водородной хрупкости.Pseudo - α - alloys contain small amounts of aluminum and small concentrations of β-stabilizers, which allows them to maintain high processability close to that of pure titanium during the molding operation. These alloys are well welded by all types of welding, in addition, they are cheaper than all other varieties of titanium alloys, which makes them preferable in the production of mass or mass production. The disadvantages of titanium pseudo - α - alloys include insufficient strength and a tendency to hydrogen embrittlement.

Известны способы изготовления деталей из эвтектоидных титановых сплавов (ВТ3-1, ВТ6, ВТ22 и др.) методом сверхпластической деформации (формовки) и диффузионной сварки (А.с. СССР №1577378, C22F 1/04, 1988; А.с. СССР №1759583, В23K 20/14, 1990; патент США №4582244, 1985; European Patent №0568201, 1993).Known methods for the manufacture of parts from eutectoid titanium alloys (VT3-1, VT6, VT22, etc.) by the method of superplastic deformation (molding) and diffusion welding (A.S. USSR No. 1577378, C22F 1/04, 1988; A.S. USSR No. 1759583, B23K 20/14, 1990; US Pat. No. 4,582,244, 1985; European Patent No. 0568201, 1993).

Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2569441, В23K 20/14, 2015, которое было принято авторами за ближайший аналог.The closest set of essential features is the technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2569441, B23K 20/14, 2015, which was adopted by the authors for the closest analogue.

Недостатком данного способа является то, что при использовании заготовок из титанового псевдо - α - сплава ВТ20, применяемая технология не позволяет получить необходимые прочностные характеристики готовых деталей и изделий.The disadvantage of this method is that when using billets of titanium pseudo - α - alloy VT20, the technology used does not allow to obtain the necessary strength characteristics of finished parts and products.

Это связано с тем, что в этих условиях формовки получается минимальное растворное состояние α-фазы, в связи с чем временное сопротивление разрыву микроструктуры сплава ВТ20 существенно снижается с повышением температуры.This is due to the fact that under these molding conditions, the minimum solution state of the α phase is obtained, and therefore the temporary tensile strength of the microstructure of the VT20 alloy substantially decreases with increasing temperature.

Технической задачей является повышение прочностных свойств, модуля упругости, коррозионной стойкости деталей из титанового псевдо - α - сплава ВТ20, за счет выбора дополнительного, оптимального для данной технологии, состава легирования.The technical task is to increase the strength properties, elastic modulus, corrosion resistance of parts made of titanium pseudo - α - VT20 alloy, due to the choice of an additional alloying composition that is optimal for this technology.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Для изготовления деталей и изделий в способе, заключающемся в том, что слитки для изготовления деталей выплавляют вакуумно-дуговым методом, а детали изготавливают сверхпластичной деформацией при заданных температурах и скоростях деформации 10^-4с^-1 с последующей термической обработкой при определенных температурах и выдержкой, вакуумно-дуговую выплавку слитков производят с дополнительными химическими элементами легирования (Ti-Al-Gd), сверхпластическую деформацию производят при температуре от 800 до 900°С, а термическую обработку при температуре от 800 до 850°С и продолжительности выдержки от 400 до 500°С.For the manufacture of parts and products in a method consisting in the fact that the ingots for the manufacture of parts are smelted by the vacuum-arc method, and the parts are produced by superplastic deformation at given temperatures and strain rates of 10 ^-4 s ^-1 followed by heat treatment at certain temperatures and holding time, vacuum-arc smelting of ingots is carried out with additional chemical alloying elements (Ti-Al-Gd), superplastic deformation is performed at a temperature of 800 to 900 ° C, and heat treatment at a rate of Aturi from 800 to 850 ° C and a residence time of 400 to 500 ° C.

Структурный анализ показал, что растворный состав крупнозернистой α-фазы превратился в мелкозернистую структуру по краям α-фазы, что характерно для титановых (α+β)-сплавов. Таким образом, благодаря введению в химический состав псевдо - α - сплава ВТ20 дополнительных легирующих элементов (Ti-Al-Gd) повышаются прочностные характеристики, модуль упругости и коррозионная стойкость, что делает возможным производить детали и изделия элементов летательных аппаратов из дешевых псевдо - α - сплавов, и при этом не снижая характеристик более прочных (α+β)-титановых сплавов.Structural analysis showed that the solution composition of the coarse-grained α-phase turned into a fine-grained structure at the edges of the α-phase, which is typical for titanium (α + β) alloys. Thus, due to the introduction of additional alloying elements (Ti-Al-Gd) into the chemical composition of the pseudo-α-VT20 alloy, the strength characteristics, elastic modulus and corrosion resistance are increased, which makes it possible to produce parts and products of aircraft components from cheap pseudo-α - alloys, and without reducing the characteristics of more durable (α + β) -titanium alloys.

Claims

A method of manufacturing parts from a titanium pseudo - α - alloy, including vacuum arc smelting of an ingot from VT20 alloy, manufacturing a part by superplastic deformation of an ingot at a given temperature and strain rate of 10 ^-4 s ^-1 , followed by heat treatment at certain temperatures and holding, characterized in that in a vacuum arc smelting of an ingot, a ligature (Ti-Al-Gd) is introduced into the alloy, superplastic deformation is performed at a temperature of 800 to 900 ° C, and heat treatment is performed at a temperature of 800 to 850 ° C with leduyuschey heating at a temperature of from 400 to 500 ° C to obtain (α + β) -phase titanium alloy.