RU2688109C2 - Methods for processing titanium alloys - Google Patents
Methods for processing titanium alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688109C2 RU2688109C2 RU2017140315A RU2017140315A RU2688109C2 RU 2688109 C2 RU2688109 C2 RU 2688109C2 RU 2017140315 A RU2017140315 A RU 2017140315A RU 2017140315 A RU2017140315 A RU 2017140315A RU 2688109 C2 RU2688109 C2 RU 2688109C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- forging
- workpiece
- temperature
- beta
- press
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 189
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 140
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims abstract description 656
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 209
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 96
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 55
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 125
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 125
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 67
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 40
- 238000009497 press forging Methods 0.000 claims description 28
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 15
- 229910001040 Beta-titanium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 65
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 63
- 230000008569 process Effects 0.000 description 36
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 32
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 21
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 20
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 16
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 13
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 10
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 10
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 7
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 6
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 6
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 241001103870 Adia Species 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012777 commercial manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011067 equilibration Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 238000003913 materials processing Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Forging (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
[0001] Настоящее изобретение было осуществлено при поддержке правительством Соединенных Штатов по контракту NIST № 70NANB7H7038, заключенным с Национальным институтом стандартов и технологии (NIST) Министерства торговли США. Правительство США может иметь определенные права в настоящем изобретении.[0001] The present invention has been implemented with the support of the United States government under the NIST contract No. 70NANB7H7038 concluded with the National Institute of Standards and Technology (NIST) of the US Department of Commerce The US government may have certain rights in the present invention.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD
[0002] Настоящее изобретение относится к способам обработки сплавов титана.[0002] The present invention relates to methods for treating titanium alloys.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
[0003] Способы изготовления титана и его сплавов, имеющих крупнозернистую (CG), мелкозернистую (FG), очень мелкозернистую (VFG) или сверхмелкозернистую (UFG) микроструктуру, охватывают использование многократных этапов повторного нагревания и ковки. Этапы ковки могут включать один или большее количество этапов ковки осадкой в дополнение к ковке вытяжкой на прессе с открытым штампом.[0003] Methods for making titanium and its alloys having a coarse-grained (CG), fine-grained (FG), very fine-grained (VFG) or ultrafine-grained (UFG) microstructure, involve the use of multiple reheating and forging steps. The forging steps may include one or more sediment forging steps in addition to stretch forging on an open die press.
[0004] В настоящей заявке использованы относящиеся к микроструктуре сплавов титана следующие термины: термин "грубое зерно", относящийся к размерам альфа-зерна в диапазоне от 400 мкм и меньше до больше, чем примерно 14 мкм; термин "мелкое зерно", относящийся к размерам альфа-зерна в диапазоне от 14 мкм и меньше до больше, чем 10 мкм; термин "очень мелкое зерно", относящийся к размерам альфа-зерна в диапазоне от 10 мкм и меньше до больше, чем 4,0 мкм; и термин "сверхмелкое зерно", относящийся к размерам альфа-зерна 4,0 мкм или меньше.[0004] In this application, the following terms referring to the microstructure of titanium alloys are used: the term “coarse grain” refers to alpha grain sizes in the range of 400 μm and less to more than about 14 μm; the term "fine grains", referring to the size of alpha grains in the range of 14 microns and less to more than 10 microns; the term "very fine grain", referring to the size of alpha-grains in the range of 10 μm and less to more than 4.0 μm; and the term "ultrafine grain", referring to alpha grain sizes 4.0 μm or less.
[0005] В известных коммерческих способах ковки титана и сплавов титана для формирования крупнозернистых или мелкозернистых микроструктур используют скорости деформации от 0,03 с-1 до 0,10 с-1 с применением многократных этапов повторных нагревов и ковки.[0005] In the known commercial methods of forging titanium and titanium alloys, for forming coarse-grained or fine-grained microstructures, strain rates range from 0.03 s -1 to 0.10 s -1 using multiple reheating and forging steps.
[0006] В известных способах, предназначенных для изготовления мелкозернистой, очень мелкозернистой или сверхмелкозернистой микроструктур, применяют процесс всесторонней ковки (MAF) с ультрамедленной скоростью деформации 0,001 с-1 или медленнее (как описано, например, в Materials Science Forum ("Форуме научных материалов") (Салищев Г. и др.), издание 584-586, стр. 783-788 (2008)). Комплексный процесс всесторонней ковки описан, например, в публикации C. Desrayaud, и др., Journal of Materials Processing Technology ("Журнал материалов по технологии обработки"), 172, стр. 152-156 (2006).[0006] In the known methods for manufacturing fine-grained, very fine-grained or ultrafine microstructures, a comprehensive forging (MAF) process is used with an ultra-slow strain rate of 0.001 s -1 or slower (as described, for example, in the Materials Science Forum ") (G. Salishchev et al.), Edition 584-586, p. 783-788 (2008)). A comprehensive comprehensive forging process is described, for example, in C. Desrayaud, et al., Journal of Materials Processing Technology, 172, pp. 152-156 (2006).
[0007] Ключевой для измельчения зерна в процессе всесторонней ковки с ультрамедленной скоростью деформации является способность непрерывной работы в режиме динамической рекристаллизации, что является результатом ультрамедленных используемых скоростей деформации, т.е. 0,001 с-1 или медленнее. Во время динамической рекристаллизации происходит одновременное образование ядра зерен, их рост и накапливание дислокации. Генерация дислокаций в свежеобразованном зерне непрерывно уменьшает движущую силу для роста зерна, и зародышеобразование зерна является энергетически благоприятным. В процессе всесторонней ковки с ультрамедленной скоростью деформации используют динамическую рекристаллизацию для непрерывной рекристаллизации зерен во время ковки.[0007] The key to grinding grain in the process of comprehensive forging with ultra slow strain rates is the ability to work continuously in the mode of dynamic recrystallization, which is the result of the ultra slow strain rates used, i.e. 0.001 s -1 or slower. During dynamic recrystallization, the simultaneous formation of a kernel of grains, their growth and accumulation of dislocations occur. The generation of dislocations in freshly formed grains continuously reduces the driving force for grain growth, and the nucleation of grains is energetically favorable. In the process of comprehensive forging with ultra-slow strain rates, dynamic recrystallization is used to continuously recrystallize the grains during forging.
[0008] Относительно однородные кубы сверхмелкозернистого сплава Ti-6-4 (UNS R56400) могут быть изготовлены с использованием способа всесторонней ковки с ультрамедленной скоростью деформации, но совокупное время, потраченное для выполнения этапы всесторонней ковки, может быть слишком большим для случаев коммерческого применения. Кроме того, характеристики известного крупногабаритного имеющегося в продаже ковочно-прессового оборудования с открытыми штампами могут не обеспечивать возможность применения ультрамедленных скоростей деформации, требуемых в таких вариантах реализации, и, таким образом, для выполнения всесторонней ковки коммерческих партий изделий с использованием ультрамедленной скорости деформации может потребоваться специализированное ковочное оборудование.[0008] The relatively homogeneous cubes of the Ti-6-4 ultrafine alloy (UNS R56400) can be made using a comprehensive forging method with an ultra-slow strain rate, but the cumulative time spent on performing the comprehensive forging stages may be too large for commercial applications. In addition, the characteristics of a known large-size, commercially available forging equipment with open dies may not provide the ability to use the ultra slow strain rates required in such embodiments, and thus complete forging of commercial batches of products using ultra slow strain may be required specialized forging equipment.
[0009] Таким образом, задача настоящего изобретения предпочтительно состоит в создании способа изготовления сплавов титана, имеющих крупнозернистую, мелкозернистую, очень мелкозернистую или сверхмелкозернистую микроструктуру, для которого не требуются многократные повторные нагревания и который допускает использование повышенных скоростей деформации, сокращает время, необходимое для обработки, и/или избавляет от необходимости использования специализированного ковочного оборудования.[0009] Thus, the object of the present invention is preferably to provide a method for manufacturing titanium alloys having a coarse-grained, fine-grained, very fine-grained or ultrafine-grained microstructure, which does not require repeated reheatings and which allows the use of increased deformation rates, reduces the time required for processing , and / or eliminates the need to use specialized forging equipment.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF INVENTION
[0010] Согласно неограничивающему аспекту настоящего изобретения (раскрытия) способ измельчения размера зерна заготовки, содержащей сплав титана, включает бета-отжиг заготовки. После бета-отжига заготовку охлаждают до температуры ниже температуры бета-перехода сплава титана. Затем заготовку подвергают всесторонней ковке. Всесторонняя ковка включает этапы, согласно которым: выполняют ковку заготовки на прессе при температуре ковки заготовки, находящейся в диапазоне температур ковки заготовки, в направлении первой ортогональной оси заготовки со скоростью деформации, достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, выполняют ковку заготовки на прессе при температуре ковки заготовки, находящейся в диапазоне температур ковки заготовки, в направлении второй ортогональной оси заготовки со скоростью деформации, достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, и выполняют ковку заготовки на прессе при температуре ковки заготовки, находящейся в диапазоне температур ковки заготовки, в направлении третьей ортогональной оси заготовки со скоростью деформации, достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки. Необязательно, между последовательными этапами ковки на прессе обеспечивают возможность охлаждения адиабатически нагретой внутренней области заготовки до температуры ковки заготовки или близкой к ней в диапазоне температур ковки заготовки и нагревают наружную поверхность заготовки до температуры ковки заготовки или близкой к ней в диапазоне температур ковки заготовки. Повторяют по меньшей мере один из этапов ковки на прессе, пока в заготовке не будет достигнута суммарная деформация по меньшей мере 1,0. Согласно другому неограничивающему варианту реализации повторяют по меньшей мере один из этапов ковки на прессе, пока по меньшей мере в одной области заготовки не будет достигнута суммарная деформация в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5. Согласно одному неограничивающему варианту реализации скорость деформации, используемая во время ковки на прессе, находится в диапазоне от 0,2 с-1 до 0,8 с-1.[0010] According to a non-limiting aspect of the present invention (disclosure), a method of grinding a grain size of a billet containing a titanium alloy includes beta-annealing the billet. After beta annealing, the billet is cooled to a temperature below the beta transition temperature of the titanium alloy. Then the workpiece is subjected to comprehensive forging. Comprehensive forging includes the steps according to which: perform the forging of the workpiece in a press at the temperature of the forging of the workpiece located in the temperature range of the forging of the workpiece in the direction of the first orthogonal axis of the workpiece with a deformation rate sufficient for adiabatic heating of the inner region of the workpiece, forging the workpiece in the press at a temperature forging a workpiece located in the temperature range of the forging workpiece in the direction of the second orthogonal axis of the workpiece with a deformation rate sufficient for adia batic heating of the internal area of the workpiece, and forging the workpiece on a press at the temperature of the forging of the workpiece in the temperature range of the forging of the workpiece in the direction of the third orthogonal axis of the workpiece with a deformation rate sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece. Optionally, between successive forging stages in the press, the adiabatically heated inner region of the workpiece is cooled to or below the forging temperature of the workpiece in the forging temperature range of the workpiece and the outer surface of the workpiece is heated to the workpiece forging temperature or near it. At least one of the forging steps in the press is repeated until a total deformation of at least 1.0 is achieved in the workpiece. According to another non-limiting implementation variant, at least one of the forging steps in the press is repeated until a total strain in the range from at least 1.0 to less than 3.5 is achieved in at least one area of the workpiece. According to one non-limiting embodiment, the strain rate used during press forging is in the range of 0.2 s −1 to 0.8 s −1 .
[0011] Согласно другому неограничивающему аспекту настоящего изобретения неограничивающий вариант реализации способа измельчения размера зерна заготовки, содержащей сплав титана, включает этап бета-отжига заготовки. После бета-отжига заготовку охлаждают до температуры ниже температуры бета-перехода сплава титана. Затем заготовку подвергают всесторонней ковке с использованием последовательности, включающей следующие этапы ковки.[0011] According to another non-limiting aspect of the present invention, a non-limiting embodiment of a method for grinding a grain size of a billet containing a titanium alloy includes a step of annealing the billet. After beta annealing, the billet is cooled to a temperature below the beta transition temperature of the titanium alloy. Then, the workpiece is subjected to comprehensive forging using a sequence that includes the following forging steps.
[0012] Выполняют ковку заготовки на прессе при температуре ковки заготовки, находящейся в диапазоне температур ковки заготовки, в направлении первой ортогональной оси А заготовки для блокированной осадки до основной осаженной высоты со скоростью деформации, достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки. Используемая в настоящей заявке основная осаженная высота после осадки представляет собой расстояние, равное требуемому конечному размеру после ковки, для каждой ортогональной оси заготовки.[0012] Carry out the forging of the workpiece on the press at the temperature of the forging of the workpiece in the temperature range of the forging of the workpiece in the direction of the first orthogonal axis A of the workpiece for blocked precipitation to the main deposited height with a deformation rate sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece. Used in this application, the main besieged height after precipitation is a distance equal to the desired final size after forging, for each orthogonal axis of the workpiece.
[0013] Выполняют ковку заготовки на прессе при температуре ковки заготовки в диапазоне температур ковки заготовки в направлении второй ортогональной оси В заготовки для блокированной осадки до первой осаженной высоты. Первую блокированную осадку применяют для возвращения заготовки по существу к форме заготовки перед ковкой. Несмотря на то, что скорость деформации при первой блокированной осадке может быть достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатический нагрев во время первой блокированной осадки может не наблюдаться, поскольку суммарная деформация, созданная при первой блокированной осадке, может оказаться недостаточной для значительного адиабатического нагревания заготовки. Первая осаженная высота блокированной осадки больше, чем основная осаженная высота осадки.[0013] Carry out the forging of the workpiece on the press at the temperature of the forging of the workpiece in the temperature range of the forging of the workpiece in the direction of the second orthogonal axis B of the workpiece for blocked draft to the first besieged height. The first blocked draft is used to return the billet essentially to the shape of the billet prior to forging. Although the strain rate during the first blocked draft may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation variant, adiabatic heating during the first blocked draft may not be observed, since the total deformation created during the first blocked draft may be insufficient for significant adiabatic heating of the workpiece. The first deposited height of the blocked precipitation is greater than the main precipitated height of the precipitation.
[0014] Выполняют ковку заготовки на прессе при температуре ковки заготовки в диапазоне температур ковки заготовки в направлении третьей ортогональной оси С заготовки для блокированной осадки до второй осаженной высоты. Вторая блокированная осадка применена для возвращения заготовки по существу к форме заготовки перед ковкой. Несмотря на то, что скорость деформации при второй блокированной осадке может быть достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатический нагрев во время второй блокированной осадки может не наблюдаться, поскольку суммарная деформация, созданная при второй блокированной осадке, может оказаться недостаточной для значительного адиабатического нагревания заготовки. Вторая осаженная высота блокированной осадки больше, чем основная осаженная высота осадки.[0014] Carry out the forging of the workpiece on the press at the temperature of the forging of the workpiece in the temperature range of the forging of the workpiece in the direction of the third orthogonal C axis of the workpiece for blocked precipitation to a second upset height. The second blocked sediment is applied to return the workpiece essentially to the shape of the workpiece before forging. Although the strain rate during the second blocked draft may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation, adiabatic heating during the second blocked draft may not be observed, since the total strain created during the second blocked draft may be insufficient for significant adiabatic heating of the workpiece. The second deposited height of the blocked precipitation is greater than the main precipitated height of the precipitation.
[0015] Выполняют ковку заготовки на прессе при температуре ковки заготовки, находящейся в диапазоне температур ковки заготовки, в направлении второй ортогональной оси В заготовки для блокированной осадки до основной осаженной высоты со скоростью деформации, достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки.[0015] Carry out the forging of the workpiece on the press at the temperature of the forging of the workpiece in the temperature range of the forging of the workpiece in the direction of the second orthogonal axis B of the workpiece for blocked sediment to the main deposited height with a deformation rate sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece.
[0016] Выполняют ковку заготовки на прессе при температуре ковки заготовки в диапазоне температур ковки заготовки в направлении третьей ортогональной оси С заготовки для блокированной осадки до первой осаженной высоты. Первую блокированную осадку применяют для возвращения заготовки по существу к форме заготовки перед ковкой. Несмотря на то, что скорость деформации при первой блокированной осадке может быть достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатический нагрев во время первой блокированной осадки может не наблюдаться, поскольку суммарная деформация, созданная при первой блокированной осадке, может оказаться недостаточной для значительного адиабатического нагревания заготовки. Первая осаженная высота блокированной осадки больше, чем основная осаженная высота осадки.[0016] Carry out the forging of the workpiece on the press at the temperature of the forging of the workpiece in the temperature range of the forging of the workpiece in the direction of the third orthogonal C axis of the workpiece for blocked draft to the first besieged height. The first blocked draft is used to return the billet essentially to the shape of the billet prior to forging. Although the strain rate during the first blocked draft may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation variant, adiabatic heating during the first blocked draft may not be observed, since the total deformation created during the first blocked draft may be insufficient for significant adiabatic heating of the workpiece. The first deposited height of the blocked precipitation is greater than the main precipitated height of the precipitation.
[0017] Выполняют ковку заготовки на прессе при температуре ковки заготовки в диапазоне температур ковки заготовки в направлении первой ортогональной оси А заготовки для второй блокированной осадки до второй осаженной высоты. Вторую блокированную осадку применяют для возвращения заготовки по существу к форме заготовки перед ковкой. Несмотря на то, что скорость деформации при второй блокированной осадке может быть достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатический нагрев во время второй блокированной осадки может не наблюдаться, поскольку суммарная деформация, созданная при второй блокированной осадке, может оказаться недостаточной для значительного адиабатического нагревания заготовки. Вторая осаженная высота блокированной осадки больше, чем основная осаженная высота осадки.[0017] Carry out the forging of the workpiece on the press at the temperature of the forging of the workpiece in the temperature range of the forging of the workpiece in the direction of the first orthogonal axis A of the workpiece for the second blocked draft to the second upset height. The second blocked draft is used to return the billet essentially to the shape of the billet prior to forging. Although the strain rate during the second blocked draft may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation, adiabatic heating during the second blocked draft may not be observed, since the total strain created during the second blocked draft may be insufficient for significant adiabatic heating of the workpiece. The second deposited height of the blocked precipitation is greater than the main precipitated height of the precipitation.
[0018] Выполняют ковку заготовки на прессе при температуре ковки заготовки, находящейся в диапазоне температур ковки заготовки, в направлении третьей ортогональной оси С заготовки для блокированной осадки до основной осаженной высоты со скоростью деформации, достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки.[0018] Carry out the forging of the workpiece on the press at the temperature of the forging of the workpiece in the temperature range of the forging of the workpiece in the direction of the third orthogonal axis C of the workpiece for blocked draft to the main deposited height with a deformation rate sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece.
[0019] Выполняют ковку заготовки на прессе при температуре ковки заготовки в диапазоне температур ковки заготовки в направлении первой ортогональной оси А заготовки для первой блокированной осадки до первой осаженной высоты. Первую блокированную осадку применяют для возвращения заготовки по существу к форме заготовки перед ковкой. Несмотря на то, что скорость деформации при первой блокированной осадке может быть достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатический нагрев во время первой блокированной осадки может не наблюдаться, поскольку суммарная деформация, созданная при первой блокированной осадке, может оказаться недостаточной для значительного адиабатического нагревания заготовки. Первая осаженная высота блокированной осадки больше, чем основная осаженная высота осадки.[0019] Carry out the forging of the workpiece on the press at the temperature of the forging of the workpiece in the temperature range of the forging of the workpiece in the direction of the first orthogonal axis A of the workpiece for the first blocked draft to the first besieged height. The first blocked draft is used to return the billet essentially to the shape of the billet prior to forging. Although the strain rate during the first blocked draft may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation variant, adiabatic heating during the first blocked draft may not be observed, since the total deformation created during the first blocked draft may be insufficient for significant adiabatic heating of the workpiece. The first deposited height of the blocked precipitation is greater than the main precipitated height of the precipitation.
[0020] Выполняют ковку заготовки на прессе при температуре ковки заготовки в диапазоне температур ковки заготовки в направлении второй ортогональной оси В заготовки для второй блокированной осадки до второй осаженной высоты. Вторую блокированную осадку применяют для возвращения заготовки по существу к форме заготовки перед ковкой. Несмотря на то, что скорость деформации при второй блокированной осадке может быть достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатический нагрев во время второй блокированной осадки может не наблюдаться, поскольку суммарная деформация, созданная при второй блокированной осадке, может оказаться недостаточной для значительного адиабатического нагревания заготовки. Вторая осаженная высота блокированной осадки больше, чем основная осаженная высота осадки.[0020] Carry out the forging of the workpiece on the press at the temperature of the forging of the workpiece in the temperature range of the forging of the workpiece in the direction of the second orthogonal axis B of the workpiece for the second blocked draft to the second upset height. The second blocked draft is used to return the billet essentially to the shape of the billet prior to forging. Although the strain rate during the second blocked draft may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation, adiabatic heating during the second blocked draft may not be observed, since the total strain created during the second blocked draft may be insufficient for significant adiabatic heating of the workpiece. The second deposited height of the blocked precipitation is greater than the main precipitated height of the precipitation.
[0021] Необязательно, между последовательными этапам ковки на прессе согласно предшествующему варианту реализации способа обеспечивают возможность охлаждения адиабатически нагретой внутренней области заготовки примерно до температуры ковки заготовки в диапазоне температур ковки заготовки и нагревают наружную поверхность заготовки примерно до температуры ковки заготовки в диапазоне температур ковки заготовки. Повторяют по меньшей мере один из этапов ковки на прессе согласно одному варианту реализации, пока по меньшей мере в одной области заготовки не будет достигнута суммарная деформация по меньшей мере 1,0. Согласно одному неограничивающему варианту реализации повторяют по меньшей мере один из этапов ковки на прессе, пока по меньшей мере в одной области заготовки не будет достигнута суммарная деформация в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше чем 3,5. Согласно одному неограничивающему варианту реализации скорость деформации, используемая во время ковки на прессе, находится в диапазоне от 0,2 с-1 до 0,8 с-1.[0021] Optionally, between successive forging steps in a press according to a previous embodiment of the method, the adiabatically heated inner region of the workpiece is cooled to approximately the forging temperature of the workpiece in the forging temperature range of the workpiece and heated to the forging temperature of the workpiece in the forging temperature range of the workpiece. At least one of the forging steps in the press is repeated according to one embodiment, until a total strain of at least 1.0 is achieved in at least one area of the workpiece. According to one non-limiting embodiment, at least one of the forging steps in the press is repeated until a total strain in the range from at least 1.0 to less than 3.5 is achieved in at least one area of the workpiece. According to one non-limiting embodiment, the strain rate used during press forging is in the range of 0.2 s −1 to 0.8 s −1 .
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0022] Особенности и преимущества устройства и способов, описанных в настоящей заявке, могут быть лучше поняты со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:[0022] The features and advantages of the device and methods described in this application can be better understood with reference to the accompanying drawings, in which:
[0023] На фиг. 1 показан график теоретического расчета объемной долевой концентрации равновесной альфа-фазы, присутствующей в сплавах Ti-6-4, Ti-6-2-4-6 и Ti-6-2-4-2, в зависимости от температуры;[0023] FIG. 1 shows a graph of the theoretical calculation of the volume fractional concentration of the equilibrium alpha phase present in Ti-6-4, Ti-6-2-4-6 and Ti-6-2-4-2 alloys, depending on temperature;
[0024] На фиг. 2 показана блок-схема, в которой перечислены этапы одного неограничивающего варианта реализации способа обработки сплавов титана согласно настоящему изобретению;[0024] FIG. 2 is a flowchart that lists the steps of one non-limiting embodiment of a method for treating titanium alloys according to the present invention;
[0025] На фиг. 3 схематично показаны аспекты неограничивающего варианта реализации способа всесторонней ковки с высокой скоростью деформации с использованием управления температурой для обработки сплавов титана для измельчения размеров зерна, причем на фиг. 2(a), 2(c) и 2(e) представлены неограничивающие варианты реализации этапов ковки на прессе, и на фиг. 2(b), 2(d) и 2(f) представлены необязательные неограничивающие этапы охлаждения и нагрева согласно неограничивающим аспектам настоящего изобретения;[0025] FIG. 3 schematically shows aspects of a non-limiting embodiment of a method of comprehensive forging with a high strain rate using temperature control for machining titanium alloys to grind grain sizes, with FIG. 2 (a), 2 (c) and 2 (e), non-limiting embodiments of the forging stages in a press are presented, and FIG. 2 (b), 2 (d) and 2 (f) represent optional non-limiting cooling and heating steps according to non-limiting aspects of the present invention;
[0026] На фиг. 4 схематически показаны аспекты известного способа всесторонней ковки с медленной скоростью деформации, используемой для измельчения размера зерна в мелкомасштабных образцах;[0026] FIG. 4 shows schematically aspects of a known all-round forging method with a slow strain rate used to grind grain size in small-scale specimens;
[0027] На фиг. 5 показана блок-схема, перечисляющая этапы способа согласно одному неограничивающему варианту реализации обработки сплавов титана согласно настоящему изобретению, включающего осадку до основной осаженной высоты вдоль ортогональных осей для достижения конечного требуемого размера заготовки, а также первую и вторую блокированные осадки;[0027] FIG. 5 shows a flowchart that lists the steps of a method according to one non-limiting embodiment of processing titanium alloys according to the present invention, including slumping to a basic precipitated height along orthogonal axes to achieve the final desired workpiece size, as well as the first and second blocked draft
[0028] На фиг. 6 показан температурно-временной график термомеханической обработки для неограничивающего варианта реализации способа всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно настоящему изобретению;[0028] FIG. 6 shows a temperature-time graph of thermomechanical processing for a non-limiting embodiment of the method of comprehensive forging with a high strain rate according to the present invention;
[0029] На фиг. 7 показан температурно-временной график термомеханической обработки для неограничивающего варианта реализации многотемпературного способа всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно настоящему изобретению;[0029] FIG. 7 shows a temperature-time graph of thermomechanical processing for a non-limiting embodiment of a multi-temperature forging method with a high deformation rate for a comprehensive process according to the present invention;
[0030] На фиг. 8 показан температурно-временной график термомеханической обработки для неограничивающего варианта реализации способа всесторонней ковки с высокой скоростью деформации с пересечением бета-перехода согласно настоящему изобретению;[0030] FIG. 8 shows a temperature-time graph of thermomechanical processing for a non-limiting embodiment of the method of comprehensive forging with a high strain rate with intersection of the beta transition according to the present invention;
[0031] На фиг. 9 схематически показаны аспекты неограничивающего варианта реализации способа многократной осадки и вытяжки для измельчения размера зерна согласно настоящему изобретению;[0031] FIG. 9 schematically shows aspects of a non-limiting embodiment of the method of multiple precipitations and drawing for grinding the grain size according to the present invention;
[0032] На фиг. 10 показана блок-схема, в которой перечислены этапы неограничивающего варианта реализации способа обработки путем многократной осадки и вытяжки сплавов титана для измельчения размера зерна согласно настоящему изобретению;[0032] FIG. 10 is a flowchart that lists the steps of a non-limiting embodiment of a process for treating by multiple precipitations and extraction of titanium alloys for grinding the grain size of the present invention;
[0033] На фиг. 11(a) показана микрофотография микроструктуры сплава Ti-6-2-4-2, кованого и обработанного известным способом;[0033] FIG. 11 (a) shows a micrograph of the microstructure of a forged and processed alloy of Ti-6-2-4-2;
[0034] На фиг. 11(b) показана микрофотография микроструктуры сплава Ti-6-2-4-2, обработанного способом термоуправляемой всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно варианту реализации, описанному в Примере 1 настоящего изобретения;[0034] FIG. 11 (b) shows the micrograph of the microstructure of the alloy Ti-6-2-4-2, processed by the method of heat-controlled all-round forging with a high strain rate according to the embodiment described in Example 1 of the present invention;
[0035] На фиг. 12(a) показана микрофотография микроструктуры сплава Ti-6-2-4-6, кованого и обработанного известным способом;[0035] FIG. 12 (a) shows a micrograph of the microstructure of a forged and processed alloy of Ti-6-2-4-6;
[0036] На фиг. 12(b) показана микрофотография микроструктуры сплава Ti-6-2-4-6, обработанного способом термоуправляемой всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно варианту реализации, описанному в Примере 2 настоящего изобретения;[0036] FIG. 12 (b) shows a micrograph of the microstructure of a Ti-6-2-4-6 alloy processed by a method of heat-controlled all-round forging with a high strain rate according to the embodiment described in Example 2 of the present invention;
[0037] На фиг. 13 показана микрофотография микроструктуры сплава Ti-6-2-4-6, обработанного способом термоуправляемой всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно варианту реализации, описанному в Примере 3 настоящего изобретения;[0037] FIG. 13 shows a micrograph of the microstructure of the alloy Ti-6-2-4-6, processed by the method of thermo-controlled all-round forging with a high strain rate according to the embodiment described in Example 3 of the present invention;
[0038] На фиг. 14 показана микрофотография микроструктуры сплава Ti-6-2-4-2, обработанного способом термоуправляемой всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно варианту реализации, описанному в Примере 4 настоящего изобретения, в результате которого приложена одинаковая деформация вдоль каждой оси;[0038] FIG. 14 shows a micrograph of the microstructure of a Ti-6-2-4-2 alloy processed by a method of heat-controlled all-round forging with a high strain rate according to the embodiment described in Example 4 of the present invention, as a result of which the same deformation along each axis is applied;
[0039] На фиг. 15 показана микрофотография микроструктуры сплава Ti-6-2-4-2, обработанного способом термоуправляемой всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно варианту реализации, описанному в Примере 5 настоящего изобретения, согласно которому для минимизации выпучивания заготовки, которая происходит после каждой основной осадки, используют блокированную осадку;[0039] FIG. 15 shows a micrograph of the microstructure of the alloy Ti-6-2-4-2, processed by the method of heat-controlled all-round forging with a high strain rate according to the embodiment described in Example 5 of the present invention, according to which to minimize the buckling of the workpiece that occurs after each major draft, blocked draft;
[0040] На фиг. 16(a) показана микрофотография микроструктуры центральной области сплава Ti-6-2-4-2, обработанного способом термоуправляемой всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно одному варианту реализации с использованием пересечения бета-перехода, который описан в Примере 6 настоящего изобретения; и[0040] FIG. 16 (a) shows a micrograph of the microstructure of the central region of a Ti-6-2-4-2 alloy processed by a method of heat-controlled all-round forging with a high strain rate according to one embodiment using a beta transition intersection as described in Example 6 of the present invention; and
[0041] На фиг. 16 (b) показана микрофотография микроструктуры поверхностной области сплава Ti-6-2-4-2, обработанного способом термоуправляемой всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно одному варианту реализации с использованием пересечения бета-перехода, который описан в Примере 6 настоящего изобретения.[0041] FIG. 16 (b) shows a micrograph of the microstructure of the surface region of a Ti-6-2-4-2 alloy processed by a method of heat-controlled all-round forging with a high strain rate according to one embodiment using a beta transition intersection as described in Example 6 of the present invention.
[0042] Вышеописанные, а также другие подробности станут более понятными после прочтения следующего подробного описания некоторых неограничивающих вариантов реализации настоящего изобретения.[0042] The above, as well as other details, will become clearer after reading the following detailed description of some non-limiting embodiments of the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ НЕОГРАНИЧИВАЮЩИХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИDETAILED DESCRIPTION OF SOME UNLIMITED IMPLEMENTATION OPTIONS
[0043] В настоящем описании неограничивающих вариантов реализации, в отличие от рабочих примеров или ситуаций, в которых указано иное, все числа, выражающие количества или характеристики, должны пониматься как изменяемые во всех случаях термином "примерно". Соответственно, если не указано обратное, любые числовые параметры, сформулированные в следующем описании, являются приближениями, которые могут быть изменены в зависимости от требуемых свойств, которые необходимо получить с использованием способов согласно настоящему изобретению. По крайней мере, но не в качестве попытки ограничения применения доктрины эквивалентов к объему защиты, определенному в пунктах приложенной формулы, каждый числовой параметр должен быть рассмотрен по меньшей мере в свете количества приведенных значащих цифр и с применением обычных способов округления.[0043] In the present description, non-limiting implementation options, unlike working examples or situations that indicate otherwise, all numbers expressing quantities or characteristics should be understood as being changed in all cases by the term "about." Accordingly, unless otherwise indicated, any numerical parameters set forth in the following description are approximations that can be changed depending on the desired properties that need to be obtained using the methods of the present invention. At least, but not as an attempt to limit the application of the doctrine of equivalents to the amount of protection defined in the clauses of the attached formula, each numerical parameter should be considered at least in the light of the number of significant digits given and using conventional rounding methods.
[0044] Кроме того, любой числовой диапазон, приведенный в настоящей заявке, предназначен для содержания всех поддиапазонов, отнесенных к его категории. Например, диапазон "1-10" предназначен для содержания всех поддиапазонов между (и включая) указанным минимальным значением 1 и указанным максимальным значением 10, т.е., имеющих минимальное значение, которое равно или больше, чем 1, и максимальное значение, которое равно или меньше, чем 10. Любое максимальное числовое ограничение, указанное в настоящей заявке, содержит все более низкие числовые ограничения, включенные в его категорию, и любое минимальное числовое ограничение, указанное в настоящей заявке, содержит все более высокие числовые ограничения, включенные в его категорию. Соответственно, Заявители резервируют право на исправление настоящего изобретения, включая пункты приложенной формулы, для явного указания любого поддиапазона, включенного в категорию диапазонов, явно указанных в настоящей заявке. Все такие диапазоны предназначены для имманентного раскрытия в настоящей заявке таким образом, что исправление для явного обозначения любых таких поддиапазонов отвечает требованиям Закона 35 Свода законов США, 112, Статья первая, и Закона 35 Свода законов США, 132(a).[0044] In addition, any numerical range given in this application is intended to contain all the subranges assigned to its category. For example, the range "1-10" is intended to contain all subranges between (and including) specified minimum value 1 and specified
[0045] Грамматические термины "один" и "некоторый", если используются в настоящем описании, предназначены для толкования во включительном смысле: "по меньшей мере один" или "один или большее количество", если не указано иное. Таким образом, данные термины использованы в настоящей спецификации для обозначения по меньшей мере одного, не только одного (т.е., "по меньшей мере одного") из грамматических объектов термина. Например, термин "компонент" обозначает один или большее количество элементов, и, таким образом, большее количество, чем один элемент, могут быть рассмотрены и могут быть использованы или осуществлены при выполнении описанных вариантов реализации.[0045] The grammatical terms "one" and "some", if used in the present description, are intended to be interpreted in the inclusive sense: "at least one" or "one or more", unless otherwise specified. Thus, these terms are used in this specification to refer to at least one, not just one (ie, "at least one") of the grammatical objects of the term. For example, the term “component” refers to one or more elements, and thus a greater number than one element can be considered and can be used or implemented in the described embodiments.
[0046] Настоящее изобретение содержит описания различных вариантов реализации. Следует понимать, что все описанные в настоящей заявке варианты реализации являются иллюстративными и неограничивающими примерами. Таким образом, изобретение не ограничено описанием различных иллюстративных и неограничивающих примеров и вариантов реализации. Скорее, изобретение определено исключительно пунктами приложенной формулы, которые могут быть исправлены для уточнения любых особенностей, явно или имманентно описанных или иначе явно или имманентно представленных в настоящем изобретении.[0046] The present invention contains descriptions of various embodiments. It should be understood that all implementation options described in this application are illustrative and non-limiting examples. Thus, the invention is not limited to the description of various illustrative and non-limiting examples and embodiments. Rather, the invention is defined solely by the points of the appended claims, which can be corrected to clarify any features explicitly or immanently described or otherwise explicitly or immanently presented in the present invention.
[0047] Любой патент, публикация или другой опубликованный материал, идентифицированный в настоящей заявке, по ссылке полностью включен в настоящую заявку, если не указано иное, но только до степени, в которой указанный включенный материал не противоречит существующим определениям, утверждениям или другим материалам раскрытия, явно сформулированным в настоящей заявке. Также, до необходимой степени положительно выраженное раскрытие, сформулированное в настоящей заявке, заменяет любой противоречивый материал, включенный по ссылке в настоящую заявку. Любой материал или его часть, которая указана как включенная по ссылке в настоящую заявку, но которая находится в противоречии с существующими определениями, утверждениями или другим материалами раскрытия, сформулированного в настоящей заявке, включены в настоящую заявку до степени, при которой не возникает конфликт между этим включенным материалом и существующим материалом раскрытия.[0047] Any patent, publication or other published material identified in this application is fully incorporated into the present application by reference, unless otherwise indicated, but only to the extent that the included material does not conflict with existing definitions, statements or other disclosure. explicitly stated in this application. Also, to the extent necessary, the expressive disclosure set forth in this application replaces any conflicting material incorporated by reference into this application. Any material or part thereof that is listed as incorporated by reference in the present application, but which conflicts with the existing definitions, statements, or other disclosure material formulated in this application, is included in the present application to the extent that no conflict occurs between it. included material and existing disclosure material.
[0048] Один аспект настоящего изобретения направлен на неограничивающие варианты реализации способа всесторонней ковки сплавов титана, который включает применение высоких скоростей деформации во время этапов ковки для уменьшения размера зерна. Эти варианты реализации способа в целом указаны в настоящем изобретении как "всесторонняя ковка с высокой скоростью деформации" или "MAF с высокой скоростью деформации". Используемые в настоящей заявке термины "осадка" и "удар", взаимозаменяемо относятся к индивидуальному этапу ковки на прессе, при которой заготовку куют между поверхностями штампа. Используемая в настоящей заявке фраза "осаженная высота" относится к размеру или толщине заготовки, измеренным вдоль одной ортогональной оси после осадки вдоль этой оси. Например, после осадки путем ковки на прессе вдоль конкретной оси до осаженной высоты, составляющей 4,0 дюйма (101,6 мм), толщина заготовки после ковки на прессе, измеренная вдоль этой оси, составляет примерно 4,0 дюйма (101,6 мм). Понятие и использование осаженных высот известны специалистам в области ковки на прессе и не будут подробно обсуждаться в настоящей заявке.[0048] One aspect of the present invention is directed to non-limiting embodiments of the method of comprehensive forging titanium alloys, which includes the use of high strain rates during the forging steps to reduce grain size. These embodiments of the method are generally indicated in the present invention as “comprehensive forging with a high strain rate” or “MAF with a high strain rate”. Used in this application, the terms "sludge" and "punch" interchangeably refer to an individual forging step on a press, at which the workpiece is forged between the surfaces of the stamp. Used in this application, the phrase "precipitated height" refers to the size or thickness of the workpiece, measured along one orthogonal axis after precipitation along this axis. For example, after precipitation by forging on a press along a specific axis to an upset height of 4.0 inches (101.6 mm), the thickness of the workpiece after forging on a press, measured along this axis, is approximately 4.0 inches (101.6 mm ). The concept and use of besieged heights are known to those skilled in the art of forging in the press and will not be discussed in detail in this application.
[0049] Выше было определено, что для приготовления заготовок со сверхмелким зерном из сплавов, таких как сплав Ti-6Al-4V (ASTM Сорт 5; UNS R56400), который также может быть обозначен как сплав "Ti-6-4", может быть использована всесторонняя ковка с высокой скоростью деформации, при которой заготовку куют по меньшей мере до суммарной деформации 3,5. Этот процесс описан в патентной заявке США № Номер 12/882,538, поданной 15 сентября 2010, под названием "Технологические схемы для титана и сплавов титана" (далее "Заявка '538"), которая по ссылке полностью включена в настоящую заявку. Достижение деформации по меньшей мере 3,5 может потребовать значительной продолжительности обработки и сопряжено с повышенной сложностью, что увеличивает стоимость продукции и повышает вероятность возникновения непредвиденных проблем. В настоящем изобретении предложен процесс всесторонней ковки с высокой скоростью деформации, который может обеспечить получение структур со сверхтонкой зернистостью с использованием суммарной деформации в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5.[0049] It has been determined above that for making blanks with ultrafine grains from alloys such as Ti-6Al-4V (ASTM Grade 5; UNS R56400), which can also be labeled as "Ti-6-4", All-round forging with a high strain rate will be used, at which the workpiece is forged at least to a total strain of 3.5. This process is described in U.S. Patent Application No. 12 / 882,538, filed Sept. 15, 2010, entitled "Technological Schemes for Titanium and Titanium Alloys" (hereinafter referred to as '538 Application'), which is fully incorporated into the present application by reference. Achieving a strain of at least 3.5 may require considerable processing time and is associated with increased complexity, which increases the cost of production and increases the likelihood of unforeseen problems. The present invention proposes a comprehensive forging process with a high strain rate, which can provide structures with ultrafine grit using a total strain in the range of at least 1.0 to less than 3.5.
[0050] Способы согласно настоящему изобретению включают применение всесторонней ковки и ее модификаций, таких как процесс многократной осадки и вытяжки (MUD), описанный в Заявке '538, к сплавам титана, проявляющим более медленные эффективное выделение альфа-фазы и кинетику роста, чем сплав Ti-6-4. В частности, сплав Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,08Si (UNS R54620), который также может быть указан как сплав "Ti-6-2-4-2", имеет более медленную эффективную альфа-кинетику, чем сплав Ti-6-4, в результате присутствия дополнительных стопорящих зерна элементов (стопорящих миграции дислокаций на границах зерен элементов), таких как Si. Кроме того, сплав Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (UNS R56260), который также может быть обозначен как сплав "Ti-6-2-4-6", имеет более медленную эффективную альфа-кинетику, чем сплав T-6-4, в результате увеличенного стабилизирующего бета-фазу содержимого. Считается, что в отношении компонентов сплава указанные рост и выделение альфа-фазы являются функцией скорости диффузии компонента сплава в сплаве на основе титана. Молибден, как известно, имеет одну из наиболее медленных скоростей диффузии из всех легирующих титан добавок. Кроме того, бета-стабилизаторы, такие как молибден, снижают температуру (Tβ) бета-перехода сплава, причем снижение температуры Tβ в общем приводит к замедлению диффузии атомов в сплаве при температуре обработки этого сплава. Результат относительно медленных эффективного альфа-выделения и кинетики роста для сплавов Ti-6-2-4-2 и Ti-6-2-4-6 состоит в том, что бета-тепловая обработка, которую используют перед всесторонней ковкой согласно вариантам реализации настоящего изобретения, приводит к образованию мелкого и устойчивого размера альфа-пакетов по сравнению с эффектом такой обработки сплава Ti-6-4. Кроме того, после бета-тепловой обработки и охлаждения сплавы Ti-6-2-4-2 и Ti-6-2-4-6 обладают мелкозернистой бета-структурой, которая ограничивает кинетику роста альфа-зерна.[0050] The methods according to the present invention include the use of comprehensive forging and its modifications, such as the multiple precipitation and drawing process (MUD) described in the '538 Application, to titanium alloys exhibiting slower effective alpha phase release and growth kinetics than the alloy Ti-6-4. In particular, the alloy Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si (UNS R54620), which can also be specified as the alloy "Ti-6-2-4-2", has a slower effective alpha kinetics than an alloy of Ti-6-4, as a result of the presence of additional locking grain elements (stopping migration of dislocations at the grain boundaries of elements), such as Si. In addition, the Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo alloy (UNS R56260), which can also be referred to as the "Ti-6-2-4-6" alloy, has a slower effective alpha kinetics than the T-6 alloy -4, as a result of increased beta-phase stabilizing content. It is believed that with respect to the alloy components, the indicated growth and release of the alpha phase are a function of the diffusion rate of the alloy component in the titanium-based alloy. Molybdenum is known to have one of the slowest diffusion rates of all titanium alloying additives. In addition, beta-stabilizers, such as molybdenum, reduce the temperature (T β ) of the beta transition of the alloy, and lowering the temperature T β generally slows down the diffusion of atoms in the alloy at the processing temperature of this alloy. The result of relatively slow effective alpha release and kinetics of growth for Ti-6-2-4-2 and Ti-6-2-4-6 alloys is that beta heat treatment, which is used before comprehensive forging according to implementation options of the present of the invention leads to the formation of a small and stable size of alpha packets compared to the effect of such processing of the Ti-6-4 alloy. In addition, after beta-heat treatment and cooling, alloys Ti-6-2-4-2 and Ti-6-2-4-6 have a fine-grained beta-structure, which limits the growth kinetics of the alpha grain.
[0051] Эффективная кинетика альфа-роста может быть оценена путем идентификации наиболее медленно диффундирующих частиц при температуре непосредственно ниже бета-перехода. Этот подход теоретически обоснован и экспериментально проверен в литературе (см. Семятин и др., Исследования по металлургии и материалам A: Металловедение и материалы, 38(4), 2007, стр. 910-921). Для титана и его сплавов данные о диффузионной способности всех потенциальных компонентов сплава не всегда доступны; однако обзоры литературы, такие как в "Титане" (Второе издание, 2007) (Lutjering и Williams), в целом согласны со следующей относительной классификацией некоторых общих компонентов сплава:[0051] The effective alpha growth kinetics can be evaluated by identifying the most slowly diffusing particles at a temperature immediately below the beta transition. This approach is theoretically substantiated and experimentally tested in the literature (see Semyatin et al., Studies in Metallurgy and Materials A: Metallurgy and Materials , 38 (4), 2007, pp. 910-921). For titanium and its alloys, data on the diffusion capacity of all potential alloy components are not always available; however, literature reviews, such as in Titan (Second Edition, 2007) (Lutjering and Williams), generally agree with the following relative classification of some common alloy components:
DMo<DNb<DAl~DV~DSn~DZr~DHf <DCr~DNi~DCr~DCo~DMn~DFe.D Mo <D Nb <D Al ~ D V ~ D Sn ~ D Zr ~ D Hf <D Cr ~ D Ni ~ D Cr ~ D Co ~ D Mn ~ D Fe .
[0052] Таким образом, сплавы, такие как сплав Ti-6-2-4-6 и сплав Ti-6-2-4-2, которые содержат молибден, показывают желательную медленную альфа-кинетику, необходимую для достижения микроструктур сверхтонкого зерна при сравнительно низкой деформации, чем для сплава Ti-6-4, в котором кинетикой управляет диффузия алюминия. Исходя из отношений групп периодической таблицы также можно обоснованно утверждать, что тантал и вольфрам относятся к группе медленных диффузантов.[0052] Thus, alloys, such as Ti-6-2-4-6 alloy and Ti-6-2-4-2 alloy, which contain molybdenum, show the desired slow alpha kinetics necessary to achieve ultrafine grain microstructures with relatively low strain than for Ti-6-4 alloy, in which aluminum diffusion controls the kinetics. Based on the relationships of the groups of the periodic table, it can also be reasonably argued that tantalum and tungsten belong to the group of slow diffusants.
[0053] В дополнение к включению медленно диффундирующих элементов для уменьшения эффективной кинетики альфа-фазы, уменьшение температуры бета-перехода в сплавах, которыми управляет диффузия алюминия, создает такой же эффект. Понижение температуры бета-перехода до 100°C уменьшает диффузионную способность алюминия в бета фазе приблизительно на порядок величины при температуре бета-перехода. Альфа-кинетика в сплавах, таких как сплав ATI 425® (Ti-4Al-2,5V; UNS 54250) и сплав Ti-6-6-2 (Ti-6Al-6V-2SN; UNS 56620), очевидно, управляется диффузией алюминия; однако пониженные температуры бета-перехода этих сплавов относительно сплава Ti-6Al-4V также приводят к желательной замедленной эффективной альфа-кинетики. Сплав Ti-6Al-7Nb (UNS R56700), обычно представляющий собой биомедицинскую версию сплава Ti-6Al-4V, также может проявлять замедленную эффективную альфа-кинетику благодаря содержанию ниобия.[0053] In addition to the inclusion of slowly diffusing elements to reduce the effective alpha-phase kinetics, a decrease in the beta transition temperature in the alloys that are controlled by the diffusion of aluminum creates the same effect. Lowering the beta transition temperature to 100 ° C reduces the diffusion capacity of aluminum in the beta phase by about an order of magnitude at the beta transition temperature. Alpha kinetics in alloys such as ATI 425 ® (Ti-4Al-2.5V; UNS 54250) and Ti-6-6-2 (Ti-6Al-6V-2SN; UNS 56620) is obviously controlled by diffusion aluminum; however, the lower beta transition temperatures of these alloys relative to the Ti-6Al-4V alloy also lead to the desired delayed effective alpha kinetics. The Ti-6Al-7Nb alloy (UNS R56700), which is usually the biomedical version of the Ti-6Al-4V alloy, can also exhibit delayed effective alpha kinetics due to its niobium content.
[0054] Первоначально ожидалось, что альфа-бета-сплавы, за исключением сплава Ti-6-4, могут быть обработаны в условиях, подобных описанным в Заявке '538 при, при температурах, которые приведут к подобным объемным долевым концентрациям альфа-фазы. Например, согласно предварительным оценкам, сделанным с использованием программы PANDAT, которая представляет собой доступный вычислительный инструментарий, имеющийся в продаже в компании Computherm, LLC, г. Мадисон, штат Висконсин, США, было предсказано, что сплав Ti-6-4 при температуре 1500°F (815,6°C) должен иметь приблизительно ту же самую объемную долевую концентрацию альфа-фазы как и сплав Ti-6-2-4-2 при температуре 1600°F (871,1°C) или сплав Ti-6-2-4-6 при температуре 1200°F (648,9°C), как показано на фиг. 1. Однако сплавы Ti-6-2-4-2 и Ti-6-2-4-6 растрескиваются при обработке способом, которым был обработан сплав Ti-6-4 в Заявке '538 с использованием температуры, для которой было предсказано образование подобной объемной долевой концентрации альфа-фазы. Для успешной обработки сплавов Ti-6-2-4-2 и Ti-6-2-4-6 требуются намного более высокие температуры, обеспечивающие уменьшенные равновесные объемные долевые концентрации альфа-фазы и/или значительно уменьшенную деформацию на один проход.[0054] Initially, it was expected that alpha-beta alloys, with the exception of the Ti-6-4 alloy, could be processed under conditions similar to those described in the '538 Application at temperatures that would lead to similar volume fractions of the alpha phase. For example, according to preliminary estimates made using the PANDAT program, which is an affordable computing tool available from Computherm, LLC, Madison, Wisconsin, USA, it was predicted that Ti-6-4 alloy at 1500 ° F (815.6 ° C) should have approximately the same volume fraction of the alpha phase as Ti-6-2-4-2 at 1600 ° F (871.1 ° C) or Ti-6 -2-4-6 at a temperature of 1200 ° F (648.9 ° C), as shown in FIG. 1. However, Ti-6-2-4-2 and Ti-6-2-4-6 alloys crack when processed in the manner in which Ti-6-4 alloy was treated in Application '538 using the temperature for which the formation was predicted similar volume fractional concentration of alpha phase. Successful processing of Ti-6-2-4-2 and Ti-6-2-4-6 alloys requires much higher temperatures, providing reduced equilibrium volume fractional concentrations of the alpha phase and / or significantly reduced deformation per pass.
[0055] Каждое из изменений в процессе всесторонней ковки с высокой скоростью деформации, включая температуру или температуры альфа/бета-ковки, скорость деформации, деформацию на удар, время паузы между ударами, количество и длительность повторных нагревов и промежуточных термических обработок, может влиять на результирующую микроструктуру, а также наличие и степень растрескивания. Первоначально были предприняты пониженные суммарные деформации для блокирования растрескивания без надежды на достижение сверхтонких зернистых структур. Однако, после исследований, образцы, обработанные с использованием пониженных суммарных деформаций, показали отчетливую перспективу создания сверхтонких зернистых структур. Этот результат оказался полностью неожиданным.[0055] Each of the changes in a comprehensive forging process with a high strain rate, including temperature or temperatures of alpha / beta forging, strain rate, strain on impact, pause time between blows, the number and duration of repeated heating and intermediate heat treatments, can affect the resulting microstructure, as well as the presence and degree of cracking. Initially, reduced total deformations were undertaken to block cracking with no hope of achieving ultra-fine granular structures. However, after research, samples processed using reduced total deformations showed a distinct prospect of creating ultra-fine granular structures. This result was completely unexpected.
[0056] Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения способ изготовления зерна сверхмалого размера включает этапы, согласно которым: 1) выбирают сплав титана, содержащий эффективную кинетику роста альфа-фазы, которая медленнее, чем у сплава Ti-6-4, 2) выполняют бета-отжиг сплава титана для создания устойчивого альфа-пакета мелкого размера, и 3) выполняют всестороннюю ковку с высокой скоростью деформации (или подобный производный процесс, такой как процесс многократной осадки и вытяжки (MUD), описанный в Заявке '538) для суммарной деформации по меньшей мере 1,0, или согласно другому варианту реализации для суммарной деформации по меньшей мере от 1,0 до меньше, чем 3,5. Термин "мелкий", использованный в настоящей заявке для описания зерна и размера пакета, относится к наименьшему размеру зерна и пакета, который может быть достигнут и который согласно неограничивающим вариантам реализации составляет порядка 1 мкм. Слово "устойчивый" используется в настоящей заявке для обозначения того, что этапы всесторонней ковки не укрупняют в значительной степени размер альфа-зерна и не увеличивают размер альфа-зерна более, чем примерно на 100%.[0056] According to some non-limiting embodiments of the present invention, the method of manufacturing ultra-small-sized grains includes the steps according to which: 1) a titanium alloy is chosen that contains an efficient alpha-phase growth kinetics that is slower than that of Ti-6-4; 2) The titanium alloy beta annealing to create a sustained alpha package of small size, and 3) perform a comprehensive forging with a high strain rate (or a similar derivative process, such as the multiple draft and drawing (MUD) process, described in Bid '53 8) for a total strain of at least 1.0, or according to another embodiment for a total strain of at least 1.0 to less than 3.5. The term "fine" used in this application to describe the grain and package size refers to the smallest grain size and package that can be achieved and which according to non-limiting implementation options is on the order of 1 micron. The word "sustainable" is used in this application to indicate that the stages of comprehensive forging do not substantially increase the size of the alpha grain and do not increase the size of the alpha grain by more than about 100%.
[0057] На фиг. 2 и 3 показаны блок-схема и схематическое представление аспектов неограничивающего варианта реализации способа (16) использования всесторонней ковки с высокой скоростью деформации (MAF) согласно настоящему изобретению для уменьшения размера зерна в сплавах титана. Перед этапом (26) всесторонней ковки выполняют этап (18) бета-отжига и этап (20) охлаждения заготовки 24 из сплава титана. Воздушное охлаждение может быть использовано при небольших размерах заготовки, таких как, например, заготовки кубической формы с ребром 4 дюйма (101,6 мм); однако также могут быть использованы водяное или жидкостное охлаждение. Более быстрые скорости охлаждения приводят к более тонкому пакету и уменьшенным размерам альфа-зерна. Бета-отжиг (18) включает этапы, согласно которым нагревают заготовку 24 до температуры, которая выше температуры бета-перехода сплава титана в заготовке 24, и поддерживают эту температуру некоторое время, достаточное для формирования всей бета-фазы в заготовке 24. Бета-отжиг (18) представляет собой процесс, известный специалисту, и, таким образом, не будет описан подробно в настоящей заявке. Согласно одному неограничивающему варианту реализации бета-отжиг может включать этапы, согласно которым нагревают заготовку 24 до температуры бета-отжига, которая примерно на 50°F (27,8°C) выше температуры бета-перехода для сплава титана, и выдерживают заготовку 24 при этой температуре примерно в течение 1 часа.[0057] FIG. 2 and 3 show a block diagram and a schematic representation of aspects of a non-limiting embodiment of the method (16) of using comprehensive forging with a high strain rate (MAF) according to the present invention to reduce the grain size in titanium alloys. Before the stage (26) of comprehensive forging, the stage (18) of beta annealing and the stage (20) of cooling the
[0058] После этапа (18) бета-отжига заготовку 24 на этапе (20) охлаждают до температуры ниже температуры бета-перехода для сплава титана в заготовке 24. Согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения заготовку охлаждают до окружающей температуры. Используемый в настоящей заявке термин "окружающая температура" относится к температуре окружающей среды. Например, согласно неограничивающему коммерческому способу изготовления термин "окружающая температура" относится к температуре производственной среды. Согласно одному неограничивающему варианту реализации охлаждение (20) может включать этап закаливания. Закаливание включает этапы, согласно которым погружают заготовку 24 в воду, масло или другую подходящую жидкость, и представляет собой процесс, известный специалисту в области металлургии. Согласно другим неограничивающим вариантам реализации, в частности, для заготовок, имеющих небольшой размер, охлаждение (20) может включать воздушное охлаждение. Любой способ охлаждения заготовки 24 из сплава титана, который известен специалисту в настоящее время или который будет известен впоследствии, попадает в объем защиты настоящего изобретения. Кроме того, согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации охлаждение (20) включает этап, согласно которому охлаждают непосредственно до температуры ковки заготовки, находящейся в диапазоне температур, подходящих для ковки заготовки, для последующей всесторонней ковки с высокой скоростью деформации.[0058] After the beta annealing step (18), the blank 24 is cooled in step (20) to a temperature below the beta transition temperature for the titanium alloy in the blank 24. According to one non-limiting embodiment of the present invention, the blank is cooled to ambient temperature. The term "ambient temperature" as used herein refers to an ambient temperature. For example, according to a non-limiting commercial manufacturing method, the term "ambient temperature" refers to the temperature of the production environment. According to one non-limiting implementation variant, the cooling (20) may include a hardening step. Hardening involves the steps of immersing the
[0059] После охлаждения (20) заготовку на этапе (26) подвергают всесторонней ковке с высокой скоростью деформации. Специалистам понятно, что всесторонняя ковка ("MAF"), которая также может быть названа как ковка "A-B-C", представляет собой форму жесткой пластической деформации. Всесторонняя ковка с высокой скоростью деформации на этапе (26) согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения включает этапы, согласно которым нагревают (на этапе 22, на фиг. 2) заготовку 24, содержащую титановый сплав, до температуры ковки заготовки в диапазоне температур ковки заготовки, который находится в пределах альфа+бета-фазовой области сплава титана, после чего на этапе (26) выполняют всестороннюю ковку с использованием высокой скорости деформации. Очевидно, что согласно одному варианту реализации, в котором этап (20) охлаждения включает охлаждение до температуры в диапазоне температур ковки заготовки, этап (22) нагревания не является необходимым.[0059] After cooling (20), the workpiece in step (26) is subjected to comprehensive forging with a high strain rate. It will be understood by those skilled in the art that all-round forging (“MAF”), which may also be referred to as “A-B-C” forging, is a form of rigid plastic deformation. Comprehensive forging with a high strain rate in step (26) according to one non-limiting embodiment of the present invention involves the steps of heating (in step 22, in FIG. 2) a
[0060] Высокую скорость деформации используют при всесторонней ковке для адиабатического нагревания внутренней области заготовки. Однако согласно неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения по меньшей мере в последнем цикле всесторонней ковки "A-B-C" с высокой скоростью деформации за цикл температура внутренней области заготовки 24 сплава титана не должна превышать температуру (Tβ) бета-перехода сплава титана в заготовке. Таким образом, согласно таким неограничивающим вариантам реализации температура ковки заготовки по меньшей мере для конечного цикла ковки A-B-C или по меньшей мере для последнего удара цикла всесторонней ковки с высокой скоростью деформации должна быть выбрана таким образом, чтобы во время всесторонней ковки с высокой скоростью деформации температура внутренней области заготовки не была равна или не превышала температуру бета-перехода сплава. Например, согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения температура внутренней области заготовки не превышает температуру, которая на 20°F (11,1°C) ниже температуры бета-перехода сплава, т.е., температура Tβ равна 20°F (11,1°C) во время по меньшей мере конечного цикла ударов A-B-C с высокой скоростью деформации во время процесса всесторонней ковки или во время по меньшей мере последнего ковочного удара пресса, при котором суммарная деформация по меньшей мере в области заготовки по меньшей мере равна 1,0 или находится в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5.[0060] A high strain rate is used in forging to adiabatically heat the inner region of the workpiece. However, according to non-limiting embodiments of the present invention, at least in the last comprehensive forging cycle "ABC" with a high strain rate per cycle, the temperature of the inner region of the
[0061] В неограничивающем варианте реализации всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно настоящему изобретению температура ковки заготовки включает температуру, находящуюся в пределах диапазона температуры ковки заготовки. В неограничивающем варианте реализации диапазон температур ковки заготовки составляет от на 100°F (55,6°C) ниже температуры (Tβ) бета-перехода сплава титана заготовки до на 700°F (388,9°C) ниже температуры бета-перехода сплава титана. Согласно другому неограничивающему варианту реализации диапазон температуры ковки заготовки составляет от на 300°F (166,7°C) ниже температуры бета-перехода сплава титана до на 625°F (347°C) ниже температуры бета-перехода сплава титана. Согласно одному неограничивающему варианту реализации нижний предел диапазона температуры ковки заготовки представляет собой температуру в двухфазной области, причем повреждение, такое как, например, трещинообразование и крошение на поверхности заготовки во время ковочного удара не происходит.[0061] In a non-limiting embodiment of implementing a comprehensive forging with a high strain rate according to the present invention, the forging temperature of the workpiece includes a temperature that is within the range of the forging temperature of the workpiece. In a non-limiting embodiment, the forging temperature range of the workpiece is from 100 ° F (55.6 ° C) below the temperature (T β ) of the beta transition of the titanium alloy of the workpiece to 700 ° F (388.9 ° C) below the temperature of the beta transition titanium alloy. According to another non-limiting embodiment, the forging temperature range of the workpiece is 300 ° F (166.7 ° C) below the beta transition temperature of the titanium alloy and 625 ° F (347 ° C) below the beta transition temperature of the titanium alloy. According to one non-limiting embodiment, the lower limit of the forging temperature range of the workpiece is the temperature in the two-phase region, and damage such as, for example, cracking and crumbling on the surface of the workpiece during the forging stroke does not occur.
[0062] Согласно одному неограничивающему варианту реализации, показанному на фиг. 2, примененному к сплаву Ti-6-2-4-2, который имеет температуру (Tβ) бета-перехода примерно 1820°F (996°C), диапазон температуры ковки заготовки может составлять от 1120°F (604,4°C) до 1720°F (937,8°C) или согласно другому варианту реализации от 1195°F (646,1°C) до 1520°F (826,7°C). Согласно одному неограничивающему варианту реализации, показанному на фиг. 2, примененному к сплаву Ti-6-2-4-6, который имеет температуру (Tβ) бета-перехода примерно 1720°F (940°C), диапазон температуры ковки заготовки может составлять от 1020°F (548,9°C) до 1620°F (882,2°C) или согласно другому варианту реализации от 1095°F (590,6°C) до 1420°F (771,1°C). Согласно еще одному неограничивающему варианту реализации, показанному на фиг. 2, примененному к сплаву ATI 425® (UNS R54250), который также может быть обозначен как сплав "Ti-4Al-2,5V" и который имеет температуру (Tβ) бета-перехода примерно 1780°F (971,1°C), диапазон температуры ковки заготовки может составлять от 1080°F (582,2°C) до 1680°F (915,6°C) или согласно другому варианту реализации от 1155°F (623,9°C) до 1480°F (804,4°C). Согласно еще одному другому неограничивающему варианту реализации в применении к показанному на фиг. 2 варианту реализации настоящего изобретения сплаву Ti-6Al-6V-2Sn (UNS 56620), который также может быть обозначен как сплав "Ti-6-6-2" и который имеет температуру (Tβ) бета-перехода примерно 1735°F (946,1°C), диапазон температуры ковки заготовки может составлять от 1035°F (527,2°C) до 1635°F (890,6°C) или согласно другому варианту реализации от 1115°F (601,7°C) до 1435°F (779,4°C). Настоящее изобретение охватывает применение всесторонней ковки с высокой скоростью деформации и ее производных, таких как способ MUD, описанный в Заявке '538, к титановым сплавам, которые отличаются медленными эффективным альфа-выделением и кинетикой роста, в отличие от сплава Ti-6-4.[0062] According to one non-limiting embodiment shown in FIG. 2, applied to the Ti-6-2-4-2 alloy, which has a beta transition temperature (T β ) of approximately 1820 ° F (996 ° C), the forging temperature range of the workpiece can be from 1120 ° F (604.4 ° C) up to 1720 ° F (937.8 ° C) or according to another embodiment from 1195 ° F (646.1 ° C) to 1520 ° F (826.7 ° C). According to one non-limiting embodiment shown in FIG. 2, applied to the Ti-6-2-4-6 alloy, which has a beta transition temperature (T β ) of approximately 1720 ° F (940 ° C), the forging temperature range of the workpiece can be from 1020 ° F (548.9 ° C) up to 1620 ° F (882.2 ° C) or in accordance with another embodiment from 1095 ° F (590.6 ° C) to 1420 ° F (771.1 ° C). According to another non-limiting embodiment shown in FIG. 2 applied to the ATI 425 ® alloy (UNS R54250), which may also be referred to as “Ti-4Al-2.5V” alloy and which has a temperature (T β ) beta transition of about 1780 ° F (971.1 ° C ), the forging temperature range of the workpiece can be from 1080 ° F (582.2 ° C) to 1680 ° F (915.6 ° C) or according to another embodiment from 1155 ° F (623.9 ° C) to 1480 ° F (804.4 ° C). According to yet another non-limiting embodiment, as applied to the one shown in FIG. 2 embodiment of the present invention alloy Ti-6Al-6V-2Sn (UNS 56620), which can also be referred to as the alloy "Ti-6-6-2" and which has a temperature (T β ) beta transition about 1735 ° F ( 946.1 ° C), the forging temperature range of the workpiece can be from 1035 ° F (527.2 ° C) to 1635 ° F (890.6 ° C) or according to another implementation variant from 1115 ° F (601.7 ° C ) to 1435 ° F (779.4 ° C). The present invention encompasses the use of comprehensive forging with a high strain rate and its derivatives, such as the MUD method described in the '538 Application, to titanium alloys, which are distinguished by slow effective alpha release and growth kinetics, unlike Ti-6-4.
[0063] Как показано на фиг. 2 и 3, когда заготовка 24 из сплава титана нагрета до температуры ковки, заготовку 24 подвергают всесторонней ковке с высокой скоростью деформации на этапе (26). Согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения всесторонняя ковка (26) включает этапы, согласно которым выполняют ковку (на этапе 28, как показано на фиг. 3(a)) заготовки 24 на прессе при температуре ковки в направлении (A) первой ортогональной оси 30 заготовки с использованием скорости деформации, которая достаточна для адиабатического нагрева заготовки или по меньшей мере адиабатического нагрева внутренней области заготовки и пластического деформирования заготовки 24.[0063] As shown in FIG. 2 and 3, when the
[0064] Высокие скорости деформации и высокие скорости плунжеров используют для адиабатического нагревания внутренней области заготовки согласно неограничивающим вариантам реализации всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно настоящему изобретению. Согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения термин "с высокой скоростью деформации" относится к скорости деформации в диапазоне от примерно 0,2 с-1 до примерно 0,8 с-1. Согласно другому неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения термин "с высокой скоростью деформации" относится к скорости деформации в диапазоне от примерно 0,2 с-1 до примерно 0,4 с-1.[0064] High strain rates and high plunger speeds are used to adiabatically heat the inner region of the workpiece according to non-limiting embodiments of the comprehensive forging with a high strain rate according to the present invention. According to one non-limiting embodiment of the present invention, the term “high strain rate” refers to a strain rate in the range of from about 0.2 s −1 to about 0.8 s −1 . According to another non-limiting embodiment of the present invention, the term “high strain rate” refers to a strain rate in the range of from about 0.2 s −1 to about 0.4 s −1 .
[0065] В неограничивающем варианте реализации согласно настоящему изобретению использование высокой скорости деформации, как указано выше, внутренняя область заготовки из сплава титана может быть адиабатически нагрета до температуры примерно на 200°F (111,1°C) выше температуры ковки заготовки. Согласно другому неограничивающему варианту реализации во время ковки на прессе внутреннюю область адиабатически нагревают до температуры в диапазоне от примерно на 100°F (55,6°C) до примерно на 300°F (166,7°C) выше температуры ковки заготовки. Согласно еще одному другому неограничивающему варианту реализации во время ковки на прессе внутреннюю область адиабатически нагревают до температуры в диапазоне от примерно на 150°F (83,3°C) до примерно на 250°F (138,9°C) выше температуры ковки заготовки. Как указано выше, согласно неограничивающим вариантам реализации ни одна часть заготовки не должна быть нагрета выше температуры бета-перехода сплава титана во время последнего цикла ударов при всесторонней ковке A-B-C с высокой скоростью деформации или во время последнего удара вдоль ортогональной оси.[0065] In a non-limiting embodiment of the present invention, using a high strain rate, as indicated above, the inside of the titanium alloy billet may be adiabatically heated to a temperature of about 200 ° F (111.1 ° C) above the forging temperature of the workpiece. According to another non-limiting embodiment, the inner region is adiabatically heated to a temperature in the range from about 100 ° F (55.6 ° C) to about 300 ° F (166.7 ° C) above the forging temperature during the forging operation on the press. According to yet another non-limiting embodiment, during press-forging, the inside region is adiabatically heated to a temperature in the range of from about 150 ° F (83.3 ° C) to about 250 ° F (138.9 ° C) above the forging temperature of the workpiece. . As stated above, according to non-limiting implementation options, no part of the preform should be heated above the beta transition temperature of the titanium alloy during the last stroke cycle with A-B-C comprehensive forging with a high strain rate or during the last impact along the orthogonal axis.
[0066] Согласно одному неограничивающему варианту реализации во время ковки на прессе на этапе (28) заготовку 24 пластически деформируют до осадки по высоте или другому размеру, которая находится в диапазоне от 20% до 50%, т.е., указанный размер уменьшают на процентную величину в пределах указанного диапазона. Согласно другому неограничивающему варианту реализации во время ковки на прессе на этапе (28) заготовку 24 пластически деформируют до осадки по высоте или другому размеру в диапазоне от 30% до 40%.[0066] According to one non-limiting embodiment, during forging on the press in step (28), the
[0067] На фиг. 4 схематично показан известный процесс всесторонней ковки с ультрамедленной скоростью деформации (0,001 с-1 или меньше). В целом, аспект всесторонней ковки состоит в том, что после каждого трехходового, (т.е., "трехударного") цикла посредством ковочного устройства (которое может быть, например, ковочным прессом с открытым штампом) заготовка приобретает форму и размер, которые она имела непосредственно перед первым ударом этого цикла из трех ударов. Например, после первого ковочного удара по заготовке в форме куба с ребром 5 дюймов (127 мм) в направлении оси "а", поворота на 90° и второго удара в направлении ортогональной оси "b", с последующим поворотом на 90° и ковочным третьим ударом в направлении ортогональной оси "c" указанная заготовка вернется к исходной форме куба с ребром приблизительно 5 дюймов (127 мм). Иными словами, несмотря на то, что цикл из трех ударов деформирует куб в три этапа вдоль трех ортогональных осей куба, в результате перестановки указанной заготовки между отдельными ударами и выбором осадки во время каждого удара общий итог трех ковочных деформаций состоит в возвращении указанного куба приблизительно к его исходным форме и размеру.[0067] FIG. 4 schematically shows a known all-round forging process with an ultra-slow strain rate (0.001 s -1 or less). In general, the aspect of all-round forging is that after each three-way, (i.e., "three-stroke") cycle by means of a forging device (which may be, for example, an open die forging press), the workpiece takes the form and size had just before the first strike of this cycle of three hits. For example, after the first forging strike on a cube-shaped workpiece with an edge of 5 inches (127 mm) in the direction of the axis a, turning 90 ° and a second impact in the direction of the orthogonal axis b, followed by a rotation of 90 ° and the third forging by striking in the direction of the orthogonal axis "c", said blank will return to the original cube shape with an edge of approximately 5 inches (127 mm). In other words, despite the fact that the cycle of three blows deforms the cube in three stages along the three orthogonal axes of the cube, as a result of the permutation of the specified workpiece between the individual blows and the choice of draft at each blow, the total result of the three forging deformations consists in returning the specified cube to approximately its original shape and size.
[0068] Согласно другому неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения первый этап (28) ковки на прессе, показанный на фиг. 2(a), также обозначенный в настоящей заявке как "первый удар", может включать ковку заготовки на прессе с направленным вниз ударом по верхней части для осаживания заготовки до заданной осаженной высоты, в то время как заготовка находится при температуре в диапазоне температур ковки. Используемый в настоящей заявке термин "осаженная высота" относится к размеру заготовки после завершения конкретного этапа осаживания во время ковки на прессе. Например, для достижения осаженной высоты 5 дюймов (127 мм) заготовку куют до размера примерно 5 дюймов (127 мм). В конкретном неограничивающем варианте реализации способа согласно настоящему изобретению осаженная высота составляет, например, 5 дюймов (127 мм). Согласно другому неограничивающему варианту реализации осаженная высота составляет 3,25 дюйма (82,55 мм). Другие осаженные высоты, такие как, например, меньше, чем 5 дюймов (127 мм), примерно 4 дюйма (101,6 мм), примерно 3 дюйма (76,2 мм), больше чем 5 дюймов (127 мм) или от 5 дюймов (127 мм) до 30 дюймов (762 мм) являются попадающими в объем защиты вариантов реализации, описанных в настоящей заявке, но не должны рассматриваться как ограничение объема защиты настоящего изобретения. Осаженные высоты ограничены только характеристиками ковочной машины и, необязательно, как будет видно из настоящей заявки, характеристиками системы управления тепловым режимом согласно неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения, предназначенной для поддерживания заготовки при температуре ковки. Осаженные высоты меньше 3 дюймов (76,2 мм) также попадают в объем защиты вариантов реализации, описанных в настоящей заявке, и такие относительно небольшие осаженные высоты ограничены только необходимыми характеристиками готового изделия. Использование осаженных высот примерно 30 дюймов (762 мм), например, в способах согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность изготовления биллетированных заготовок (например, со стороной 30 дюймов (762 мм)) в форме куба из сплава титана, имеющего мелкий размер зерна, очень мелкий размер зерна или сверхмелкий размер зерна. Биллетированные в кубической форме известные сплавы используются в качестве заготовок, которых куют диски, кольца и корпусные части, например, для турбин воздушных судов или наземных турбин.[0068] According to another non-limiting embodiment of the present invention, the first press forging step (28) shown in FIG. 2 (a), also referred to herein as “first strike,” may include forging a workpiece on a press with a downward impact on the upper part to settle the workpiece to a predetermined upset height while the workpiece is at a temperature in the forging temperature range. As used in this application, the term “settled height” refers to the size of the workpiece after the completion of a particular stage of precipitation during press forging. For example, to achieve an upset height of 5 inches (127 mm), the workpiece is forged to a size of approximately 5 inches (127 mm). In a particular non-limiting embodiment of the method according to the present invention, the settled height is, for example, 5 inches (127 mm). According to another non-limiting embodiment, the seated height is 3.25 inches (82.55 mm). Other besieged heights, such as, for example, less than 5 inches (127 mm), about 4 inches (101.6 mm), about 3 inches (76.2 mm), more than 5 inches (127 mm) or from 5 inches (127 mm) to 30 inches (762 mm) are within the protection scope of the implementation options described in this application, but should not be construed as limiting the protection scope of the present invention. The graded heights are limited only by the characteristics of the forging machine and, optionally, as will be seen from the present application, the characteristics of the thermal management system according to non-limiting embodiments of the present invention designed to maintain the workpiece at the forging temperature. Precipitated heights of less than 3 inches (76.2 mm) also fall within the protection scope of the implementation options described in this application, and such relatively small upset heights are limited only by the required characteristics of the finished product. Using upset heights of about 30 inches (762 mm), for example, in the methods of the present invention, it is possible to manufacture billet blanks (for example, with a side of 30 inches (762 mm)) in the form of a cube of titanium alloy having a small grain size, a very small size grain or ultra-fine grain size. Known alloys billetised in cubic form are used as blanks forged by discs, rings and body parts, for example, for aircraft turbines or ground-based turbines.
[0069] Заданные осаженные высоты, которые должны быть использованы в различных неограничивающих вариантах реализации способов согласно настоящему изобретению, могут быть определены специалистом без неоправданного экспериментирования при рассмотрении настоящего изобретения. Заданные осаженные высоты могут быть определены специалистом без неоправданного экспериментирования. Заданные осаженные высоты зависят от восприимчивости заданного сплава к растрескиванию во время ковки. Для сплавов, которые имеют более высокую восприимчивость к растрескиванию, требуются увеличенные осаженные высоты, т.е., уменьшенная деформация на удар для предотвращения растрескивания. При выборе осаженной высоты также должен быть рассмотрен порог адиабатического нагрева, поскольку по меньшей мере в последнем цикле ударов температура заготовки не должна превышать температуру (Tβ) бета-перехода сплава. Кроме того, при выборе осаженной высоты также должны быть учтены предельные характеристики ковочного пресса. Например, во время прессования кубической заготовки с ребром 4 дюйма (101,6 мм) ее площадь поперечного сечения увеличивается во время этапа прессования. Также возрастает суммарная нагрузка, которая требуется для деформирования заготовки с необходимой скоростью деформации. Указанная суммарная нагрузка не может превышать характеристики ковочного пресса. Кроме того, при выборе осаженных высот необходимо учитывать геометрию заготовки. Повышенные деформации могут привести к выпучиванию заготовки. Слишком большая осадка может привести к значительному уплощению заготовки таким образом, что следующий ковочный удар в направлении другой ортогональной оси может вызвать изгиб заготовки.[0069] The specified besieged heights to be used in various non-limiting embodiments of the methods of the present invention can be determined by a person skilled in the art without undue experimentation when considering the present invention. Specified elevated heights can be determined by a specialist without undue experimentation. Specified besieged heights depend on the susceptibility of a given alloy to cracking during forging. For alloys that have a higher susceptibility to cracking, increased precipitated heights are required, i.e., reduced strain on impact to prevent cracking. When choosing an upset height, the adiabatic heating threshold should also be considered, since at least in the last stroke cycle the temperature of the workpiece should not exceed the temperature (T β ) of the alloy's beta transition. In addition, when selecting an upset height, the ultimate characteristics of the forging press must also be taken into account. For example, during extrusion of a cubic billet with a 4-inch rib (101.6 mm) its cross-sectional area increases during the extrusion stage. Also increases the total load that is required to deform the workpiece with the required rate of deformation. The specified total load cannot exceed the characteristics of the forging press. In addition, the choice of besieged heights must take into account the geometry of the workpiece. Increased deformations can lead to bulging of the workpiece. Too much sediment can lead to a significant flattening of the workpiece in such a way that the next forging blow in the direction of another orthogonal axis can cause the workpiece to bend.
[0070] Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации осаженные высоты, используемые при каждом ударе вдоль ортогональной оси, являются эквивалентными. Согласно некоторым другим неограничивающим вариантам реализации осаженные высоты, используемые при каждом ударе вдоль ортогональных осей, не являются эквивалентными. Ниже описаны неограничивающие варианты реализации всесторонней ковки с высокой скоростью деформации с использованием неэквивалентных осаженных высот для каждой ортогональной оси.[0070] According to some non-limiting embodiments, the precipitated heights used at each stroke along the orthogonal axis are equivalent. According to some other non-limiting embodiments, the upset heights used at each stroke along the orthogonal axes are not equivalent. The following describes non-limiting embodiments of a comprehensive forging with a high strain rate using nonequivalent besieged heights for each orthogonal axis.
[0071] После этапа (28) ковки заготовки 24 на прессе в направлении первой ортогональной оси 30, т.е., в направлении A, показанном на фиг. 2(a) согласно одному неограничивающему варианту реализации способ согласно настоящему изобретению необязательно дополнительно включает этап (этап 32), согласно которому адиабатически нагретую внутреннюю область (не показана) заготовки охлаждают до температуры, которая равна температуре ковки или близка к температуре ковки, находящейся в диапазоне температур ковки заготовки, как показано на фиг. 3(b). Согласно различным неограничивающим вариантам реализации времена охлаждения внутренней области или времена "ожидания", могут находиться в диапазоне, например, от 5 сек до 120 сек, от 10 сек до 60 сек или от 5 сек до 5 мин. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации термин "адиабатически нагретая внутренняя область" заготовки, используемый в настоящей заявке, относится к области, проходящей в наружном направлении от центра заготовки и имеющей объем по меньшей мере примерно 50% или по меньшей мере примерно 60%, или по меньшей мере примерно 70%, или по меньшей мере примерно 80% объема заготовки. Для специалиста очевидно, что время, необходимое для охлаждения внутренней области заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, будет зависеть от размера, формы и состава заготовки 24, а также от условий атмосферы, окружающей заготовку 24.[0071] After the step (28) of forging the
[0072] В течение периода охлаждения внутренней области аспект системы 33 управления нагревом согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации, описанным в настоящей заявке, необязательно включает нагрев (на этапе 34) наружной поверхностной области 36 заготовки 24 до температуры ковки или близкой к ней. Таким образом, температура заготовки 24 находится в однородных или близких к однородным и по существу изотермических условиях при температуре ковки или близкой к ней температуре перед каждым ударом в процессе всесторонней ковки с высокой скоростью деформации. Следует считать попадающим в объем защиты настоящего изобретения указанный необязательный нагрев (на этапе 34) наружной поверхностной области 36 заготовки 24 после каждого удара вдоль оси A, после каждого удара вдоль оси B и/или после каждого удара вдоль оси C. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации наружную поверхность заготовки необязательно нагревают (на этапе 34) после каждого цикла A-B-C ударов. Согласно другим неограничивающим вариантам реализации наружную поверхностную область необязательно нагревают после любого удара или цикла ударов, в то время как общая температура заготовки во время процесса ковки поддерживается в пределах диапазона температур ковки заготовки. Периоды времени, в течение которых заготовка должна быть нагрета для поддерживания температуры заготовки 24 в однородных или близких к однородным и по существу изотермических условиях при температуре, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней температуре, перед каждым ударом в процессе всесторонней ковки с высокой скоростью деформации, могут зависеть от размера заготовки и могут быть определены специалистом без неоправданного экспериментирования. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения термин "наружная поверхностная область" заготовки, используемый в настоящей заявке, относится к области, проходящей во внутреннем направлении от наружной поверхности заготовки и имеющей объем по меньшей мере примерно 50% или по меньшей мере примерно 60%, или по меньшей мере примерно 70%, или по меньшей мере примерно 80% заготовки. Считается, что в любое время между…[0072] During the cooling period of the inner region, an aspect of the
[0073] Согласно неограничивающим вариантам реализации нагревание (на этапе 34) наружной поверхностной области 36 заготовки 24 может быть осуществлено с использованием одного или более нагревающих поверхность механизмов 38 системы 33 управления нагревом. В качестве возможных примеров поверхностного нагревания перед этапами ковки на прессе, вся заготовка может быть размещена в печи или иным способом нагрета до температуры, находящейся в диапазоне температур ковки.[0073] According to non-limiting implementation options, the heating (at step 34) of the
[0074] Согласно некоторым неограничивающим вариантах реализации, в качестве необязательного признака, между каждым из ковочных ударов A, B, C используют систему 33 управления нагревом для нагревания наружной поверхностной области 36 заготовки и обеспечивают возможность охлаждения адиабатически нагретой внутренней области в течение времени охлаждения внутренней области для возвращения температуры заготовки по существу к однородной температуре, которая равна выбранной температуре ковки заготовки или близка к ней. Согласно другим некоторым неограничивающим вариантах реализации настоящего изобретения, в качестве необязательного признака, между каждым из ковочных ударов A, B и C используют систему 33 управления нагревом для нагревания наружной поверхностной области 36 заготовки и обеспечивают возможность охлаждения адиабатически нагретой внутренней области в течение времени охлаждения внутренней области таким образом, что температура заготовки возвращается по существу к однородной температуре, находящейся в пределах диапазона температур ковки заготовки. Неограничивающие варианты реализации способа согласно настоящему изобретению, в котором использованы: (1) система 33 управления нагревом для нагревания наружной поверхностной области заготовки до температуры, находящейся в пределах диапазона температур ковки, и (2) период, во время которого адиабатически нагретую внутреннюю область охлаждают до температуры в пределах диапазона температур ковки заготовки, может быть обозначены в настоящей заявке как "термоуправляемая всесторонняя ковка с высокой скоростью деформации". Нагревающие поверхность механизмы 38 содержат помимо прочего: пламенные нагреватели, выполненные с возможностью нагревания пламенем; индукционные нагреватели, выполненные с возможностью индукционного нагревания; и лучистые нагреватели, выполненные с возможностью нагревания излучением наружной поверхности заготовки 24. Другие механизмы и способы для нагревания наружной поверхностной области заготовки будут очевидными для специалистов после рассмотрения настоящего изобретения, и все такие механизмы и способы должны считаться попадающими в объем защиты настоящего изобретения. Неограничивающий вариант реализации нагревающего механизма 38 для нагревания наружной поверхностной области может включать камерную печь (не показана). Камерная печь может быть выполнена с возможностью использования различных механизмов нагрева для нагревания наружной поверхностной области заготовки с использованием одного или более из пламенных нагревающих механизмов, механизмов лучистого нагревания, индукционных нагревающих механизмов и любой другой подходящий механизма нагрева, известного специалистам в настоящее время или который станет известным впоследствии.[0074] According to some non-limiting embodiments, as an optional feature, between each of the forging strokes A, B, C, a
[0075] Согласно другому неограничивающему варианту реализации наружную поверхностную область 36 заготовки 24 необязательно нагревают (на этапе 34) и поддерживают при температуре, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, которая находится в пределах диапазона температур ковки заготовки, с использованием одного или более подогревателей 40 пресс-формы системы 33 управления нагревом. Подогреватели 40 пресс-формы могут быть использованы для поддерживания температуры штампов 42 или поверхностей 44 штампов для ковки на прессе, равной температуре ковки или близкой к ней, которая находится в пределах диапазона температур ковки заготовки. Согласно одному неограничивающему варианту реализации штампы 42 в системе управления нагревом нагревают до температуры в пределах диапазона от температуры ковки заготовки до температуры на 100°F (55,6°C) ниже температуры ковки заготовки. Подогреватели 40 пресс-формы могут нагревать штампы 42 или поверхность 44 штампов для ковки на прессе с использованием любого подходящего механизма нагрева, известного специалистам в настоящее время или который будет известен впоследствии, включая помимо прочего пламенные нагревающие механизмы, механизмы лучистого нагревания, механизмы контактного нагрева и/или индукционные нагревающие механизмы. Согласно одному неограничивающему варианту реализации подогреватель 40 пресс-формы может быть компонентом камерной печи (не показана). Несмотря на то, что система 33 управления нагревом показана на месте и используется во время этапов (32), (52), (60) охлаждения в процессе (26) всесторонней ковки, показанных на фиг. 2(b), 2(d) и 2(f), следует понимать, что система 33 управления нагревом может присутствовать или не присутствовать на месте во время этапов (28), (46), (56) ковки на прессе, показанных на фиг. 2(a), 2(c) и 2(e).[0075] According to another non-limiting embodiment, the
[0076] Как показано на фиг. 3(c), аспект неограничивающего варианта реализации способа (26) всесторонней ковки согласно настоящему изобретению содержит ковку (на этапе 46) заготовки 24 на прессе при температуре ковки заготовки, находящейся в диапазоне температур ковки заготовки, в направлении (B) второй ортогональной оси 48 заготовки 24 с использованием скорости деформации, которая достаточна для адиабатического нагревания заготовки 24 или по меньшей мере внутренней области заготовки 24 и пластического деформирования заготовки 24. Согласно одному неограничивающему варианту реализации во время ковки на прессе (на этапе 46) заготовку 24 деформируют для пластической деформации в пределах от 20% до 50% осадки по высоте или другому размеру. Согласно другому неограничивающему варианту реализации во время ковки на прессе (на этапе 46) заготовку 24 пластически деформируют для пластической деформации в пределах от 30% до 40% осадки по высоте или другому размеру. Согласно одному неограничивающему варианту реализации заготовка 24 может быть подвержена ковке на прессе (на этапе 46) в направлении второй ортогональной оси 48 до той же самой осаженной высоты, использованной на первом этапе (28) ковки на прессе. Согласно другому неограничивающему варианту реализации заготовка 24 может быть подвержена ковке на прессе в направлении второй ортогональной оси 48 до осаженной высоты, которая отличается от использованной на первом этапе (28) ковки на прессе. Согласно другому неограничивающему варианту реализации внутреннюю область (не показана) заготовки 24 адиабатически нагревают во время этапа (46) ковки на прессе до той же самой температуры, что и на первом этапе (28) ковки на прессе. Согласно другим неограничивающим вариантам реализации высокие скорости деформации, используемые для ковки на прессе (на этапе 46), находятся в тех же самых диапазонах скоростей деформации, которые описаны для первого этапа (28) ковки на прессе.[0076] As shown in FIG. 3 (c), an aspect of a non-limiting embodiment of the comprehensive forging method (26) according to the present invention comprises forging (in step 46) of the
[0077] Согласно одному неограничивающему варианту реализации, показанному на фиг. 2(b) и 2(d), заготовка 24 может вращаться (по стрелке 50) между последующими этапами ковки на прессе (например, этапами (28), (46), (56)) для представления различных ортогональных осей на поверхности ковки. Такое вращение может быть обозначено как вращение "A-B-C". Подразумевается, что при использовании различных конфигураций ковочной машины можно вращать плунжер пресса на ковочной машине, вместо вращения заготовки 24, или ковочная машина может быть оборудована многоосевыми плунжерами таким образом, что не требуется вращение заготовки или ковочной машины. Очевидно, что важный аспект состоит в относительном изменении положения заготовки и используемого плунжера, и, таким образом, вращение (по стрелке 50) заготовки 24 может быть ненужным или необязательным. Однако в установках современного промышленного оборудования вращение (по стрелке 50) заготовки для ее ориентации относительно различных ортогональных осей между этапами ковки на прессе является обязательным для завершения процесса (26) всесторонней ковки.[0077] According to one non-limiting embodiment shown in FIG. 2 (b) and 2 (d), the
[0078] Согласно неограничивающим вариантам реализации, в которых требуется вращение A-B-C (по стрелке 50), заготовку 24 может поворачивать вручную оператор ковочной машины или автоматическая система вращения (не показана), обеспечивающая вращение A-B-C (по стрелке 50). Автоматическая система вращения A-B-C может содержать помимо прочего самобалансный манипуляционный набор инструментов с зажимами или тому подобный инструментарий для обеспечения неограничивающего термоуправляемого варианта реализации всесторонней ковки с высокой скоростью деформации, описанного в настоящей заявке.[0078] According to non-limiting implementation options in which rotation A-B-C is required (in arrow 50), the
[0079] После ковки (на этапе 46) заготовки 24 на прессе в направлении второй ортогональной оси 48, т.е., в направлении В, как показано на фиг. 3(d), способ (20) необязательно включает этапы, согласно которым обеспечивают (на этапе 52) возможность охлаждения адиабатически нагретой внутренней области (не показана) заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, как показано на фиг. 3(d). Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации времена охлаждения внутренней области или времена ожидания могут находиться в диапазоне, например, от 5 сек до 120 сек или от 10 сек до 60 сек, или от 5 сек до 5 мин. Для специалистов очевидно, что минимальные времена охлаждения зависят от размера, формы и состава заготовки 24, а также от характеристик среды, окружающей заготовку.[0079] After forging (at step 46), the
[0080] В течение периода времени необязательного охлаждения внутренней области, необязательный аспект системы 33 управления нагревом согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации, описанным в настоящей заявке, включает этапы, согласно которым нагревают (на этапе 54) наружную поверхностную область 36 заготовки 24 до температуры, находящейся в диапазоне температур ковки заготовки, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней. Таким образом, температуру заготовки 24 поддерживают в однородных или близких к однородным и по существу изотермических условиях при температуре ковки заготовки или близкой к ней перед каждым ударом в процессе всесторонней ковки с высокой скоростью деформации. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации с использованием системы 33 управления нагревом для нагревания наружной поверхностной области 36 вместе с обеспечением возможности охлаждения адиабатически нагретой внутренней области в течение заданного времени охлаждения внутренней области температуру заготовки возвращают по существу к однородной температуре, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, между каждым ковочным ударом A-B-C. Согласно другому неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения путем использования системы 33 управления нагревом для нагревания наружной поверхностной области 36 вместе с обеспечением возможности охлаждения адиабатически нагретой внутренней области в течение заданного периода времени охлаждения внутренней области температуру заготовки возвращают по существу к однородной температуре, находящейся в пределах диапазона температур ковки заготовки, перед каждым ударом всесторонней ковки с высокой скоростью деформации.[0080] During the period of time for optional cooling of the inner region, an optional aspect of the
[0081] Согласно одному неограничивающему варианту реализации нагревание (на этапе 54) наружной поверхностной области 36 заготовки 24 может быть осуществлено с использованием одного или более наружных нагревающих поверхность механизмов 38 системы 33 управления нагревом. Примеры возможных механизмов 38 нагрева могут включать помимо прочего: пламенные нагреватели, выполненные с возможностью нагревания пламенем; индукционные нагреватели, выполненные с возможностью индукционного нагревания; и лучистые нагреватели, выполненные с возможностью нагревания излучением заготовки 24. Неограничивающий вариант реализации нагревающего поверхность механизма 38 может включать камерную печь (не показана). Другие механизмы и способы для нагревания наружной поверхностной области заготовки будут очевидными для специалистов после рассмотрения настоящего изобретения, и все такие механизмы и способы должны считаться попадающими в объем защиты настоящего изобретения. Камерная печь может быть выполнена с возможностью использования различных механизмов нагрева для нагревания наружной поверхности заготовки, и такие механизмы нагрева могут включать одно или большее количество из пламенных нагревающих механизмов, механизмов лучистого нагревания, индукционных нагревающих механизмов и любой другой подходящий механизма нагрева, известного специалистам в настоящее время или который станет известным впоследствии.[0081] According to one non-limiting embodiment, the heating (at step 54) of the
[0082] Согласно другому неограничивающему варианту реализации наружную поверхностную область 36 заготовки 24 дополнительно нагревают (на этапе 54) и поддерживают при температуре, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, которая находится в пределах диапазона температур ковки заготовки, с использованием одного или более подогревателей 40 пресс-формы системы 33 управления нагревом. Подогреватели 40 пресс-формы могут быть использованы для поддерживания температуры штампов 42 или поверхностей 44 штампов для ковки на прессе, равной температуре ковки или близкой к ней, которая находится в пределах диапазона температур ковки заготовки. Подогреватели 40 пресс-формы могут нагревать штампы 42 или поверхность 44 штампов для ковки на прессе с использованием любого подходящего механизма нагрева, известного специалистам в настоящее время или который будет известен впоследствии, включая помимо прочего пламенные нагревающие механизмы, механизмы лучистого нагревания, механизмы контактного нагрева и/или индукционные нагревающие механизмы. Согласно одному неограничивающему варианту реализации подогреватель 40 пресс-формы может быть компонентом камерной печи (не показана). Несмотря на то, что система 33 управления нагревом показана на месте и используется во время этапов (32), (52), (60) уравновешивания и охлаждения в процессе (26) всесторонней ковки, показанных на фиг. 2(b), 2(d) и 2(f), следует понимать, что система 33 управления нагревом может присутствовать или не присутствовать на месте во время этапов (28), (46), (56) ковки на прессе, показанных на фиг. 2(a), 2(c) и 2(e).[0082] According to another non-limiting embodiment, the
[0083] Как показано на фиг. 3(e), аспект варианта реализации всесторонней ковки (26) согласно настоящему изобретению включает этап (этап 56), согласно которому выполняют ковку заготовки 24 на прессе при температуре ковки, находящейся в диапазоне температур ковки заготовки, в направлении (C) третьей ортогональной оси 58 заготовки 24 с использованием скорости плунжера и скорости деформации, которые достаточны для адиабатического нагревания заготовки 24 или по меньшей мере адиабатического нагревания внутренней области заготовки и пластического деформирования заготовки 24. Согласно одному неограничивающему варианту реализации заготовку 24 деформируют во время ковки на прессе (на этапе 56) для пластической деформации в пределах от 20% до 50% осадки по высоте или другому размеру. Согласно другому неограничивающему варианту реализации во время ковки на прессе (на этапе 56) заготовку пластически деформируют для пластической деформации в пределах от 30% до 40% осадки по высоте или другому размеру. Согласно одному неограничивающему варианту реализации заготовка 24 может быть обработана путем ковки на прессе (на этапе 56) в направлении третьей ортогональной оси 58 до той же самой осаженной высоте, использованной на первом этапе (28) ковки на прессе и/или втором этапе (46) ковки на прессе. Согласно другому неограничивающему варианту реализации заготовка 24 может быть обработана путем ковки на прессе в направлении третьей ортогональной оси 58 до другой осаженной высоты, отличающейся от высоты, использованной на первом этапе (28) ковки на прессе. Согласно другому неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения внутренняя область (не показана) заготовки 24 адиабатически нагревают во время этапа (56) ковки на прессе до той же самой температуры, что и на первом этапе (28) ковки на прессе. Согласно другим неограничивающим вариантам реализации высокие скорости деформации, используемые для ковки на прессе (на этапе 56), находятся в тех же самых диапазонах скоростей деформации, которые описаны для первого этапа (28) ковки на прессе.[0083] As shown in FIG. 3 (e), an aspect of an embodiment of comprehensive forging (26) according to the present invention includes a step (step 56) according to which the forging 24 is forged on a press at a forging temperature in the forging temperature range of the workpiece in the direction (C) of the third
[0084] Согласно одному неограничивающему варианту реализации, как показано стрелкой 50 на фиг. 3(b), 3(d) и 3(e), заготовка 24 может вращаться (по стрелке 50) до нужной ориентации различной ортогональной оси между последующими этапами ковки на прессе (например, на этапах 46, 56). Как описано выше, такое вращение может быть обозначено как вращение A-B-C. Подразумевается, что при использовании различных конструкций ковочной машины может быть обеспечена возможность вращения плунжера на ковочной машине, вместо вращения заготовки 24, или ковочная машина может быть оборудована многоосевыми плунжерами таким образом, что вращение заготовки и ковочной машины не требуется. Таким образом, вращение в направлении стрелки 50 заготовки 24 может быть ненужным или необязательным этапом. Однако в установках современного промышленного оборудования вращение (по стрелке 50) заготовки для ее ориентации относительно различных ортогональных осей между этапами ковки на прессе является обязательным для завершения процесса (26) всесторонней ковки.[0084] According to one non-limiting embodiment, as indicated by
[0085] После ковки на прессе на этапе 56 заготовки 24 в направлении третьей ортогональной оси 58, т.е., в направлении С, как показано на фиг. 3(e), способ 20 необязательно включает этапы, согласно которым обеспечивают возможность охлаждения (на этапе 60) адиабатически нагретой внутренней области (не показана) заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, как показано на фиг. 3(f). Времена охлаждения внутренней области могут находиться в диапазоне, например, от 5 сек до 120 сек, от 10 сек до 60 сек или от 5 сек до 5 мин, причем специалисту понятно, что времена охлаждения зависят от размера, формы и состава заготовки 24, а также от характеристик среды, окружающей заготовку.[0085] After the forging on the press in
[0086] В течение периода времени необязательного охлаждения необязательный аспект системы 33 управления нагревом согласно неограничивающим вариантам реализации, описанным в настоящей заявке, включает этап, согласно которому нагревают (на этапе 62) наружную поверхностную область 36 заготовки 24 до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней. Таким образом, заготовку 24 поддерживают в однородных или близких к однородным и по существу изотермических температурных условиях при температуре, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней перед каждым ударом процесса всесторонней ковки с высокой скоростью деформации. Согласно неограничивающим вариантам реализации путем использования системы 33 управления нагревом для нагревания наружной поверхностной области 36 вместе с обеспечением возможности охлаждения адиабатически нагретой внутренней области в течение заданного времени охлаждения внутренней области температуру заготовки возвращают по существу к однородной температуре, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, между каждым ковочным ударом A-B-C. Согласно другому неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения путем использования системы 33 управления нагревом для нагревания наружной поверхностной области 36 вместе с обеспечением возможности охлаждения адиабатически нагретой внутренней области в течение заданного периода времени охлаждения внутренней области температуру заготовки возвращают по существу к изотермическим условиям в пределах диапазона температур ковки заготовки между последующими ковочными ударами A-B-C.[0086] During the optional cooling period, an optional aspect of the
[0087] Согласно одному неограничивающему варианту реализации нагревание (на этапе 62) наружной поверхностной области 36 заготовки 24 может быть осуществлено с использованием одного или более наружных нагревающих поверхность механизмов 38 системы 33 управления нагревом. Примеры возможных механизмов 38 нагрева могут включать помимо прочего: пламенные нагреватели, выполненные с возможностью нагревания пламенем; индукционные нагреватели, выполненные с возможностью индукционного нагревания; и/или лучистые нагреватели, выполненные с возможностью нагревания излучением заготовки 24. Другие механизмы и способы для нагревания наружной поверхностной области заготовки будут очевидными для специалистов после рассмотрения настоящего изобретения, и все такие механизмы и способы должны считаться попадающими в объем защиты настоящего изобретения. Один неограничивающий вариант реализации нагревающего поверхность механизма 38 может включать камерную печь (не показана). Камерная печь может быть выполнена с возможностью использования различных механизмов нагрева для нагревания наружной поверхности заготовки, и такие механизмы нагрева могут включать одно или большее количество из пламенных нагревающих механизмов, механизмов лучистого нагревания, индукционных нагревающих механизмов и любой другой подходящий механизма нагрева, известного специалистам в настоящее время или который станет известным впоследствии.[0087] According to one non-limiting embodiment, the heating (in step 62) of the
[0088] Согласно другому неограничивающему варианту реализации наружную поверхностную область 36 заготовки 24 дополнительно нагревают (на этапе 62) и поддерживают при температуре, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, которая находится в пределах диапазона температур ковки заготовки, с использованием одного или более подогревателей 40 пресс-формы системы 33 управления нагревом. Подогреватели 40 пресс-формы могут быть использованы для поддерживания температуры штампов 42 или поверхностей 44 штампов для ковки на прессе, равной температуре ковки или близкой к ней, которая находится в пределах диапазона температур ковки заготовки. Согласно одному неограничивающему варианту реализации штампы 42 в системе управления нагревом нагревают до температуры в пределах диапазона от температуры ковки заготовки до температуры на 100°F (55,6°C) ниже температуры ковки заготовки. Подогреватели 40 пресс-формы могут нагревать штампы 42 или поверхность 44 штампов для ковки на прессе с использованием любого подходящего механизма нагрева, известного специалистам в настоящее время или который будет известен впоследствии, включая помимо прочего пламенные нагревающие механизмы, механизмы лучистого нагревания, механизмы контактного нагрева и/или индукционные нагревающие механизмы. Согласно одному неограничивающему варианту реализации подогреватель 40 пресс-формы может быть компонентом камерной печи (не показана). Несмотря на то, что система 33 управления нагревом показана на месте и используется во время этапов (32), (52), (60) уравновешивания в способе (26) всесторонней ковки, показанных на фиг. 2(b), 2(d) и 2(f), следует понимать, что система 33 управления нагревом может присутствовать или не присутствовать на месте во время этапов 28, 46, 56 ковки на прессе, показанных на фиг. 2(a), 2(c) и 2(e).[0088] According to another non-limiting embodiment, the
[0089] Аспект настоящего изобретения включает неограничивающий вариант реализации, согласно которому один или большее количество этапов ковки на прессе вдоль трех ортогональных осей заготовки повторяют, пока в заготовке не будет достигнута суммарная деформация по меньшей мере 1,0. Суммарная деформация представляет собой суммарную истинную деформацию. Термин "истинная деформация" также известен специалистам, как "логарифмическая деформация" или "эффективная деформация". Как показано на фиг. 2, на этапе (g) (этапе 64) повторяют один или большее количество этапов (28), (46), (56) ковки на прессе, пока в заготовке не будет достигнута суммарная деформация по меньшей мере 1,0 или в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5. Кроме того, считается, что после достижения требуемой деформации на любом из этапов (28), (46) или (56) ковки на прессе дополнительная ковка на прессе является ненужной, и необязательные этапы уравновешивания (т.е., этапы (32), (52) или (60), на которых обеспечивают возможность охлаждения внутренней области заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней температуре, и этапы (34), (54) или (62), на которых нагревают наружную поверхность заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней температуре) не являются необходимыми, и заготовка может быть просто охлаждена до окружающей температуры, или согласно одному неограничивающему варианту реализации охлаждена с закаливанием в жидкости, или согласно другому неограничивающему варианту реализации охлаждена воздухом или любым быстрым способом охлаждения.[0089] An aspect of the present invention includes a non-limiting embodiment in which one or more press forging steps along the three orthogonal axes of the workpiece are repeated until a total strain of at least 1.0 is achieved in the workpiece. The total strain is the total true strain. The term "true deformation" is also known to specialists as "logarithmic deformation" or "effective deformation." As shown in FIG. 2, in step (g) (step 64), one or more steps (28), (46), (56) of forging on the press are repeated until a total strain of at least 1.0 or in the range from at least 1.0 to less than 3.5. In addition, it is believed that after reaching the required deformation at any of the steps (28), (46) or (56) forging on the press, additional forging on the press is unnecessary, and optional balancing steps (i.e., steps (32), (52) or (60), which provide the possibility of cooling the internal area of the workpiece to a temperature equal to the forging temperature of the workpiece or close to it, and steps (34), (54) or (62), which heat the outer surface of the workpiece to temperature equal to the temperature of the forging billet or close to it temperature) e are necessary, and the workpiece can be simply cooled to ambient temperature, or, according to one non-limiting embodiment, cooled in a quenching fluid, or according to another non-limiting embodiment, the cooled air or any rapid cooling method.
[0090] Следует понимать, что согласно одному неограничивающему варианту реализации суммарная деформация является суммарной деформацией во всей заготовке после всесторонней ковки, как описано в настоящей заявке. Согласно неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения суммарная деформация может включать равные деформации вдоль каждой ортогональной оси, или суммарная деформация может включать различные деформации на одной или более ортогональных осей.[0090] it Should be understood that according to one non-limiting implementation variant, the total strain is the total strain in the entire workpiece after all-round forging, as described in this application. According to non-limiting embodiments of the present invention, the total strain may include equal deformations along each orthogonal axis, or the total strain may include different deformations on one or more orthogonal axes.
[0091] Согласно одному неограничивающему варианту реализации после бета-отжига заготовка может быть подвержена всесторонней ковке при двух различных температурах в области альфа-бета фаз. Например, как показано на фиг. 3, повторение этапа (64), показанного на фиг. 2, может включать повторение одного или более этапов (a)-(необязательного b), (c)-(необязательного d) и (e)-(необязательного f) при первой температуре в области альфа-бета фазы, пока не будет достигнута некоторая деформация, с последующим повторением одного или более этапов (a)-(необязательного b), (c)-(необязательного d) и (e)-(необязательного f) при второй температуре в области альфа-бета фазы до тех пор, пока после завершения конечного этапа (a), (b) или (c) ковки на прессе (т.е., этапа (28), (46), (56)) в заготовке не будет достигнута суммарная деформация по меньшей мере 1,0 или деформация в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5. Согласно одному неограничивающему варианту реализации вторая температура в области альфа-бета фазы ниже, чем первая температура в области альфа-бета фазы. Способ, согласно которому повторяют один или большее количество этапов (a)-(необязательный b), (c)-(необязательный d) и (e)-(необязательный f) при более двух температурах всесторонней ковки на прессе, следует рассматривать как попадающий в объем защиты настоящего изобретения, пока температуры находятся в пределах диапазона температур ковки. Также следует считать, что согласно одному неограничивающему варианту реализации вторая температура в области альфа-бета фазы выше, чем первая температура в области альфа-бета фазы.[0091] According to one non-limiting embodiment of the implementation after beta annealing, the workpiece can be subjected to comprehensive forging at two different temperatures in the alpha-beta phase. For example, as shown in FIG. 3, repeating the step (64) shown in FIG. 2 may include repeating one or more steps (a) - (optional b), (c) - (optional d), and (e) - (optional f) at the first temperature in the alpha-beta phase until some deformation, followed by repeating one or more steps (a) - (optional b), (c) - (optional d) and (e) - (optional f) at the second temperature in the alpha-beta phase until after completion of the final stage (a), (b) or (c) forging on the press (i.e., stage (28), (46), (56)) in the workpiece will not be achieved total strain at least re 1.0 or deformation in the range of at least 1.0 to less than 3.5. According to one non-limiting embodiment, the second temperature in the alpha-beta phase is lower than the first temperature in the alpha-beta phase. The method according to which one or more steps (a) - (optional b), (c) - (optional d) and (e) - (optional f) are repeated at more than two temperatures of all-round forging in a press should be considered as falling into protection scope of the present invention as long as the temperatures are within the forging temperature range. It should also be considered that according to one non-limiting embodiment, the second temperature in the alpha-beta phase is higher than the first temperature in the alpha-beta phase.
[0092] Согласно другому неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения для обеспечения однородной деформации во всех направлениях при прессовании вдоль оси А, прессовании вдоль оси В и прессовании вдоль оси С используют различные осадки. Применение всесторонней ковки с высокой скоростью деформации для введения однородной деформации во всех направлениях приводит к уменьшению растрескивания и более равноосной структуре альфа-зерна в заготовке. Например, неоднородная деформация может быть введена в кубическую заготовку путем ковки куба с ребром 4 дюйма (101,6 мм) с высокой скоростью деформации сначала вдоль оси А до высоты 3,0 дюйма (76,2 мм). Эта осадка вдоль оси А вызывает выпучивание заготовки вдоль оси В и оси С. Если вторая осадка в направлении оси В уменьшает размер вдоль оси В до 3,0 дюймов (76,2 мм), в заготовку вводится более значительная деформация вдоль оси В, чем деформация, введенная вдоль оси А. Аналогично, последующий удар в направлении оси С для уменьшения размера заготовки вдоль оси С до 3,0 дюймов (76,2 мм) вводит в заготовку более значительную деформацию вдоль оси С, чем деформация, введенная вдоль оси А или оси В. В качестве другого примера, для введения однородной деформации во всех ортогональных направлениях 4-дюймовую (101,6 мм) кубическую заготовку куют ("прессуют") вдоль оси А до высоты 3,0 дюймов (76,2 мм), поворачивают на 90° и прессуют вдоль оси В до высоты 3,5 дюйма (88,9 мм), затем поворачивают на 90° и прессуют вдоль оси С до высоты 4,0 дюйма (101,6 мм). Эта последняя последовательность в результате приводит к кубу, имеющему приблизительно 4-дюймовые ребра и содержащему однородную деформацию в каждом ортогональном направлении. Общее уравнение для вычисления осадки вдоль каждой ортогональной оси кубической заготовки во время всесторонней ковки с высокой скоростью деформации представлено ниже как Уравнение 1.[0092] According to another non-limiting embodiment of the present invention, in order to ensure uniform deformation in all directions during pressing along axis A, pressing along axis B and pressing along axis C, different deposits are used. The use of all-round forging with a high strain rate to introduce uniform deformation in all directions leads to a reduction in cracking and a more equiaxed structure of alpha grain in the workpiece. For example, non-uniform deformation can be introduced into a cubic billet by forging a cube with a 4-inch edge (101.6 mm) with a high deformation rate, first along axis A to a height of 3.0 inches (76.2 mm). This sediment along axis A causes the workpiece to bulge along axis B and axis C. If the second draft in the direction of axis B reduces the size along axis B to 3.0 inches (76.2 mm), more significant deformation is introduced into the workpiece along axis B than deformation introduced along axis A. Similarly, a subsequent impact in the direction of the axis C to reduce the size of the workpiece along the axis C to 3.0 inches (76.2 mm) introduces into the workpiece a more significant deformation along the axis C than the deformation introduced along axis A or axis B. As another example, to introduce a uniform strain In all orthogonal directions, the 4-inch (101.6 mm) cubic billet is forged (“pressed”) along axis A to a height of 3.0 inches (76.2 mm), rotated 90 ° and pressed along axis B to a height of 3 5 inches (88.9 mm), then rotated 90 ° and pressed along the axis C to a height of 4.0 inches (101.6 mm). This latter sequence results in a cube having approximately 4-inch ribs and containing uniform deformation in each orthogonal direction. The general equation for calculating the precipitation along each orthogonal axis of a cubic billet during comprehensive forging with a high strain rate is presented below as Equation 1.
Уравнение 1: Деформация=-ln (осаженная высота/исходная высота).Equation 1: Deformation = -ln (upset height / initial height).
Общее уравнение для вычисления суммарной деформации представлено ниже как Уравнение 2.The general equation for calculating the total strain is presented below as Equation 2.
Уравнение 2: Суммарная деформация=-ln(осаженная высота/исходная высота).Equation 2: Total Deformation = -ln (upset height / source height).
Различные осадки могут быть достигнуты путем использования подкладных колец в устройстве для ковки, которые обеспечивают различные осаженные высоты, или любым другим способом, известным специалисту.Different precipitations can be achieved by using liners in the forging device that provide different precipitated heights, or in any other way known to the person skilled in the art.
[0093] Согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения, как показано на фиг. 5 и с учетом фиг. 3, способ (70) изготовления титанового сплава со сверхтонким зерном включает этапы, согласно которым: выполняют бета-отжиг (на этапе 71) заготовки из сплава титана, охлаждают (на этапе 72) после бета-отжига заготовку 24 до температуры, которая ниже температуры бета-перехода сплава титана в заготовке, нагревают (на этапе 73) заготовку 24 до температуры ковки заготовки, которая находится в пределах диапазона температур ковки заготовки, находящегося в пределах температур области альфа+бета фазы сплава титана заготовки, и выполняют всестороннюю ковку с высокой скоростью деформации (на этапе 74) заготовки, причем указанная всесторонняя ковка с высокой скоростью деформации (на этапе 74) включает подэтап, согласно которому выполняют ковочную осадку вдоль ортогональных осей заготовки до различных осаженных высот. В одном неограничивающем варианте реализации всесторонней ковки (на этапе 74) согласно настоящему изобретению, заготовку 24 прессуют ковкой (на этапе 75) вдоль первой ортогональной оси (оси А) до основной осаженной высоты. Фраза "прессуют ковкой… до основной осаженной высоты", использованная в настоящей заявке, относится к ковке заготовки на прессе вдоль ортогональной оси до требуемого конечного размера заготовки вдоль указанной ортогональной оси. Таким образом, термин "основная осаженная высота" обозначает осаженную высоту, используемую для достижения конечного размера заготовки вдоль каждой ортогональной оси. Все этапы ковки на прессе до основных осаженных высот должны быть выполнены с использованием скорости деформации, достаточной для адиабатического нагрева внутренней области заготовки.[0093] According to one non-limiting embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5 and in view of FIG. 3, the method (70) of manufacturing a titanium alloy with an ultrafine grain includes the steps according to which: beta annealing (at stage 71) of a titanium alloy billet is performed, cooled (at step 72) after beta annealing, the
[0094] После ковки (на этапе 75) заготовки 24 на прессе в направлении первой ортогональной оси А до основной осаженной высоты, как показано на фиг. 3 (a), способ (70) необязательно дополнительно включает этап, согласно которому позволяют охлаждаться (на этапе 76, показанном на фиг. 3(b)) адиабатически нагретой внутренней области (не показана) заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней. Времена охлаждения внутренней области могут находится, например, в диапазоне от 5 сек до 120 сек, от 10 сек до 60 сек или от 5 сек до 5 мин, и специалисту понятно, что требуемые времена охлаждения зависят от размера, формы и состава заготовки, а также от характеристик среды, окружающей заготовку.[0094] After the forging (at step 75) of the
[0095] В течение периода времени необязательного охлаждения внутренней области аспект системы 33 управления нагревом согласно неограничивающим вариантам реализации, описанным в настоящей заявке, может включать этап, согласно которому нагревают (на этапе 77) наружную поверхностную область 36 заготовки 24 до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней. Таким образом, заготовку 24 поддерживают в однородных или близких к однородным температурных и по существу изотермических условиях при температуре ковки заготовки или близкой к ней температуре перед каждым ударом всесторонней ковки с высокой скоростью деформации. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации в результате использования системы 33 управления нагревом для нагревания наружной поверхностной области 36 вместе с обеспечением возможности охлаждения адиабатически нагретой внутренней области в течение заданного времени охлаждения внутренней области температура заготовки возвращается по существу к однородной температуре, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней температуре, между каждым из ковочных ударов A, B и C. Согласно другим неограничивающим вариантам реализации согласно настоящему изобретению в результате использования системы 33 управления нагревом для нагревания наружной поверхностной области 36 вместе обеспечением возможности охлаждения адиабатически нагретой внутренней области в течение указанного времени охлаждения внутренней области температура заготовки возвращается по существу к однородной температуре, находящейся в пределах диапазона температур ковки заготовки между каждым из ковочных ударов A, B и C.[0095] During the period of optional cooling of the inner area, the aspect of the
[0096] Согласно одному неограничивающему варианту реализации нагревание (на этапе 77) наружной поверхностной области 36 заготовки 24 может быть осуществлено с использованием одного или более наружных нагревающих поверхность механизмов 38 системы 33 управления нагревом. Примеры возможных нагревающих наружную поверхность механизмов 38 включают помимо прочего: пламенные нагреватели, выполненные с возможностью нагревания пламенем; индукционные нагреватели, выполненные с возможностью индукционного нагревания; и лучистые нагреватели, выполненные с возможностью нагревания излучением заготовки 24. Другие механизмы и способы для нагревания наружной поверхностной области заготовки будут очевидными для специалистов после рассмотрения настоящего изобретения, и все такие механизмы и способы должны считаться попадающими в объем защиты настоящего изобретения. Один неограничивающий вариант реализации нагревающего поверхность механизма 38 может включать камерную печь (не показана). Камерная печь может быть выполнена с возможностью использования различных механизмов нагрева для нагревания наружной поверхности заготовки, и такие механизмы нагрева могут включать одно или большее количество из пламенных нагревающих механизмов, механизмов лучистого нагревания, индукционных нагревающих механизмов и любой другой подходящий механизма нагрева, известного специалистам в настоящее время или который станет известным впоследствии.[0096] According to one non-limiting embodiment, the heating (in step 77) of the
[0097] Согласно другому неограничивающему варианту реализации наружная поверхностная область 36 заготовки 24 может быть нагрета (на этапе 34) и поддержана при температуре, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, которая находится в пределах диапазона температур ковки заготовки, с использованием одного или более подогревателей 40 пресс-формы системы 33 управления нагревом. Подогреватели 40 пресс-формы могут быть использованы для поддерживания температуры штампов 42 или поверхностей 44 штампов для ковки на прессе, равной температуре ковки или близкой к ней, которая находится в пределах диапазона температур ковки заготовки. Согласно одному неограничивающему варианту реализации штампы 42 в системе управления нагревом нагревают до температуры в пределах диапазона от температуры ковки заготовки до температуры на 100°F (55,6°C) ниже температуры ковки заготовки. Подогреватели 40 пресс-формы могут нагревать штампы 42 или поверхность 44 штампов для ковки на прессе с использованием любого подходящего механизма нагрева, известного специалистам в настоящее время или который будет известен впоследствии, включая помимо прочего пламенные нагревающие механизмы, механизмы лучистого нагревания, механизмы контактного нагрева и/или индукционные нагревающие механизмы. Согласно одному неограничивающему варианту реализации подогреватель 40 пресс-формы может быть компонентом камерной печи (не показана). Несмотря на то, что система 33 управления нагревом показана на месте и используется во время этапов охлаждения в способе всесторонней ковки, следует понимать, что система 33 управления нагревом может присутствовать или не присутствовать на месте во время этапов ковки на прессе.[0097] According to another non-limiting embodiment, the
[0098] Согласно одному неограничивающему варианту реализации после ковки на прессе до основной осаженной высоты (на этапе 75) вдоль оси А (как показано на фиг. 3), который также обозначен в настоящей заявке как "осадка A", и после необязательных этапов позволения охлаждаться (на этапе 76) и нагревания (на этапе 77), если эти этапы применены, последующие этапы ковки на прессе для блокирования осаженных высот, которые могут содержать необязательные этапы нагревания и охлаждения, применяют вдоль осей B и C для "оквадрачивания" заготовки (возвращения сторонам заготовки квадратной формы). Фраза " ковка на прессе для блокирования осаженной высоты" в настоящей заявке обозначает ковку на прессе до первой блокированной посредством подкладного кольца осаженной высоты (на этапах (78), (87), (96)) и ковку на прессе до блокированной посредством подкладного кольца осаженной высоты (на этапах (81), (90), (99)), которые определены как этап ковки на прессе, используемый для уменьшения или "оквадрачивания" выпучивания, которое происходит в центральной области любой поверхности после ковки на прессе до основной осаженной высоты. Выпучивание в центре или вблизи центра любой поверхности приводит к объемному напряженному состоянию, созданному в поверхностях, что может привести к растрескиванию заготовки. Этапы ковки на прессе до первой осаженной высоты и ковки на прессе до второй осаженной высоте, также названных в настоящей заявке как первая блокированная осадка, вторая блокированная осадка, или просто как блокированные осадки, используются для деформирования выпирающих поверхностей таким образом, что поверхности заготовки являются плоскими или по существу плоскими перед следующей ковкой на прессе до основной осаженной высоты вдоль ортогональной оси. Этапы блокированной осадки включают ковку на прессе до осаженной высоты, которая больше, чем осаженная высота, используемая на каждом этапе ковки на прессе до основной осаженной высоты. Несмотря на то, что скорость деформации для всех первой и второй блокированных осадок, описанных в настоящей заявке, может быть достаточной для адиабатического нагрева внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатический нагрев во время первой и второй блокированных осадок, возможно, не наблюдается, поскольку суммарная деформация, созданная в первой и второй блокированных осадках, возможно, является недостаточной для заметного адиабатического нагревания заготовки. Поскольку блокированные осадки выполняют до осаженных высот, которые больше, чем используемые в ковке на прессе до основной осаженной высоте, деформация, внесенная в заготовку на этапе блокированной осадки, возможно, является не достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки. Как будет видно впоследствии, объединение первой и второй блокированных осадок в процессе всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно одному неограничивающему варианту реализации приводит к последовательности ковки по меньшей мере в одном цикле, состоящем из ковочных операций: A -B-C- B -C-A- C , причем ковочные операции A , B и C включают ковку на прессе до основной осаженной высоты, а ковочные операции B, C, C и A включают ковку на прессе для осадки до первой или второй блокированных осаженных высот; или согласно другому неограничивающему варианту реализации по меньшей мере один цикл состоит из ковочных операций: A -B-C- B -C-A- C -A-B, причем ковочные операции A , B и C включают ковку на прессе до основной осаженной высоты, а ковочные операции B, C, C, A, A и B включают ковку на прессе до первой или второй блокированной осаженной высоты.[0098] According to one non-limiting embodiment, after forging on a press to the main besieged height (at step 75) along axis A (as shown in FIG. 3), which is also designated in this application as “draft A”, and after optional permission stages to cool (at step 76) and heating (at step 77), if these steps are applied, the subsequent forging steps on the press to block precipitated heights, which may contain optional heating and cooling steps, are used along the B and C axes to “square” the workpiece ( return stor We blank square form). The phrase "forging on a press to block an upset height" in the present application means forging on a press to the first blocked by means of a backing ring of an upset height (at stages (78), (87), (96)) and forging on a press to blocked by means of a backing ring heights (in steps (81), (90), (99)), which are defined as a forging step on a press, used to reduce or “square” buckling, which occurs in the central region of any surface after forging on a press to the main elevated height. Bulging in the center or near the center of any surface leads to a volume stress state created in the surfaces, which can lead to cracking of the workpiece. The forging steps in the press to the first upset height and the forging on the press to the second upset height, also referred to in this application as the first blocked sediment, the second blocked sediment, or simply as blocked sediments, are used to deform the protruding surfaces so that the surfaces of the workpiece are flat or essentially flat before the next forging on the press to the main besieged height along the orthogonal axis. Stages blocked precipitation include forging on the press to the upset height, which is greater than the upset height used at each stage of forging on the press to the main upset height. Despite the fact that the strain rate for all the first and second blocked sediments described in this application may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation, adiabatic heating may not be observed, since the total deformation created in the first and second blocked sediments may not be sufficient for noticeable adiabatic heating of the workpiece. Since the blocked sediments are carried out to precipitated heights that are greater than those used in press forging to the main deposited height, the deformation introduced into the workpiece during the blocked draft is probably not sufficient for adiabatic heating of the inner region of the workpiece. As will be seen later, the combination of the first and second blocked sediment in the process of comprehensive forging with a high strain rate according to one non-limiting implementation variant leads to a forging sequence in at least one cycle consisting of forging operations: A -BC- B -CA- C moreover, the forging operations A , B and C include press forging to the main besieged height, and the forging operations B, C, C and A include press forging for upsetting to the first or second blocked besieged heights; or in accordance with another non-limiting embodiment, at least one cycle consists of forging operations: A -BC- B- CA- C -AB, wherein the forging operations A , B and C include forging on a press to the main besieged height, and forging operations B, C, C, A, A and B include press forging to the first or second blocked upset height.
[0099] Как показано на фиг. 3 и 5, согласно одному неограничивающему варианту реализации после этапа ковки на прессе до основной осаженной высоты (на этапе 75) вдоль первой ортогональной оси (осадка А ) и, если применены, после необязательных этапов позволения охлаждаться (на этапе 76) и нагревания (на этапе 77), как описано выше, заготовку прессуют ковкой (на этапе 78) вдоль оси В до первой блокированной осаженной высоты. Несмотря на то, что скорость деформации первой блокированной осадки может быть достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатическое нагревание во время первой блокированной осадки может не наблюдаться, поскольку деформация, внесенная во время первой блокированной осадки, может быть недостаточной для заметного адиабатического нагревания заготовки. Необязательно, обеспечена возможность охлаждения (на этапе 79) адиабатически нагретой внутренней области заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, в то время как наружную поверхностную область заготовки нагревают (на этапе 80) до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней. Все времена охлаждения и способы нагревания для осадки А (на этапе 75), описанной выше и в других вариантах реализации настоящего изобретения, подходят для этапов (79) и (80) и ко всем необязательным последующим этапам, на которых обеспечивают возможность охлаждения внутренней области заготовки и нагревают наружную поверхностную область заготовки.[0099] As shown in FIG. 3 and 5, according to one non-limiting implementation option after a forging step on a press to the main besieged height (at step 75) along the first orthogonal axis (draft A ) and, if applied, after optional steps to allow cooling (at step 76) and heating (at step 77), as described above, the workpiece is pressed by forging (at step 78) along the axis B to the first blocked upset height. Although the strain rate of the first blocked draft may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation variant, adiabatic heating during the first blocked draft may not be observed, since the strain introduced during the first blocked draft may not be sufficient for noticeable adiabatic heating of the workpiece. Optionally, it is possible to cool (in step 79) the adiabatically heated inner region of the workpiece to a temperature equal to or close to the forging temperature of the workpiece, while the outer surface region of the workpiece is heated (in step 80) to a temperature equal to the workpiece forging or close To her. All cooling times and heating methods for precipitation A (in step 75), described above and in other embodiments of the present invention, are suitable for steps (79) and (80) and all optional subsequent steps that allow the inner region of the workpiece to be cooled and heat the outer surface area of the workpiece.
[0100] Затем заготовку подвергают следующей ковке на прессе (на этапе 81) вдоль оси С для блокированной осадки до второй осаженной высоты, которая больше, чем основная осаженная высота. Первую и вторую блокированные осадки применяют для возвращения заготовки по существу к ее форме перед ковкой. Несмотря на то, что скорость деформации второй блокированной осадки может быть достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатическое нагревание во время второй блокированной осадки может не наблюдаться, поскольку деформация, внесенная во время второй блокированной осадки, может быть недостаточной для заметного адиабатического нагрева заготовки. Необязательно, обеспечивают (на этапе 82) возможность охлаждения адиабатически нагретой внутренней области заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, в то время как наружную поверхностную область заготовки нагревают (на этапе 83) до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней.[0100] The workpiece is then subjected to the next forging on a press (at step 81) along axis C for blocked precipitation to a second upset height that is greater than the main upset height. The first and second blocked sediments are used to return the workpiece essentially to its shape before forging. Although the deformation rate of the second blocked draft may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation variant, adiabatic heating during the second blocked draft may not be observed, since the strain introduced during the second blocked draft may not be sufficient for noticeable adiabatic heating of the workpiece. Optionally, provide (at stage 82) the possibility of cooling the adiabatically heated inner region of the workpiece to a temperature equal to or close to the forging temperature of the workpiece, while the outer surface area of the workpiece is heated (at step 83) to a temperature equal to the workpiece forging temperature or close To her.
[0101] Затем заготовку подвергают следующей ковке на прессе (на этапе 84) в направлении второй ортогональной оси, или оси В для осадки до основной осаженной высоты. Ковка на прессе для осадки до основной осаженной высоты вдоль оси В (на этапе 84) обозначена в настоящей заявке как осадка B . После осадки B (на этапе 84) необязательно обеспечивают возможность (на этапе 85) охлаждения адиабатически нагретой внутренней области заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, в то время как наружную поверхностную область заготовки нагревают (на этапе 86) до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней.[0101] Then, the workpiece is subjected to the following forging on a press (at step 84) in the direction of the second orthogonal axis, or axis B, for slumping to the main precipitated height. Forging on a press for precipitation to the main besieged height along the axis B (at step 84) is designated in this application as draft B. After precipitating B (at step 84), it is not necessary to allow (at step 85) cooling the adiabatically heated inner region of the workpiece to a temperature equal to or close to the forging temperature of the workpiece, while the outer surface region of the workpiece is heated (at step 86) to equal to the forging temperature of the workpiece or close to it.
[0102] Затем заготовку подвергают следующей ковке на прессе (на этапе 87) вдоль оси С для блокированного осаживания до первой осаженной высоты, которая больше, чем основная осаженная высота. Несмотря на то, что скорость деформации первой блокированной осадки может быть достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатическое нагревание во время первой блокированной осадки может не наблюдаться, поскольку деформация, внесенная во время первой блокированной осадки, может быть недостаточной для заметного адиабатического нагрева заготовки. Необязательно, обеспечивают (на этапе 88) возможность охлаждения адиабатически нагретой внутренней области заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, в то время как наружную поверхностную область заготовки нагревают (на этапе 89) до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней.[0102] Then, the workpiece is subjected to the following forging on a press (at step 87) along the C axis for blocked upsetting to a first upset height that is greater than the base upset height. Although the strain rate of the first blocked draft may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation variant, adiabatic heating during the first blocked draft may not be observed, since the strain introduced during the first blocked draft may not be sufficient for noticeable adiabatic heating of the workpiece. Optionally, provide (at step 88) the possibility of cooling the adiabatically heated inner region of the workpiece to a temperature equal to or close to the forging temperature of the workpiece, while the outer surface area of the workpiece is heated (to step 89) to a temperature equal to the temperature of the forging workpiece or close To her.
[0103] Затем заготовку подвергают следующей ковке на прессе (на этапе 90) вдоль оси А для блокированной осадки до второй осаженной высоты, которая больше, чем основная осаженная высота. Первую и вторую блокированные осадки применяют для возвращения заготовки по существу к ее форме перед ковкой. Несмотря на то, что скорость деформации второй блокированной осадки может быть достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатическое нагревание во время второй блокированной осадки может не наблюдаться, поскольку деформация, внесенная во время второй блокированной осадки, может быть недостаточной для заметного адиабатического нагрева заготовки. Необязательно, обеспечивают (на этапе 91) возможность охлаждения адиабатически нагретой внутренней области заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, в то время как наружную поверхностную область заготовки нагревают (на этапе 92) до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней.[0103] Then, the billet is subjected to the following forging on a press (at step 90) along axis A for blocked sediment to a second precipitated height that is greater than the principal precipitated height. The first and second blocked sediments are used to return the workpiece essentially to its shape before forging. Although the deformation rate of the second blocked draft may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation variant, adiabatic heating during the second blocked draft may not be observed, since the strain introduced during the second blocked draft may not be sufficient for noticeable adiabatic heating of the workpiece. Optionally, provide (at step 91) the possibility of cooling the adiabatically heated inner region of the workpiece to a temperature equal to or close to the forging temperature of the workpiece, while the outer surface area of the workpiece is heated (at step 92) to a temperature equal to the workpiece forging temperature or close To her.
[0104] Затем заготовку подвергают следующей ковке на прессе (на этапе 93) в направлении третьей ортогональной оси, или оси С для осадки до основной осаженной высоты. Ковка на прессе для осадки до основной осаженной высоты вдоль оси С (на этапе 93) обозначена в настоящей заявке как осадка С . После осадки С (на этапе 93) необязательно обеспечивают возможность (на этапе 94) охлаждения адиабатически нагретой внутренней области заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, в то время как наружную поверхностную область заготовки нагревают (на этапе 95) до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней.[0104] Then, the workpiece is subjected to the following forging on a press (at step 93) in the direction of the third orthogonal axis, or C axis, for slumping to the main besieged height. Forging press for upsetting to main osazhennoy height along the axis C (in step 93) is designated herein as a precipitate C. After precipitating C (at step 93), it is not necessary to provide (at step 94) cooling the adiabatically heated inner region of the workpiece to a temperature equal to or close to the forging temperature of the workpiece, while the outer surface region of the workpiece is heated (at step 95) to equal to the forging temperature of the workpiece or close to it.
[0105] Затем заготовку подвергают следующей ковке на прессе (на этапе 96) вдоль оси А для блокированного осаживания до первой осаженной высоты, которая больше, чем основная осаженная высота. Несмотря на то, что скорость деформации первой блокированной осадки может быть достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатическое нагревание во время первой блокированной осадки может не наблюдаться, поскольку деформация, внесенная во время первой блокированной осадки, может быть недостаточной для заметного адиабатического нагрева заготовки. Необязательно, обеспечивают (на этапе 97) возможность охлаждения адиабатически нагретой внутренней области заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, в то время как наружную поверхностную область заготовки нагревают (на этапе 98) до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней.[0105] The workpiece is then subjected to the next forging on a press (at step 96) along axis A for blocked upsetting to a first upset height that is greater than the main upset height. Although the strain rate of the first blocked draft may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation variant, adiabatic heating during the first blocked draft may not be observed, since the strain introduced during the first blocked draft may not be sufficient for noticeable adiabatic heating of the workpiece. Optionally, provide (at step 97) the possibility of cooling the adiabatically heated inner region of the workpiece to a temperature equal to or close to the forging temperature of the workpiece, while the outer surface area of the workpiece is heated (98) to a temperature equal to or close to the forging temperature To her.
[0106] Затем заготовку подвергают следующей ковке на прессе (на этапе 99) вдоль оси В для блокированной осадки до второй осаженной высоты, которая больше, чем основная осаженная высота. Первую и вторую блокированные осадки применяют для возвращения заготовки по существу к ее форме перед ковкой. Несмотря на то, что скорость деформации второй блокированной осадки может быть достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, согласно одному неограничивающему варианту реализации адиабатическое нагревание во время второй блокированной осадки может не наблюдаться, поскольку деформация, внесенная во время второй блокированной осадки, может быть недостаточной для заметного адиабатического нагрева заготовки. Необязательно, обеспечивают (на этапе 100) возможность охлаждения адиабатически нагретой внутренней области заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, в то время как наружную поверхностную область заготовки нагревают (на этапе 101) до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней.[0106] The workpiece is then subjected to the next forging on a press (at step 99) along the B axis for blocked sediment to a second upset height that is larger than the main upset height. The first and second blocked sediments are used to return the workpiece essentially to its shape before forging. Although the deformation rate of the second blocked draft may be sufficient for adiabatic heating of the internal area of the workpiece, according to one non-limiting implementation variant, adiabatic heating during the second blocked draft may not be observed, since the strain introduced during the second blocked draft may not be sufficient for noticeable adiabatic heating of the workpiece. Optionally, provide (at step 100) the possibility of cooling the adiabatically heated inner region of the workpiece to a temperature equal to or close to the forging temperature of the workpiece, while the outer surface area of the workpiece is heated (at 101) to a temperature equal to the temperature of the forging workpiece or close To her.
[0107] Как показано на фиг. 5, согласно неограничивающим вариантам реализации один или большее количество этапов (75), (78), (81), (84), (87), (90), (93), (96) и (99) ковки на прессе повторяют (на этапе 102), пока не будет достигнута степень суммарной деформации сплава титана в указанной заготовке по меньшей мере 1,0. Согласно другому неограничивающему варианту реализации один или большее количество этапов (75), (78), (81), (84), (87), (90), (93), (96) и (99) ковки на прессе повторяют (на этапе 102), пока в заготовке из титанового сплава не будет достигнута степень суммарной деформации в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5. Следует понимать, что после достижения требуемой деформации по меньшей мере 1,0 или согласно другому варианту реализации требуемой деформации в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5 на любом из этапов (75), (78), (81), (84), (87), (90), (93), (96) и (99) ковки на прессе необязательные промежуточные этапы уравновешивания (т.е., этапы (76), (79), (82), (85), (88), (91), (94), (97) или (100), согласно которым обеспечивают возможность охлаждения внутренней области заготовки, и этапы (77), (80), (83), (86), (89), (92), (95), (98) или (101), на которых нагревают наружную поверхность заготовки) не являются необходимыми, и заготовка может быть охлаждена до окружающей температуры. Согласно одному неограничивающему варианту реализации охлаждение включает закаливание в жидкости, такое как, например, закаливание в воде. Согласно другому неограничивающему варианту реализации охлаждение включает охлаждение со скоростью охлаждения воздушным потоком или более быстрое охлаждение.[0107] As shown in FIG. 5, according to non-limiting implementation options, one or more steps (75), (78), (81), (84), (87), (90), (93), (96) and (99) press forging is repeated (at step 102), until the degree of total deformation of the titanium alloy in the specified billet is at least 1.0. According to another non-limiting embodiment of the implementation of one or more stages (75), (78), (81), (84), (87), (90), (93), (96) and (99) forging on the press is repeated ( at step 102) until a total strain in the range of at least 1.0 to less than 3.5 is achieved in a titanium alloy billet. It should be understood that after reaching the desired deformation of at least 1.0 or according to another embodiment of the desired deformation in the range from at least 1.0 to less than 3.5 in any of steps (75), (78), ( 81), (84), (87), (90), (93), (96) and (99) press forging optional intermediate equilibration steps (i.e., steps (76), (79), (82 ), (85), (88), (91), (94), (97) or (100), according to which the internal area of the workpiece can be cooled, and steps (77), (80), (83), ( 86), (89), (92), (95), (98) or (101), on which the outer surface of the workpiece is heated) are not necessary, and the workpiece may be cooled to ambient temperature. According to one non-limiting embodiment, cooling involves quenching in a liquid, such as, for example, quenching in water. In another non-limiting embodiment, cooling involves cooling at a rate of cooling by air flow or faster cooling.
[0108] Процесс, описанный выше, включает повторную последовательность ковки на прессе для осадки до основной осаженной высоты, сопровождаемой ковкой на прессе для блокированной осадки до первой и второй осаженных высот. Последовательность ковки, которая представляет собой один полный цикл всесторонней ковки, описанный выше в неограничивающем варианте реализации, может быть представлена как ковочные операции A -B-C- B -C-A- C -A-B, причем операции (удары), которые обозначены полужирным шрифтом и подчеркнуты, предназначены для осадки до основной осаженной высоты, а операции, которые не обозначены полужирным шрифтом и не подчеркнуты, представляют собой первую или вторую блокированные осадки. Следует понимать, что все осадки ковки на прессе, включая операции ковки на прессе для осадки до основных осаженных высот, а также первые и вторые блокированные осадки процесса всесторонней ковки согласно настоящему изобретению выполняются с высокой скоростью деформации, достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки, причем, например, и без ограничения скорость деформации находится в диапазоне от 0,2 с-1 до 0,8 с-1 или в диапазоне от 0,2 с-1 до 0,4 с-1. Также следует понимать, что адиабатический нагрев по существу может не происходить во время первых и вторых блокированных осадок по причине пониженной степени деформации при этих осадках по сравнению с основными осадками. Также следует понимать, что между последовательными ковочными осадками, в качестве необязательных, присутствуют этапы, на которых обеспечивают возможность охлаждения адиабатически нагретой внутренней области заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, и на которых нагревают наружную поверхность заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, с использованием системы управления нагревом, описанной в настоящей заявке. Считается, что эти необязательные этапы могут быть более предпочтительными при использовании способа согласно настоящему изобретению для обработки заготовок, имеющих большие размеры. Дополнительно подразумевается, что последовательность ковочных операций A -B-C- B -C-A- C -A-B согласно описанному в настоящей заявке варианту реализации может быть повторена полностью или частично до достижения в заготовке степени суммарной деформации по меньшей мере 1,0 или в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5.[0108] The process described above involves re-sequence of forging on a press for slumping to a main besieged height, followed by forging on a press for a blocked slump to the first and second besieged heights. The forging sequence, which is one complete cycle of comprehensive forging, described above in a non-limiting implementation, can be represented as forging operations A -BC- B- CA- C -AB, with operations (blows) that are indicated in bold and underlined. they are intended for precipitations up to the main upset height, and operations that are not indicated in bold and not underlined are the first or second blocked precipitations. It should be understood that all press forging deposits, including press forging operations for upsetting to the main besieged heights, as well as the first and second blocked precipitations of the comprehensive forging process according to the present invention are performed with a high deformation rate sufficient for adiabatic heating of the inner region of the workpiece for example, and without limitation, the strain rate is in the range from 0.2 s −1 to 0.8 s −1 or in the range from 0.2 s −1 to 0.4 s −1 . It should also be understood that adiabatic heating in essence may not occur during the first and second blocked sediments due to the lower degree of deformation during these sediments compared to the main sediments. You should also understand that between successive forging sediments, as optional, there are stages in which provide the ability to cool the adiabatically heated inner region of the workpiece to a temperature equal to or close to the forging temperature of the workpiece and to heat the outer surface of the workpiece to a temperature equal to forging temperature of the workpiece or close to it, using the heating control system described in this application. It is believed that these optional steps may be more preferable when using the method according to the present invention for processing workpieces having large sizes. Additionally, it is implied that the forging operations sequence A -BC- B -CA- C -AB according to the embodiment described in this application can be repeated in whole or in part until the degree of total deformation of at least 1.0 or in the range from at least measure 1.0 to less than 3.5.
[0109] Выпучивание в заготовке является результатом комбинации блокирования штампом поверхности и присутствия более горячего материала в центре заготовки. При увеличении выпучивания центр каждой поверхности подвергается действию растущих объемных нагрузок, которые могут инициировать растрескивание. В последовательности A -B-C- B -C-A- C -A-B использование блокированных осадок между каждой операцией ковки на прессе для осадки до основной осаженной высоты снижает тенденцию к трещинообразованию в заготовке. Согласно одному неограничивающему варианту реализации, если заготовка имеет форму куба, первая блокированная осадка до первой осаженной высоты может быть выполнена до осаженной высоты, которая на 40-60% больше, чем основная осаженная высота. Согласно одному неограничивающему варианту реализации, если заготовка имеет форму куба, вторая блокированная осадка до второй осаженной высоты может быть выполнена до к осаженной высоты, которая на 15-30% больше, чем основная осаженная высота. Согласно другому неограничивающему варианту реализации первая осаженная высота при блокированной осадке может быть по существу эквивалентна второй осаженной высоте при блокированной осадке.[0109] A bulging in a workpiece is the result of a combination of blocking a surface with a die and the presence of a hotter material in the center of the workpiece. With an increase in buckling, the center of each surface is exposed to increasing volume loads that can initiate cracking. In the A -BC- B- CA- C -AB sequence, the use of blocked sediment between each forging operation on a sediment press to the main upset height reduces the tendency for cracking in the workpiece. According to one non-limiting implementation variant, if the billet has the shape of a cube, the first blocked sediment to the first upset height can be made up to an upset height that is 40-60% larger than the main upset height. According to one non-limiting implementation variant, if the billet is in the form of a cube, the second blocked draft to the second upset height can be completed up to the upset height that is 15-30% larger than the main upset height. According to another non-limiting embodiment, the first precipitated height with blocked draft may be substantially equivalent to the second precipitated height with blocked draft.
[0110] В неограничивающих вариантах реализации термоуправляемой всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно настоящему изобретению после суммарной деформации до степени по меньшей мере 1,0 или в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5 средний размер зерна альфа-частиц в заготовке составляет 4 мкм или меньше, который, как полагают, является сверхмелким размером зерна (UFG). Согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения применение суммарной деформации в степени по меньшей мере 1,0 или в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5 позволяет сформировать зерна, которые являются равноосными.[0110] In non-limiting embodiments of heat-controlled all-round forging with a high strain rate according to the present invention, after a total strain to a degree of at least 1.0 or in a range from at least 1.0 to less than 3.5, the average grain size alpha particles in the workpiece is 4 microns or less, which is believed to be ultra-fine grain size (UFG). According to one non-limiting embodiment of the present invention, the use of a total strain of at least 1.0 or in the range of at least 1.0 to less than 3.5 allows the formation of grains that are equiaxial.
[0111] Согласно одному неограничивающему варианту реализации способа согласно настоящему изобретению, включающему всестороннюю ковку и использование необязательной системы управления нагревом, рабочую поверхность штампующего заготовку пресса смазывают известными смазками, такими как помимо прочего графит, стеклосмазка и/или другие известные консистентные смазки.[0111] According to one non-limiting embodiment of the method according to the present invention, which includes forging and using an optional heating control system, the working surface of the press-forming workpiece is lubricated with known lubricants, such as inter alia graphite, glass lubricant and / or other known consistent lubricants.
[0112] Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации способов согласно настоящему изобретению заготовка содержит титановый сплав, выбранный из двухфазных титановых сплавов с альфа-бета-структурой и метастабильных бета-сплавов титана. Согласно другому неограничивающему варианту реализации заготовка содержит двухфазный титановый сплав с альфа-бета-структурой. Согласно еще одному неограничивающему варианту реализации заготовка содержит метастабильный бета-титановый сплав. Согласно одному неограничивающему варианту реализации титановый сплав, обработанный способом согласно настоящему изобретению, имеет эффективное альфа-выделение фазы и кинетику роста, которые медленнее, чем кинетика сплава Ti-6-4 (UNS R56400), и такая кинетика может быть обозначена в настоящей заявке как "более медленная альфа-кинетика". Согласно одному неограничивающему варианту реализации более медленная альфа-кинетика может быть достигнута, если диффузионная способность наиболее медленно диффундирующих составляющих частиц в титановом сплаве является более медленной, чем диффузионная способность алюминия в сплаве Ti-6-4 при температуре (Tβ) бета-перехода. Например, сплав Ti-6-2-4-2 имеет более медленную альфа-кинетику, чем сплав Ti-6-4, в результате присутствия дополнительных стопорящих зерна элементов, таких как кремний, в сплаве Ti-6-2-4-2. Кроме того, сплав Ti-6-2-4-6 имеет более медленную альфа-кинетику, чем сплав Ti-6-4, в результате присутствия дополнительных стабилизирующих бета-фазу в сплаве добавок, таких как молибден, содержание которого в данном сплаве является более высоким, чем в сплаве T-6-4. Результат более медленной альфа-кинетики в данных сплавах состоит в том, что бета-отжиг сплавов Ti-6-2-4-6 и Ti-6-2-4-2 перед всесторонней ковкой с высокой скоростью деформации позволяет достичь относительно мелкий и устойчивый размер альфа-пакета и мелкую структуру бета-фазы по сравнению со сплавом Ti-6-4 и некоторыми другими титановыми сплавами, имеющими более быстрое выделение альфа-фазы и кинетику роста, чем у сплавов Ti-6-2-4-6 и Ti-6-2-4-2. Выражение "более медленная альфа-кинетика" подробно описано выше в настоящей заявке. Примеры титановых сплавов, которые могут быть обработаны с использованием вариантов реализации способов согласно настоящему изобретению, включают помимо прочего сплав Ti-6-2-4-2, сплав Ti-6-2-4-6, сплав ATI 425® (сплав Ti-4Al-2,5V), сплав Ti-6-6-2 и сплав Ti-6Al-7Nb.[0112] According to some non-limiting embodiments of the methods of the present invention, the preform comprises a titanium alloy selected from two-phase titanium alloys with an alpha-beta structure and metastable titanium beta alloys. According to another non-limiting implementation variant, the preform comprises a two-phase titanium alloy with an alpha beta structure. According to another non-limiting embodiment, the preform comprises a metastable beta-titanium alloy. According to one non-limiting implementation variant, the titanium alloy processed by the method of the present invention has an effective alpha phase separation and growth kinetics that are slower than the kinetics of Ti-6-4 alloy (UNS R56400), and such kinetics can be designated in this application as "slower alpha kinetics". According to one non-limiting implementation variant, slower alpha kinetics can be achieved if the diffusion capacity of the most slowly diffusing constituent particles in a titanium alloy is slower than the diffusion capacity of aluminum in the Ti-6-4 alloy at the (T β ) beta transition. For example, Ti-6-2-4-2 alloy has a slower alpha kinetics than Ti-6-4 alloy, as a result of the presence of additional stopping grain elements, such as silicon, in Ti-6-2-4-2 alloy . In addition, Ti-6-2-4-6 alloy has a slower alpha kinetics than Ti-6-4 alloy, as a result of the presence of additional beta-phase stabilizing additives in the alloy, such as molybdenum, the content of which in this alloy is higher than alloy T-6-4. The result of a slower alpha kinetics in these alloys is that beta annealing of Ti-6-2-4-6 and Ti-6-2-4-2 alloys before comprehensive forging with a high strain rate allows for relatively small and stable the size of the alpha package and the fine structure of the beta phase compared with the Ti-6-4 alloy and some other titanium alloys that have a faster release of the alpha phase and growth kinetics than Ti-6-2-4-6 and Ti alloys -6-2-4-2. The expression "slower alpha kinetics" is described in detail above in this application. Examples of titanium alloys that can be processed using the embodiments of the methods of the present invention include, among others, Ti-6-2-4-2 alloy, Ti-6-2-4-6 alloy, ATI 425 ® alloy (Ti alloy 4Al-2,5V), alloy Ti-6-6-2 and alloy Ti-6Al-7Nb.
[0113] Неограничивающий вариант реализации способа согласно настоящему изобретению включает этапы бета-отжига, согласно которым: нагревают заготовку до температуры бета-отжига, выдерживают заготовку при температуре бета-отжига в течение периода времени, достаточного для формирования микроструктуры со 100%-ой бета-фазой титана в заготовке, и охлаждают заготовку непосредственно до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации температура бета-отжига находится в диапазоне температур от температуры бета-перехода сплава титана до температуры, которая на 300°F (111°C) выше температуры бета-перехода сплава титана. Согласно неограничивающим вариантам реализации время бета-отжига составляет от 5 минут до 24 часов. Специалисту после прочтения настоящего описания будет понятно, что другие температуры бета-отжига и времена бета-отжига также попадают в объем защиты вариантов реализации настоящего изобретения, и, например, для относительно больших заготовок могут потребоваться относительно повышенные температуры бета-отжига и/или более длительные времена бета-отжига для формирования 100%-ной микроструктуры бета-фазы титана.[0113] A non-limiting embodiment of the method according to the present invention includes the steps of beta annealing, according to which: the billet is heated to a beta annealing temperature; phase of titanium in the workpiece, and cool the workpiece directly to a temperature equal to the temperature of forging the workpiece or close to it. In some non-limiting embodiments, the temperature of the beta annealing is in the range of temperatures from the beta transition temperature of the titanium alloy to a temperature that is 300 ° F (111 ° C) above the beta transition temperature of the titanium alloy. According to non-limiting implementation options, the beta annealing time is from 5 minutes to 24 hours. It will be clear to the skilled person after reading this disclosure that other beta annealing temperatures and beta annealing times also fall within the protection scope of embodiments of the present invention, and, for example, relatively large workpieces may require relatively elevated beta annealing temperatures and / or longer beta annealing times to form the 100% microstructure of the beta phase of titanium.
[0114] Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации, в которых заготовку поддерживают при температуре бета-отжига для формирования микроструктуры со 100%-ной бета-фазой, заготовка также может быть пластически деформирована при температуре пластической деформации в области бета-фазы сплава титана до охлаждения заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, или до окружающей температуры. Пластическая деформация заготовки может содержать по меньшей мере одно из вытяжки, ковки осадкой и всесторонней ковки с высокой скоростью деформации заготовки. Согласно одному неограничивающему варианту реализации пластическая деформация в области бета-фазы включает ковку осадкой заготовки до достижения степени деформации в результате осадки в области бета-фазы в диапазоне от 0,1 до 0,5. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации температура пластической деформации находится в диапазоне температур пластической деформации от температуры бета-перехода сплава титана до температуры на 300°F (111°C) выше температуры бета-перехода сплава титана включительно.[0114] According to some non-limiting embodiments, in which the billet is maintained at the beta annealing temperature to form a 100% beta phase microstructure, the billet can also be plastically deformed at the plastic deformation temperature in the beta phase phase of the titanium alloy prior to cooling the billet to a temperature equal to or near the forging temperature of the workpiece, or to ambient temperature. Plastic deformation of the workpiece may contain at least one of drawing, forging draft and all-round forging with a high rate of deformation of the workpiece. According to one non-limiting implementation variant, plastic deformation in the beta-phase region includes forging the draft preform to a degree of deformation due to precipitation in the beta-phase region in the range from 0.1 to 0.5. According to some non-limiting implementation options, the temperature of plastic deformation is in the range of plastic deformation temperatures from the temperature of the beta transition of the titanium alloy to a temperature of 300 ° F (111 ° C) above the temperature of the beta transition of the titanium alloy inclusive.
[0115] На фиг. 6 показан температурно-временной график термомеханической обработки неограничивающим способом пластического деформирования заготовки выше температуры бета-перехода и непосредственного охлаждения до температуры ковки заготовки. Как показано на фиг. 6, неограничивающий способ 200 включает этап 202, на котором нагревают заготовку из сплава титана, имеющего альфа-выделение и кинетику роста, которые медленнее, чем у сплава Ti-6-4, например, до температуры 204 бета-отжига, которая выше температуры 206 бета-перехода сплава титана, и этап 208, на котором выдерживают или "томят" заготовку при температуре 204 бета-отжига для формирования микроструктуры полностью с бета фазой титана в заготовке. Согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения после томления на этапе 208 заготовка может быть пластически деформирована на этапе 210. Согласно одному неограничивающему варианту реализации этап 210 пластического деформирования включает ковку осадкой. Согласно одному неограничивающему варианту реализации этап 210 пластического деформирования включает ковку осадкой до истинной деформации 0,3. Согласно одному неограничивающему варианту реализации этап 210 пластического деформирования включает термоуправляемую всестороннюю ковку с высокой скоростью деформации (не показана на фиг. 6) при температуре бета-отжига.[0115] FIG. 6 shows the temperature-time graph of thermomechanical processing by a non-limiting method of plastic deformation of the workpiece above the beta transition temperature and direct cooling to the workpiece forging temperature. As shown in FIG. 6, the
[0116] Как показано на фиг. 6, после пластической деформации 210 в области бета-фазы согласно одному неограничивающему варианту реализации заготовку охлаждают на этапе 212 до температуры 214 ковки заготовки в области альфа+бета-фаз сплава титана. Согласно одному неограничивающему варианту реализации охлаждение на этапе 212 содержит охлаждение со скоростью охлаждения воздушным потоком или более быстрое охлаждение. Согласно другому неограничивающему варианту реализации охлаждение включает закаливание в жидкости, такое как, например, закаливание в воде. После охлаждения на этапе 212 заготовку подвергают всесторонней ковке при температуре 214 с высокой скоростью деформации согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения. Согласно одному неограничивающему варианту реализации, как показано на фиг. 6, заготовку ударяют или куют на прессе 12 раз, т.е. вдоль трех ортогональных осей заготовки непоследовательно куют на прессе в общей сложности 4 раза вдоль каждой оси. Иными словами, как показано на фиг. 2 и 6, цикл, включающий этапы (a)-(необязательный b), (c)-(необязательный d) и (e)-(необязательный f), выполняют 4 раза. Согласно одному неограничивающему варианту реализации, как показано на фиг. 6, после последовательности всесторонней ковки, состоящей из 12 ударов, суммарная деформация может быть равна, например, по меньшей мере 1,0 или может находиться в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5. После всесторонней ковки на этапе 214 заготовку охлаждают на этапе 216 до окружающей температуры. Согласно одному неограничивающему варианту реализации охлаждение на этапе 216 включает охлаждение со скоростью охлаждения воздушным потоком или более быстрое охлаждение, но другие формы охлаждения, такие как помимо прочего закаливание в текучей среде или жидкости, также попадают в объем защиты вариантов реализации настоящего изобретения, описанных в настоящей заявке.[0116] As shown in FIG. 6, after
[0117] Неограничивающий аспект настоящего изобретения включает всестороннюю ковку с высокой скоростью деформации при двух температурах в области альфа+бета-фаз. На фиг. 7 показан температурно-временной график термомеханической обработки неограничивающим способом согласно настоящему изобретению, включающий этапы, согласно которым выполняют всестороннюю ковку заготовки из титанового сплава при первой температуре ковки заготовки, необязательно используют неограничивающий вариант реализации средства для термоуправления, описанного выше, охлаждают до второй температуры ковки заготовки в области альфа+бета-фаз, выполняют всестороннюю ковку заготовки из титанового сплава при второй температуре ковки заготовки и необязательно используют неограничивающий вариант реализации средства для тепрмоуправления, описанного в настоящей заявке.[0117] A non-limiting aspect of the present invention includes comprehensive forging with a high strain rate at two temperatures in the alpha + beta phase. FIG. 7 shows a time-temperature graph of thermomechanical processing in a non-limiting manner according to the present invention, including the steps of performing a comprehensive forging of a titanium alloy billet at the first forging temperature of the workpiece, optionally using a non-limiting embodiment of the means for thermal control described above, is cooled to the second temperature of the forging of the workpiece in the alpha + beta phase, perform a comprehensive forging of a titanium alloy billet at a second forging temperature agotovki and optionally use a non-limiting embodiment of means for teprmoupravleniya described herein.
[0118] Как показано на фиг. 7, неограничивающий способ 230 согласно настоящему изобретению включает этапы, согласно которым нагревают на этапе 232 заготовку до температуры 234 бета-отжига, которая выше температуры 236 бета-перехода сплава и выдерживают или томят на этапе 238 заготовку при температуре 234 бета-отжига для формирования в заготовке из титанового сплава микроструктуры, полностью состоящей из бета-фазы. После томления на этапе 238 заготовка может быть пластически деформирована на этапе 240. Согласно одному неограничивающему варианту реализации пластическое деформирование на этапе 240 включает ковку осадкой. Согласно другому неограничивающему варианту реализации пластическое деформирование на этапе 240 включает ковку осадкой до степени деформации 0,3. Согласно еще одному неограничивающему варианту реализации пластическое деформирование заготовки на этапе 240 включает всестороннюю ковку с высокой скоростью деформации (не показана на фиг. 7) при температуре бета-отжига.[0118] As shown in FIG. 7, the
[0119] Как показано на фиг. 7, после пластического деформирования на этапе 240 в области бета-фазы заготовку охлаждают на этапе 242 до первой температуры 244 ковки заготовки в области альфа+бета-фаз сплава титана. Согласно неограничивающим вариантам реализации охлаждение на этапе 242 включает одно из воздушного охлаждения и закаливания в жидкости. После охлаждения на этапе 242 заготовку подвергают всесторонней ковке на этапе 246 с высокой скоростью деформации при первой температуре ковки заготовки и необязательно используют систему управления нагревом согласно неограничивающим вариантам реализации, описанным в настоящей заявке. Согласно одному неограничивающему варианту реализации, показанному на фиг. 7, заготовку ударяют или куют на прессе при первой температуре ковки заготовки 12 раз с поворотом на 90° между ударами, т.е., вдоль трех ортогональных осей заготовку куют на прессе 4 раза вдоль каждой оси. Иными словами, как показано на фиг. 2, цикл, включающий этапы (a)-(необязательный b), (c)-(необязательный d) и (e)-(необязательный f), выполняют 4 раза. Согласно одному неограничивающему варианту реализации, как показано на фиг. 7, после всесторонней ковки заготовки с высокой скоростью деформации на этапе 246 при первой температуре ковки заготовку из титанового сплава охлаждают на этапе 248 до второй температуры ковки заготовки на этапе 250 в области альфа+бета-фаз. После охлаждения на этапе 248 заготовку подвергают всесторонней ковке 250 с высокой скоростью деформации при второй температуре ковки заготовки и необязательно используют систему управления нагревом согласно неограничивающим вариантам реализации, описанным в настоящей заявке. Согласно одному неограничивающему варианту реализации, как показано на фиг. 7, заготовку ударяют или куют на прессе при второй температуре ковки заготовки в общей сложности 12 раз. Следует понимать, что количество ударов по заготовке из титанового сплава при первой и второй температурах ковки заготовки может быть изменено в зависимости от требуемой истинной деформации и требуемого конечного размера зерна, причем количество ударов, которое является подходящим, может быть определено без неоправданного экспериментирования после рассмотрения настоящего изобретения. После всесторонней ковки на этапе 250 при второй температуре ковки заготовку охлаждают на этапе 252 до окружающей температуры. Согласно неограничивающим вариантам реализации охлаждение на этапе 252 включает одно из воздушного охлаждения и закаливания в жидкости до окружающей температуры.[0119] As shown in FIG. 7, after plastic deformation at
[0120] Согласно одному неограничивающему варианту реализации первая температура ковки заготовки находится в первом диапазоне температур ковки от температуры, которая более чем на 100°F (55,6°C) ниже температуры бета-перехода сплава титана, до температуры, которая на 500°F (277,8°C) ниже температуры бета-перехода сплава титана, т.е., первая температура T1 ковки заготовки находится в диапазоне: Tβ-100°F>T1≥Tβ-500°F. Согласно одному неограничивающему варианту реализации вторая температура ковки заготовки находится во втором диапазоне температур ковки от температуры, которая более чем на 200°F (277,8°C) ниже температуры бета-перехода сплава титана, до температуры, которая на 700°F (388,9°C) ниже температуры бета-перехода, т.е., вторая температура T2 ковки заготовки находится в диапазоне: Tβ-200°F>T2≥Tβ-700°F. Согласно одному неограничивающему варианту реализации заготовка из титанового сплава содержит сплав Ti-6-2-4-2; первая температура заготовки составляет 1650°F (898,9°C); и вторая температура ковки заготовки составляет 1500°F (815,6°C).[0120] According to one non-limiting embodiment, the first forging temperature of the workpiece is in the first forging temperature range from a temperature that is more than 100 ° F (55.6 ° C) below the temperature of the beta transition of the titanium alloy, to a temperature that is 500 ° F (277.8 ° C) below the temperature of the beta transition of the titanium alloy, i.e., the first temperature Tone workpiece forging is in the range: tβ-100 ° F> Tone≥Tβ-500 ° F. According to one non-limiting embodiment, the second forging temperature of the workpiece is in the second forging temperature range from a temperature that is more than 200 ° F (277.8 ° C) below the beta transition temperature of the titanium alloy, to a temperature that is 700 ° F (388 , 9 ° C) below the beta transition temperature, i.e., the second temperature T2 Forging billet is in range: Tβ-200 ° F> T2≥Tβ-700 ° F. According to one non-limiting implementation variant, the titanium alloy billet comprises Ti-6-2-4-2 alloy; the first temperature of the workpiece is 1650 ° F (898.9 ° C); and the second forging temperature of the workpiece is 1500 ° F (815.6 ° C).
[0121] На фиг. 8 показан температурно-временной график термомеханической обработки неограничивающим способом согласно настоящему изобретению для пластического деформирования заготовки, включающим нагревание титанового сплава до температуры, которая выше температуры бета-перехода, и охлаждение заготовки до температуры ковки с одновременным использованием термоуправляемой всесторонней ковки заготовки с высокой скоростью деформации согласно неограничивающим вариантам реализации, описанным в настоящей заявке. Как показано на фиг. 8, неограничивающий способ 260 использования термоуправляемой всесторонней ковки с высокой скоростью деформации для измельчения зерна сплава титана включает этапы, согласно которым нагревают на этапе 262 заготовку до температуры 264 бета-отжига, которая выше температуры 266 бета-перехода сплава титана, и выдерживают или томят на этапе 268 заготовку при температуре 264 бета-отжига для формирования в заготовке микроструктуры, полностью состоящей из бета-фазы. После томления на этапе 268 при температуре бета-отжига заготовку пластически деформируют на этапе 270. Согласно одному неограничивающему варианту реализации пластическое деформирование на этапе 270 может включать термоуправляемую всестороннюю ковку с высокой скоростью деформации. Согласно одному неограничивающему варианту реализации заготовку подвергают повторной всесторонней ковке на этапе 272 с высокой скоростью деформации с использованием необязательной системы управления нагревом, описанной выше в настоящей заявке, для охлаждения заготовки ниже температуры бета-перехода. На фиг. 8 показаны три промежуточных этапа 272 всесторонней ковки с высокой скоростью деформации, но следует понимать, что в случае необходимости могут быть использованы большее или меньшее количество промежуточных этапов 272 всесторонней ковки с высокой скоростью деформации. Промежуточные этапы 272 всесторонней ковки с высокой скоростью деформации расположены между исходным этапом 270 всесторонней ковки с высокой скоростью деформации при температуре томления и конечным этапом 274 всесторонней ковки с высокой скоростью деформации в области альфа+бета-фаз сплава титана. Несмотря на то, что на фиг. 8 показан один конечный этап всесторонней ковки с высокой скоростью деформации, на котором температура заготовки остается полностью в области альфа+бета-фаз, после прочтения настоящего описания будет понятно, что для дополнительной обработки зерна в области альфа+бета-фаз могут быть выполнены два и большее количество этапов всесторонней ковки. Согласно неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения по меньшей мере один конечный этап всесторонней ковки с высокой скоростью деформации выполняют полностью при температурах в области альфа+бета-фаз заготовки из титанового сплава.[0121] FIG. 8 shows a temperature-time graph of thermomechanical processing by a non-limiting method according to the present invention for plastic deformation of the workpiece, including heating the titanium alloy to a temperature that is higher than the beta transition temperature, and cooling the workpiece to the forging temperature while using heat-controlled comprehensive forging of the workpiece with a high strain rate according to non-limiting implementation options described in this application. As shown in FIG. 8, the
[0122] Поскольку этапы 270, 272, 274 всесторонней ковки выполняют во время охлаждения заготовки до температур ниже температуры бета-перехода сплава титана, способ согласно одному варианту реализации, показанному на фиг. 8, в настоящей заявке назван как "всесторонняя ковка с высокой скоростью деформации с пересечением бета-перехода". Согласно одному неограничивающему варианту реализации система 33 управления нагревом (как показано на фиг. 3) используется при всесторонней ковке с пересечением бета-перехода для поддерживания заготовки при однородной или по существу однородной температуре перед каждым ударом при каждой температуре ковки с пересечением бета-перехода и, необязательно, для замедления скорости охлаждения. После конечного этапа 274 всесторонней ковки, которую выполняют при температуре ковки заготовки в области альфа+бета-фаз, заготовку охлаждают на этапе 276 до окружающей температуры. Согласно одному неограничивающему варианту реализации охлаждение на этапе 276 включает воздушное охлаждение.[0122] Since all-
[0123] Неограничивающие варианты реализации всесторонней ковки с использованием системы управления нагревом, описанной выше, могут быть использованы для обработки заготовок из титанового сплава, имеющих поперечные сечения больше, чем 4 кв. дюйма (25,8 см2), с использованием известного кузнечнопрессового оборудования, и размер заготовок, имеющих кубическую форму, может быть масштабирован для согласования с характеристиками конкретного пресса. Было определено, что альфа-ламеллы или пакеты из β-отожженной структуры легко крошатся до мелкого однородного альфа-зерна в температурах ковки заготовки согласно неограничивающим вариантам реализации, описанным в настоящей заявке. Также, было определено, что снижение температуры ковки заготовки приводит к уменьшению размера альфа-частиц (размера зерна).[0123] Non-limiting embodiments of the comprehensive forging using the heating control system described above can be used to process titanium alloy billets with cross sections greater than 4 square meters. inches (25.8 cm 2 ), using well-known forging equipment, and the size of the billet having a cubic shape can be scaled to fit the characteristics of a particular press. It was determined that alpha-lamellae or packets from the β-annealed structure easily crumble to fine homogeneous alpha grain at the forging temperatures of the workpiece according to the non-limiting implementation options described in this application. Also, it was determined that lowering the forging temperature of the workpiece leads to a decrease in the size of alpha particles (grain size).
[0124] Без углубления в конкретные теории, предполагается, что обработка зерна, которая имеет место в неограничивающих вариантах реализации термоуправляемой всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно настоящему изобретению, происходит путем метадинамической рекристаллизации. В известном процессе всесторонней ковки с низкой скоростью деформации динамическая рекристаллизация происходит мгновенно во время деформирования материала. Предполагается, что при всесторонней ковке с высокой скоростью деформации согласно настоящему изобретению метадинамическая рекристаллизация происходит в конце каждой деформации или каждого ковочного удара, несмотря на то, что по меньшей мере внутренняя область заготовки является горячей в результате адиабатического нагревания. Остаточное адиабатическое тепло, времена охлаждения внутренней области и нагревание наружной поверхностной области влияют на степень обработки зерна в неограничивающих вариантах реализации термоуправляемой всесторонней ковки с высокой скоростью деформации согласно настоящему изобретению.[0124] Without deepening into specific theories, it is assumed that the processing of grain, which takes place in non-limiting embodiments of heat-controlled all-round forging with a high strain rate according to the present invention, takes place through metadynamic recrystallization. In the known process of comprehensive forging with a low strain rate, dynamic recrystallization occurs instantaneously during material deformation. In a comprehensive forging with a high strain rate according to the present invention, it is assumed that metadynamic recrystallization occurs at the end of each strain or each forging stroke, despite the fact that at least the internal area of the workpiece is hot as a result of adiabatic heating. The residual adiabatic heat, the cooling times of the inner region and the heating of the outer surface region affect the degree of grain processing in non-limiting embodiments of heat-controlled all-round forging with a high strain rate according to the present invention.
[0125] Были дополнительно разработаны альтернативные способы согласно настоящему изобретению, обеспечивающие некоторые преимущества перед способом, описанным выше, включающим всестороннюю ковку с использованием системы управления нагревом и заготовки в форме куба, содержащей титановый сплав. Предполагается, что по меньшей мере одно из (1) кубической геометрии заготовки, используемой в некоторых вариантах реализации термоуправляемой всесторонней ковки, описанной в настоящей заявке, (2) охлаждения штампа (т.е., обеспечения возможности снижения температуры штампов значительно ниже температуры ковки заготовки) и (3) использования высоких скоростей деформации может привести к нежелательной концентрации деформации в центральной области заготовки.[0125] Alternative methods according to the present invention were further developed, providing several advantages over the method described above, which includes forging using a heating control system and a cube-shaped billet containing a titanium alloy. It is assumed that at least one of (1) the cubic geometry of the workpiece used in some embodiments of the heat-controlled all-round forging described in this application, (2) stamp cooling (i.e., the possibility of reducing the temperature of the dies is well below the forging temperature of the workpiece ) and (3) the use of high strain rates can lead to an undesirable concentration of strain in the central region of the workpiece.
[0126] Альтернативные способы согласно настоящему изобретению могут способствовать достижению в целом однородного мелкого зерна, очень мелкого зерна или сверхмелкого размера зерна по всему объему заготовки сортового размера из титанового сплава. Иными словами, заготовка, обработанная такими альтернативными способами, может иметь требуемый размер зерна, такой как сверхмелкое, по всему объему заготовки, а не только в ее центральной области. Неограничивающие варианты реализации таких альтернативных способов включают этапы "многократной осадки и вытяжки", примененные к заготовкам, имеющим поперечные сечения больше 4 кв. дюймов (25,8 см2). Многократные этапы осадки и вытяжки предназначены для создания микроструктуры с однородным мелким зерном, очень мелким зерном или сверхмелким зерном по всей заготовке с одновременным сохранением по существу исходных размеров заготовки. Поскольку такие альтернативные способы включают многократные этапы осадки и вытяжки, они обозначены в настоящей заявке как варианты реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD). Способ многократной осадки и вытяжки (MUD) включает интенсивное пластическое деформирование и позволяет формировать однородные сверхмелкие зерна в заготовках сортового размера (например, 30 дюймов (76,2 см) длиной) из титанового сплава. Согласно неограничивающим вариантам реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) согласно настоящему изобретению указанные скорости деформации, используемые на этапах ковки осадкой и ковки вытяжкой, находятся в диапазоне от 0,001 с-1 до 0,02 с-1. Напротив, скорости деформации, обычно используемые на этапах известной открытой ковки осадкой и ковки вытяжкой, находятся в диапазоне от 0,03 с-1 до 0,1 с-1. Скорость деформации при многократной осадке и вытяжке является достаточно медленной для предотвращения адиабатического нагревания заготовки с поддержанием температуры ковки под контролем, но все же указанная скорость деформации является приемлемой для случаев коммерческого применения.[0126] Alternative methods according to the present invention may contribute to achieving a generally homogeneous fine grain, very fine grain, or an ultra-fine grain size throughout the entire billet of a varietal size of titanium alloy. In other words, a billet processed by such alternative methods may have the required grain size, such as superfine, throughout the volume of the billet, and not only in its central region. Non-limiting embodiments of such alternative methods include the steps of "multiple sludge and stretching" applied to blanks with cross sections greater than 4 square meters. inches (25.8 cm 2 ). The multiple stages of precipitation and drawing are designed to create a microstructure with a uniform fine grain, a very fine grain, or an ultra fine grain throughout the billet while maintaining essentially the original dimensions of the blank. Since such alternative methods include multiple stages of precipitation and drawing, they are referred to in this application as embodiments of the method of multiple draft and drawing (MUD). The method of multiple precipitation and drawing (MUD) involves intensive plastic deformation and allows the formation of uniform ultrafine grains in billets of varietal size (for example, 30 inches (76.2 cm) in length) from a titanium alloy. According to non-limiting embodiments of the method of multiple precipitation and drawing (MUD) according to the present invention, the indicated strain rates used in the forging steps of the draft and drawing forging are in the range of 0.001 s −1 to 0.02 s −1 . In contrast, the strain rates typically used in the stages of known open-draft forging and drawing forging are in the range of 0.03 s -1 to 0.1 s -1 . The rate of deformation during repeated precipitation and stretching is sufficiently slow to prevent the adiabatic heating of the workpiece while keeping the forging temperature under control, but still the indicated strain rate is acceptable for commercial applications.
[0127] Схематическое представление неограничивающих вариантов реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) приведено на фиг. 9, и блок-схема некоторых вариантов реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) приведена на фиг. 10. Как показано на фиг. 9 и 10, неограничивающий способ 300 измельчения зерен в заготовке, содержащей титановый сплав, с использованием этапов ковки с многократной осадкой и вытяжкой, включает этап, согласно которому нагревают удлиненную заготовку 302 из титанового сплава до температуры ковки в области альфа+бета-фаз сплава титана. Согласно одному неограничивающему варианту реализации удлиненная заготовка имеет форму цилиндра или форма, подобную форме цилиндра. Согласно другому неограничивающему варианту реализации заготовка имеет форму восьмигранника или правильного октагона.[0127] A schematic representation of the non-limiting embodiments of the Multi Draft & Exhaust (MUD) method is shown in FIG. 9, and a block diagram of some embodiments of the multiple draft and exhaust (MUD) process is shown in FIG. 10. As shown in FIG. 9 and 10, a
[0128] Удлиненная заготовка имеет исходное поперечное сечение. Например, согласно одному неограничивающему варианту реализации способ многократной осадки и вытяжки согласно настоящему изобретению, в котором исходная заготовка представляет собой цилиндр, исходный размер поперечного сечения представляет собой диаметр цилиндра. Согласно одному неограничивающему варианту реализации способ многократной осадки и вытяжки (MUD) согласно настоящему изобретению, в котором исходная заготовка представляет собой восьмигранник, исходный поперечный размер представляет собой диаметр круга, описывающего восьмиугольное поперечное сечение, т.е., диаметр круга, который проходит через все вершины восьмиугольного поперечного сечения.[0128] The elongated preform has an initial cross section. For example, according to one non-limiting embodiment of the method of multiple precipitations and drawing according to the present invention, in which the initial billet is a cylinder, the initial cross-sectional size is the diameter of the cylinder. According to one non-limiting embodiment of the method of multiple precipitation and drawing (MUD) according to the present invention, in which the original billet is an octahedron, the original transverse size is the diameter of a circle describing an octagonal cross section, i.e., a diameter of a circle that passes through vertices of octagonal cross section.
[0129] Когда удлиненная заготовка находится при температуре ковки заготовки, заготовку куют осадкой на этапе 304. После ковки осадкой на этапе 304 согласно одному неограничивающему варианту реализации заготовку вращают на 90° до достижения ориентации 306 и затем подвергают многопроходной ковке вытяжкой на этапе 312. Фактическое вращение заготовки является необязательным, и задача этого этапа состоит в том, чтобы расположить заготовку в правильной ориентации (как показано на фиг. 9) относительно устройства для ковки с последующей многопроходной ковкой вытяжкой на этапе 312.[0129] When the elongated billet is at the forging temperature of the billet, the billet is hammered by sludge at
[0130] Многопроходная ковка вытяжкой включает вращение с приращением (показано стрелкой 310) заготовки в направлении вращения (указанном стрелкой 310), сопровождаемое ковкой вытяжкой на этапе 312 заготовки после каждого приращения вращения. Согласно неограничивающим вариантам реализации вращение с приращением на этапе 310 и ковку вытяжкой на этапе 312 повторяют, пока заготовка не вернется к исходному поперечному размеру. Согласно одному неограничивающему варианту реализации этапы ковки осадкой и многопроходных ковок вытяжкой повторяют, пока в заготовке не будет достигнута суммарная деформация по меньшей мере 1,0. Другой неограничивающий вариант реализации включает повторение этапов нагревания, ковки осадкой и многопроходных ковок вытяжкой, пока в заготовке не будет достигнута суммарная деформация в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5. Согласно еще одному неограничивающему варианту реализации этапы нагревания, ковки осадкой и многопроходных ковок вытяжкой повторяют, пока в заготовке не будет достигнута суммарная деформация по меньшей мере 10. Ожидается, что когда в результате ковки многократной осадкой и вытяжкой в заготовке достигнута суммарная деформация 10, в заготовке сформирована сверхмелкозернистая альфа-микроструктура, и увеличение суммарной деформации, внесенной в заготовку, имеет результатом уменьшение средних размеров зерна.[0130] Multi-pass forging with hood involves rotation with increment (indicated by arrow 310) of the workpiece in the direction of rotation (indicated by arrow 310), followed by forging with hood during
[0131] Согласно одному аспекту настоящего изобретения во время этапов осадки и многопроходной вытяжки должна быть использована скорость деформации, которая достаточна для приведения к интенсивному пластическому деформированию заготовки из титанового сплава, что согласно неограничивающим вариантам реализации дополнительно приводит к формированию зерна сверхмелкого размера. Согласно одному неограничивающему варианту реализации скорость деформации, используемая при ковке осадкой, находится в диапазоне от 0,001 с-1 до 0,003 с-1. Согласно другому неограничивающему варианту реализации скорость деформации, используемая в многопроходных этапах ковки вытяжкой, находится в диапазоне от 0,01 с-1 до 0,02 с-1. В Заявке '538 описано, что скорости деформации в этих диапазонах не приводят к адиабатическому нагреву заготовки, что обеспечивает возможность управления температурой заготовки и является достаточным основанием для экономически приемлемой коммерческой практики.[0131] According to one aspect of the present invention, the strain rate should be used during the precipitation and multipass stretching stages, which is sufficient to lead to severe plastic deformation of the titanium alloy blank, which, according to non-limiting implementation options, additionally leads to the formation of an ultra-fine grain. According to one non-limiting embodiment, the strain rate used in forging the draft is in the range of 0.001 s -1 to 0.003 s -1 . According to another non-limiting implementation variant, the strain rate used in multi-pass forging with stretching is in the range from 0.01 s -1 to 0.02 s -1 . The '538 Application describes that the strain rates in these ranges do not lead to adiabatic heating of the workpiece, which makes it possible to control the temperature of the workpiece and is a sufficient basis for economically acceptable commercial practice.
[0132] Согласно одному неограничивающему варианту реализации после завершения способа многократной осадки и вытяжки (MUD) заготовка имеет по существу начальные размеры исходного удлиненного изделия, такого как, например, цилиндр 314 или восьмигранник 316. Согласно другому неограничивающему варианту реализации после завершения способа многократной осадки и вытяжки (MUD) заготовка имеет по существу то же самое поперечное сечение, что и исходная заготовка. Согласно одному неограничивающему варианту реализации одиночная осадка требует, чтобы многочисленные удары вытяжки и промежуточные вращения возвратили заготовку к форме, имеющей исходное поперечное сечение заготовки.[0132] According to one non-limiting embodiment, after completion of the multiple draft and exhaust (MUD) method, the blank has substantially the initial dimensions of the original elongated product, such as, for example, a
[0133] Согласно одному неограничивающему варианту реализации способ многократной осадки и вытяжки (MUD), в котором заготовка, например, имеет форму цилиндра, вращение с приращением и ковка вытяжкой дополнительно включают многократные этапы вращения цилиндрической заготовки с приращениями на 15° с последующей ковкой вытяжкой, пока цилиндрическая заготовка не совершит оборот в 360° с ковкой вытяжкой при каждом приращении. Согласно одному неограничивающему варианту реализации способ многократной осадки и вытяжки (MUD), в котором заготовка имеет форму цилиндра, после каждой ковки осадкой для приведения заготовки по существу к ее исходному поперечному размеру применены двадцать четыре этапа ковки вытяжкой с промежуточным вращением с приращением между последовательными этапами ковки вытяжкой. Согласно другому неограничивающему варианту реализации, в котором заготовка имеет форму восьмиугольного цилиндра, вращение с приращением и ковка вытяжкой дополнительно включают многократные этапы вращения цилиндрической заготовки с приращением на 45° и с последующей ковкой вытяжкой, пока цилиндрическая заготовка не совершит оборот в 360° с ковкой вытяжкой при каждом приращении. Согласно одному неограничивающему варианту реализации способ многократной осадки и вытяжки (MUD), в котором заготовка имеет форму восьмигранника, после каждой ковки осадкой для приведения заготовки по существу к ее исходному поперечному размеру используют восемь этапов ковки, разделенных вращением с приращением заготовки. В неограничивающих вариантах реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) было замечено, что манипуляция восьмигранника посредством погрузочно-разгрузочного оборудования оказалась более точной, чем манипуляция цилиндра погрузочно-разгрузочным оборудованием. Также было замечено, что манипуляция восьмигранника погрузочно-разгрузочным оборудованием согласно одному неограничивающему варианту реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) оказалась более точной, чем манипуляция заготовки, имеющей форму куба, с использованием ручных щипцов согласно неограничивающим вариантам реализации термоуправляемого способа всесторонней ковки с высокой скоростью деформации, описанного в настоящей заявке. Следует понимать при рассмотрении настоящего описания, что другие последовательности ковки вытяжкой, каждая из которых может содержать множество этапов ковки вытяжкой и промежуточных вращений с приращением на конкретное количество градусов, могут быть использованы для заготовок, имеющих другие формы поперечного сечения, таким образом, что окончательная форма заготовки после ковки вытяжкой является по существу той же самой, что и исходная форма заготовки до ковки осадкой. Указанные другие возможные последовательности могут быть определены специалистом без неоправданного экспериментирования и должны рассматриваться как попадающие в объем защиты настоящего изобретения.[0133] According to one non-limiting embodiment of the method of multiple precipitation and drawing (MUD), in which the workpiece, for example, has the shape of a cylinder, rotation with increment and forging by exhaust, additionally include multiple stages of rotation of the cylindrical workpiece with increments of 15 ° followed by forging with exhaust, until the cylindrical billet rotates 360 ° with a forged hood at each increment. According to one non-limiting embodiment of the method of multiple precipitation and drawing (MUD), in which the billet has the shape of a cylinder, after each draft forging, the twenty-four steps of forging the hood with intermediate rotation with increment between successive stages of forging are applied to bring the workpiece to its original transverse dimension. exhaust hood. According to another non-limiting embodiment in which the billet has the shape of an octagonal cylinder, rotation with increment and forging with hood also include multiple stages of rotation of the cylindrical billet in increments of 45 ° and subsequent forging with a hood until the cylindrical billet rotates 360 ° with forging with a hood at each increment. According to one non-limiting embodiment of the method of multiple precipitation and drawing (MUD), in which the workpiece has the shape of an octahedron, after each forging draft to bring the workpiece essentially to its original transverse size, eight forging steps are used, separated by rotation with the workpiece increment. In non-limiting embodiments of the method of multiple draft and exhaust (MUD), it was observed that the manipulation of the octahedron by means of loading and unloading equipment turned out to be more accurate than the manipulation of the cylinder by loading and unloading equipment. It was also observed that the manipulation of the octahedron by loading and unloading equipment according to one non-limiting embodiment of the method of multiple precipitation and stretching (MUD) turned out to be more accurate than the manipulation of a cube-shaped workpiece using manual tongs according to non-limiting options for implementing a heat-controlled method of comprehensive high-quality forging strain rate described in this application. It should be understood when considering the present description that other forging with hoods, each of which may contain multiple stages of forging with hood and intermediate rotations in increments of a specific number of degrees, can be used for blanks having different cross-sectional shapes so that the final shape the billet after forging by stretching is essentially the same as the original form of the billet prior to forging a draft. These other possible sequences can be determined by a specialist without undue experimentation and should be considered as falling within the protection scope of the present invention.
[0134] Согласно одному неограничивающему варианту реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) согласно настоящему изобретению температура ковки заготовки включает температуру в пределах диапазона температур ковки заготовки. Согласно одному неограничивающему варианту реализации температура ковки заготовки находится в диапазоне температур от температуры на 100°F (55,6°C) ниже температуры (Tβ) бета-перехода сплава титана до температуры на 700°F (388,9°C) ниже температуры бета-перехода сплава титана. Согласно другому неограничивающему варианту реализации температура ковки заготовки находится в диапазоне температур от температуры на 300°F (166,7°C) ниже температуры бета-перехода сплава титана до температуры на 625°F (347°C) ниже температуры бета-перехода сплава титана. Согласно одному неограничивающему варианту реализации нижний конец диапазона температур ковки заготовки представляет собой температуру в области альфа+бета-фаз, при которой по существу не происходит повреждение поверхности заготовки во время ковочного удара, как может быть определено без неоправданного экспериментирования специалистом.[0134] According to one non-limiting embodiment of the method of multiple precipitation and drawing (MUD) according to the present invention, the forging temperature of the workpiece includes the temperature within the temperature range of the forging of the workpiece. According to one non-limiting implementation variant, the forging temperature of the workpiece is in the temperature range from a temperature 100 ° F (55.6 ° C) below the temperature (T β ) of the beta transition of the titanium alloy to a temperature 700 ° F (388.9 ° C) below titanium alloy beta transition temperature. According to another non-limiting implementation variant, the forging temperature of the workpiece is in the temperature range from a temperature of 300 ° F (166.7 ° C) below the temperature of the beta transition of the titanium alloy to a temperature of 625 ° F (347 ° C) below the temperature of the beta transition of the titanium alloy . According to one non-limiting embodiment, the lower end of the forging temperature range of the workpiece is the temperature in the alpha + beta phase region, at which no damage to the surface of the workpiece occurs during the forging strike, as can be determined without undue experimentation by a specialist.
[0135] Согласно одному неограничивающему варианту реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) согласно настоящему изобретению диапазон температур ковки заготовки для сплава Ti-6-2-4-2, который имеет температуру (Tβ) бета-перехода примерно 1820°F (993,3°C), может составлять, например, от 1120°F (604,4C) до 1720°F (937,8°C) или согласно другому неограничивающему варианту реализации от 1195°F (646,1°C) до 1520°F (826,7°C).[0135] According to one non-limiting embodiment of the method of multiple precipitation and drawing (MUD) according to the present invention, a forging temperature range of a billet for Ti-6-2-4-2 alloy that has a beta transition temperature (T β ) of about 1820 ° F ( 993.3 ° C), may be, for example, from 1120 ° F (604.4C) to 1720 ° F (937.8 ° C) or according to another non-limiting embodiment from 1195 ° F (646.1 ° C) to 1520 ° F (826.7 ° C).
[0136] Неограничивающие варианты реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) включают многократные этапы повторного нагревания. Согласно одному неограничивающему варианту реализации заготовку из титанового сплава нагревают до температуры ковки заготовки после ковки осадкой заготовки из титанового сплава. Согласно другому неограничивающему варианту реализации заготовку из титанового сплава нагревают до температуры ковки заготовки перед этапом ковки вытяжкой многопроходной ковки вытяжкой. Согласно другому неограничивающему варианту реализации заготовку нагревают при необходимости возвращения фактической температуры заготовки к температуре, близкой к температуре ковки заготовки, после этапа ковки осадкой или ковки вытяжкой.[0136] The non-limiting embodiments of the multiple draft and exhaust (MUD) process include multiple reheating steps. According to one non-limiting implementation variant, the titanium alloy billet is heated to the forging temperature of the billet after forging a billet of titanium alloy. According to another non-limiting implementation variant, the titanium alloy billet is heated to the forging temperature of the billet before the forging stage of a multi-pass forging by drawing. According to another non-limiting implementation variant, the billet is heated, if necessary, to return the actual temperature of the billet to a temperature close to the forging temperature of the billet, after a forging step or drawing forging.
[0137] Было определено, что варианты реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) приводят к совершению избыточной работы или созданию чрезмерной деформации, которая также может быть названа интенсивной пластической деформацией, которая нацелена на создание сверхмелких зерен в заготовке, содержащей титановый сплав. Без углубления в конкретную теорию операции, предполагается, что круглая или восьмиугольная форма поперечного сечения цилиндрических и восьмигранных цилиндрических заготовок соответственно способствует более равномерному распределению деформации, чем распределение деформации в заготовках, имеющих квадратную или прямоугольную форму поперечного сечения, по всей площади поперечного сечения заготовки во время обработки способом многократной осадки и вытяжки (MUD). Нежелательный эффект трения между заготовкой и ковочным штампом также уменьшен путем уменьшения контактной площади заготовки при взаимодействии с штампом.[0137] It was determined that embodiments of the method of multiple precipitation and stretching (MUD) lead to excessive work or excessive deformation, which can also be called intense plastic deformation, which is aimed at creating superfine grains in a titanium alloy-containing billet. Without deepening into a particular theory of operation, it is assumed that the round or octagonal cross-sectional shape of cylindrical and octahedral cylindrical blanks, respectively, contributes to a more uniform distribution of deformation than the distribution of deformation in billets with square or rectangular cross-sectional shape during processing method of multiple precipitations and exhaust (MUD). The undesirable effect of friction between the workpiece and the forging die is also reduced by reducing the contact area of the workpiece when interacting with the die.
[0138] Также дополнительно было определено, что уменьшение температуры при обработке способом многократной осадки и вытяжки (MUD) способствует уменьшению конечного размера зерна до размера, который является характерным для заданной используемой температуры. Как показано на фиг. 10, согласно одному неограничивающему варианту реализации способа 400 измельчения размера зерна заготовки после обработки указанной заготовки способом многократной осадки и вытяжки (MUD) при температуре ковки указанная заготовка может быть охлаждена на этапе 416 до второй температуры ковки заготовки. Согласно одному неограничивающему варианту реализации после охлаждения заготовки до второй температуры ковки указанную заготовку куют осадкой на этапе 418 при второй температуре ковки заготовки. На этапе 420 заготовку вращают или ориентируют иным способом относительно ковочного пресса для выполнения последующих этапов ковки вытяжкой. На этапе 422 к заготовке применяют многократные этапы ковки вытяжкой при второй температуре ковки заготовки. Многоэтапная ковка вытяжкой при второй температуре ковки заготовки на этапе 422 включает вращение с приращением на этапе 424 заготовки в направлении вращения (как показано на фиг. 9) и ковку вытяжкой при второй температуре ковки на этапе 426 после каждого приращения вращения. Согласно одному неограничивающему варианту реализации этапы осадки, вращения с приращением на этапе 424 и ковки вытяжкой на этапе 426 повторяют, пока заготовка не вернется к исходному поперечному размеру. Согласно другому неограничивающему варианту реализации этапы ковки осадкой при второй температуре заготовки на этапе 418, вращения на этапе 420 и многократной ковки вытяжкой на этапе 422 повторяют до достижения суммарной деформации в заготовке по меньшей мере 1,0 или деформации в диапазоне от 1,0 до меньше, чем 3,5, или до 10 или больше. Считается, что способ многократной осадки и вытяжки (MUD) может быть продолжен, пока заготовке из титанового сплава не будет придана любая необходимая суммарная деформация.[0138] It has also been further determined that reducing the temperature during processing with the multiple precipitation and stretching method (MUD) helps to reduce the final grain size to a size that is characteristic of the desired temperature used. As shown in FIG. 10, according to one non-limiting embodiment of the
[0139] Согласно одному неограничивающему варианту реализации, содержащему вариант реализации многотемпературного способа многократной осадки и вытяжки (MUD), температура ковки заготовки, или первая температура ковки заготовки, составляет примерно 1600°F (871,1°C), и вторая температура ковки заготовки составляет примерно 1500°F (815,6°C). Последующие температуры ковки заготовки, которые ниже, чем первая и вторая температуры ковки заготовки, такие как третья температура ковки заготовки, четвертая температура ковки заготовки, и т.п., попадают в объем защиты неограничивающих вариантов реализации настоящего изобретения.[0139] According to one non-limiting embodiment comprising an embodiment of the multi-temperature multiple draft and stretching method (MUD), the forging temperature of the workpiece, or the first forging temperature of the workpiece, is about 1600 ° F (871.1 ° C), and the second forging temperature of the workpiece is approximately 1500 ° F (815.6 ° C). Subsequent forging temperatures of the workpiece that are lower than the first and second forging temperatures of the workpiece, such as the third forging temperature of the workpiece, the fourth forging temperature of the workpiece, etc., fall within the protection scope of the non-limiting embodiments of the present invention.
[0140] По мере выполнении ковки измельчение зерна приводит к уменьшению напряжения пластического течения при фиксированной температуре. Было определено, что уменьшение температуры ковки для последовательных этапов осадки и вытяжки поддерживает напряжение пластического течения постоянным и увеличивает скорость микроструктурного измельчения. Ожидается, что согласно неограничивающим вариантам реализации многократной осадки и вытяжки (MUD) согласно настоящему изобретению суммарная деформация до степени по меньшей мере 1,0, в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5, или до степени 10 приводит к однородной равноосной сверхмелкозернистой альфа-микроструктуре в заготовках из титанового сплава, и нижняя температура в способе многократной осадки и вытяжки (MUD) с двумя температурами (или множеством температур) может быть определена из конечного размера зерна после придания заготовке суммарной деформации до степени 10 во время ковки способом многократной осадки и вытяжки (MUD).[0140] As the forging is performed, the grinding of the grain leads to a decrease in the plastic flow stress at a fixed temperature. It was determined that a decrease in the forging temperature for successive stages of precipitation and drawing keeps the flow of plastic flow constant and increases the speed of microstructural grinding. It is expected that, according to non-limiting options for implementing multi-draft and stretching (MUD) according to the present invention, total strain to a degree of at least 1.0, in the range from at least 1.0 to less than 3.5, or to
[0141] Аспект настоящего изобретения включает возможность выполнения после обработки заготовки способом многократной осадки и вытяжки (MUD) последующих этапов деформации без укрупнения измельченного размера зерна, пока температура заготовки после обработки не нагрета выше температуры бета-перехода сплава титана. Например, согласно одному неограничивающему варианту реализации этапы деформирования, последующие выполнению способа многократной осадки и вытяжки (MUD), могут содержать ковку вытяжкой, многократную ковку вытяжкой, ковку осадкой или любую комбинацию двух или более из перечисленных способов ковки при температурах в области альфа+бета-фаз сплава титана. Согласно одному неограничивающему варианту реализации последующая деформация или этапы ковки включают комбинацию, состоящую из многопроходной ковки вытяжкой, ковки осадкой и ковки вытяжкой, для уменьшения исходного поперечного размера подобной цилиндру или имеющей другую форму удлиненной заготовки до доли поперечного размера, такой как, например, помимо прочего половина поперечного размера, одна четверть поперечного размера, и т.п., с одновременным поддерживанием однородной структуры мелкого зерна, очень мелкого зерна или сверхмелкого зерна в заготовке из сплава титана.[0141] The aspect of the present invention includes the ability to perform post-processing of the workpiece by means of multiple precipitations and stretching (MUD) of subsequent deformation steps without consolidating the crushed grain size until the temperature of the workpiece is heated above the titanium alloy beta transition temperature. For example, according to one non-limiting implementation, the steps of deforming, subsequent to performing the multiple precipitation and stretching method (MUD), may include forging by drawing, multiple forging by drawing, drawing forging or any combination of two or more of the above forging methods at temperatures in the alpha + beta region titanium alloy phases. According to one non-limiting embodiment, the subsequent deformation or forging steps include a combination consisting of multi-pass drawing forging, draft forging and drawing forging to reduce the original cross-sectional size of a cylinder-like or other elongated workpiece to a fraction of the cross-sectional size, such as, for example, among other things half of the transverse size, one quarter of the transverse size, and the like, while maintaining a homogeneous structure of fine grain, very fine grain or superfine th grain in the billet of titanium alloy.
[0142] Согласно одному неограничивающему варианту реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) заготовка содержит сплав титана, выбранный из группы, состоящей из альфа+бета сплава титана и метастабильного бета-сплава титана. Согласно другому неограничивающему варианту реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) заготовка содержит альфа+бета сплав титана. Согласно еще одному неограничивающему варианту реализации способа многократной осадки и вытяжки, описанного в настоящей заявке, заготовка содержит метастабильный бета-сплав титана. Согласно одному неограничивающему варианту реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) заготовка содержит сплав титана, выбранный из сплава Ti-6-2-4-2, сплава Ti-6-2-4-6, сплава ATI 425® (Ti-4Al-2,5V) и сплава Ti-6-6-2.[0142] According to one non-limiting embodiment of the method of multiple precipitation and drawing (MUD), the preform comprises a titanium alloy selected from the group consisting of an alpha + beta titanium alloy and a metastable beta titanium alloy. According to another non-limiting embodiment of the method of multiple precipitation and drawing (MUD), the preform comprises alpha + beta titanium alloy. According to another non-limiting embodiment of the method of multiple precipitations and drawing described in this application, the preform contains a metastable beta titanium alloy. According to one non-limiting embodiment of the method of multiple precipitation and drawing (MUD), the billet comprises a titanium alloy selected from Ti-6-2-4-2 alloy, Ti-6-2-4-6 alloy, ATI 425 ® alloy (Ti-4Al -2.5V) and alloy Ti-6-6-2.
[0143] Перед нагреванием заготовки до температуры ковки заготовки в области альфа+бета-фаз согласно вариантам реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) согласно настоящему изобретению в неограничивающем варианте реализации заготовка может быть нагрета до температуры бета-отжига, выдержана при температуре бета-отжига в течение времени бета-отжига, достаточного для формирования в заготовке микроструктуры со 100%-ной бета-фазой титана, и охлаждена до окружающей температуры. Согласно одному неограничивающему варианту реализации температура бета-отжига находится в диапазоне температур бета-отжига от температуры бета-перехода сплава титана до температуры, которая на 300°F (111°C) выше температуры бета-перехода сплава титана. Согласно одному неограничивающему варианту реализации время бета-отжига составляет от 5 минут до 24 часов.[0143] Before heating the workpiece to the forging temperature of the workpiece in the alpha + beta phase according to the embodiments of the multiple draft and stretching method (MUD) according to the present invention, in a non-limiting embodiment, the workpiece can be heated to the beta annealing temperature, maintained at a beta temperature annealing during beta-annealing, sufficient to form a microstructure in the billet with a 100% beta phase of titanium, and cooled to ambient temperature. According to one non-limiting embodiment, the beta annealing temperature is in the beta annealing temperature range from the beta transition temperature of the titanium alloy to a temperature that is 300 ° F (111 ° C) above the beta transition temperature of the titanium alloy. According to one non-limiting embodiment, the beta annealing time is from 5 minutes to 24 hours.
[0144] Согласно одному неограничивающему варианту реализации заготовка представляет собой слиток, все или некоторые поверхности которого покрыты смазывающим покрытием, которое уменьшает трение между заготовкой и ковочными штампами. Согласно одному неограничивающему варианту реализации смазочное покрытие представляет собой консистентную смазку, включая помимо прочего одно из графита и стеклянной смазки. Другие смазочные покрытия, известные в настоящее время или которые будут известны впоследствии, попадают в объем защиты настоящего изобретения. Кроме того, согласно одному неограничивающему варианту реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD), в котором использованы подобные цилиндру или имеющие другую удлиненную форму заготовки, площадь контакта между заготовкой и ковочными штампами является небольшой по сравнению с площадью контакта при всесторонней ковке заготовки, имеющей форму куба. Например, в случае куба с ребром 4 дюйма (101,6 мм) две из всех поверхностей куба размером 4×4 дюйма (101,6×101,6 мм) находятся в контакте со штампом. В случае слитка длиной 5 футов (1520 мм) длина слитка больше длины типичного штампа длиной 14 дюймов (350 мм), и уменьшение площади контакта приводит к уменьшению трения штампа и к более однородной микроструктуре и макроструктуре заготовки из титанового сплава.[0144] According to one non-limiting embodiment, the workpiece is an ingot, all or some of whose surfaces are coated with a lubricating coating that reduces the friction between the workpiece and the forging dies. According to one non-limiting implementation, the lubricating coating is a grease, including but not limited to one of graphite and glass lubricant. Other lubricating coatings that are currently known or that will be known later fall within the protection scope of the present invention. In addition, according to one non-limiting embodiment of the method of multiple precipitation and stretching (MUD), which uses cylinder-like or other elongated billet forms, the contact area between the billet and forging dies is small compared to the contact area for all-round forging of a billet having the form Cuba. For example, in the case of a cube with a 4 inch edge (101.6 mm), two of all cube surfaces measuring 4 × 4 inches (101.6 × 101.6 mm) are in contact with the punch. In the case of an ingot 5 feet long (1520 mm), the ingot length is greater than the length of a typical die 14 inches long (350 mm), and a reduction in contact area leads to a reduction in friction of the die and to a more uniform microstructure and macrostructure of the titanium alloy billet.
[0145] Перед нагревом заготовки, содержащей титановый сплав, до температуры ковки заготовки в области альфа+бета-фаз согласно вариантам реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) согласно настоящему изобретению, согласно одному неограничивающему варианту реализации заготовку пластически деформируют при температуре пластического деформирования в области бета-фазы сплава титана с одновременным выдерживанием в течение времени бета-отжига, достаточного для формирования 100%-ной бета-фазы в титановом сплаве, и перед охлаждением сплава до окружающей температуры. Согласно одному неограничивающему варианту реализации температура пластического деформирования равна температуре бета-отжига. Согласно другому неограничивающему варианту реализации температура пластического деформирования находится в диапазоне температур пластического деформирования от температуры бета-перехода сплава титана до температуры, которая на 300°F (111°C) выше температуры бета-перехода сплава титана.[0145] Before heating a billet containing a titanium alloy to the forging temperature of the billet in the alpha + beta phase according to the embodiments of the method of multiple precipitation and drawing (MUD) according to the present invention, according to one non-limiting implementation variant, the billet is deformed plastically at the temperature of plastic deformation the region of the beta phase of the titanium alloy with simultaneous incubation for a period of beta annealing, sufficient for the formation of a 100% beta phase in the titanium alloy, and before cooling sp Ava to ambient temperature. According to one non-limiting implementation variant, the temperature of plastic deformation is equal to the temperature of beta annealing. According to another non-limiting embodiment, the temperature of plastic deformation is in the range of temperatures of plastic deformation from the temperature of the beta transition of the titanium alloy to a temperature that is 300 ° F (111 ° C) above the temperature of the beta transition of the titanium alloy.
[0146] Согласно одному неограничивающему варианту реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) пластическое деформирование заготовки при температурах в области бета-фазы сплава титана включает по меньшей мере одно из вытяжки, ковки осадкой и всесторонней ковки с высокой скоростью деформации заготовки из титанового сплава. Согласно другому неограничивающему варианту реализации пластическое деформирование заготовка при температурах в области бета-фазы сплава титана включает многократную ковку осадкой и вытяжкой согласно неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения, причем охлаждение заготовки до температуры, равной температуре ковки заготовки или близкой к ней, включает воздушное охлаждение. Согласно еще одному неограничивающему варианту реализации пластическое деформирование заготовки при температурах в области бета-фазы сплава титана включает ковку осадкой заготовки до осадки 30-35% высоты или другого размера, такого как длина.[0146] According to one non-limiting embodiment of the method of multiple precipitation and drawing (MUD), plastic deformation of the workpiece at temperatures in the beta phase of the titanium alloy includes at least one of drawing, forging draft and all-round forging with a high strain rate of the titanium alloy workpiece. According to another non-limiting implementation variant, plastic deformation of a billet at temperatures in the beta-phase region of a titanium alloy involves multiple forging with draft and stretching according to non-limiting embodiments of the present invention, wherein cooling the billet to or near the temperature of the forging billet includes air cooling. According to another non-limiting implementation variant, the plastic deformation of the billet at temperatures in the beta-phase region of the titanium alloy involves forging a billet draft to a draft of 30-35% height or other size, such as length.
[0147] Другой аспект способа многократной осадки и вытяжки (MUD) согласно настоящему изобретению может включать нагрев ковочных штампов во время ковки. Неограничивающий вариант реализации включает нагревание штампов ковочной машины, используемой для ковки заготовки, до температуры в диапазоне температур от температуры ковки заготовки до температуры, которая на 100°F (55,6°C) ниже температуры ковки заготовки.[0147] Another aspect of the multiple draft and stretch (MUD) method of the present invention may include heating the forging dies during forging. A non-limiting embodiment includes heating the dies of the forging machine used to forge the workpiece to a temperature in the range of temperatures from the forging temperature of the workpiece to a temperature that is 100 ° F (55.6 ° C) below the forging temperature of the workpiece.
[0148] Согласно неограничивающим вариантам реализации способа многократной осадки и вытяжки (MUD) согласно настоящему изобретению способ изготовления титановых сплавов со сверхмелким зерном включает этапы, согласно которым: выбирают титановый сплав, имеющего более медленные альфа-выделение и кинетику роста, чем сплав Ti-6-4, выполняют бета-отжиг сплава для обеспечения мелкозернистой и устойчивой структуры альфа-пакета и выполняют всестороннюю ковку сплава с высокой скоростью деформации согласно настоящему изобретению до суммарной деформации по меньшей мере 1,0 или до степени в диапазоне от по меньшей мере 1,0 до меньше, чем 3,5. Титановый сплав может быть выбран из альфа+бета-титановых сплавов и метастабильных бета-титановых сплавов, которые обеспечивают мелкозернистую и устойчивую структуру альфа-пакета после бета-отжига.[0148] According to non-limiting embodiments of the method of multiple precipitation and stretching (MUD) according to the present invention, the method of manufacturing titanium alloys with ultrafine grains includes the steps according to which: a titanium alloy having a slower alpha release and growth kinetics than Ti-6 is selected -4, perform beta-annealing of the alloy to ensure a fine-grained and stable structure of the alpha package and perform a comprehensive forging of the alloy with a high strain rate according to the present invention to a total strain ii at least 1.0, or to a degree ranging from at least 1.0 to less than 3.5. The titanium alloy can be selected from alpha + beta-titanium alloys and metastable beta-titanium alloys, which provide a fine-grained and stable structure of the alpha package after beta annealing.
[0149] Предполагается, что некоторые способы, описанные в настоящей заявке, также могут быть применены к металлам и металлическим сплавам помимо титановых сплавов для уменьшения размера зерна в заготовках из этих сплавов. Другой аспект настоящего изобретения содержит неограничивающие варианты реализации способа многоступенчатой ковки с высокой скоростью деформации металлов и металлических сплавов. Неограничивающий вариант реализации этого способа включает нагрев заготовки, содержащей металл или металлический сплав, до температуры ковки заготовки. После нагрева заготовку куют при температуре ковки заготовки со скоростью деформации, достаточной для адиабатического нагревания внутренней области заготовки. После ковки используют период ожидания перед следующим этапом ковки. В течение указанного периода ожидания обеспечивают возможность охлаждения адиабатически нагретой внутренней области заготовки из металлического сплава до температуры ковки заготовки при нагревании по меньшей мере одной поверхностной области заготовки до температуры ковки заготовки. Этапы ковки заготовки и последующего обеспечения возможности уравновешивания адиабатически нагретой внутренней области заготовки до температуры ковки заготовки при нагревании по меньшей мере одной поверхностной области заготовки из металлического сплава до температуры ковки заготовки повторяют до получения требуемых характеристик. Согласно одному неограничивающему варианту реализации ковка содержит по меньшей мере одно из ковки на прессе, ковки осадкой, ковки вытяжкой и ковки вальцовкой. Согласно другому неограничивающему варианту реализации металлический сплав выбран из группы, состоящей из титановых сплавов, циркония и сплавов циркония, алюминиевых сплавов, железных сплавов и суперсплавов. Согласно еще одному неограничивающему варианту реализации требуемая характеристика представляет собой по меньшей мере одно из приданной деформации, среднего размера зерна, формы и механических свойств. Механические свойства включают помимо прочего прочность, податливость, вязкость разрушения и твердость,[0149] It is assumed that some of the methods described in this application can also be applied to metals and metal alloys in addition to titanium alloys to reduce the grain size in blanks made from these alloys. Another aspect of the present invention contains non-limiting embodiments of a multi-stage forging process with a high strain rate of metals and metal alloys. A non-limiting embodiment of this method involves heating a billet containing a metal or a metal alloy to the forging temperature of the billet. After heating, the billet is forged at the forging temperature of the billet with a deformation rate sufficient to adiabatically heat the inner region of the billet. After forging, a waiting period is used before the next forging step. During this waiting period, it is possible to cool the adiabatically heated inner region of the metal alloy billet to the forging temperature of the billet by heating at least one surface area of the billet to the forging temperature of the billet. The forging steps of the billet and the subsequent provision of the possibility of balancing the adiabatically heated inner region of the billet to the forging temperature of the billet when heating at least one surface area of the metal alloy billet to the forging temperature of the billet is repeated to obtain the required characteristics. According to one non-limiting embodiment, forging comprises at least one of press forging, draft forging, stretch forging, and forging by rolling. According to another non-limiting implementation variant, the metal alloy is selected from the group consisting of titanium alloys, zirconium and zirconium alloys, aluminum alloys, iron alloys and superalloys. According to another non-limiting implementation variant, the desired characteristic is at least one of the attributed deformation, average grain size, shape, and mechanical properties. Mechanical properties include, but are not limited to, strength, ductility, fracture toughness and hardness,
[0150] Примеры, приведенные ниже, предназначены для дополнительного описания некоторых неограничивающих вариантов реализации без ограничения объема защиты настоящего изобретения. Специалисту понятно, что возможные изменения следующих примеров попадают в объем защиты настоящего изобретения, определенный в пунктах приложенной формулы.[0150] The examples below are intended to further describe some non-limiting implementation options without limiting the scope of protection of the present invention. It will be clear to the skilled person that possible changes to the following examples fall within the protection scope of the present invention, as defined in the claims of the claims.
ПРИМЕР 1EXAMPLE 1
[0151] Брусок из сплава Ti-6-2-4-2 был обработан известным способом ковки, обозначенным в промышленности нормативом AMS 4976, который обычно используется для обработки сплава Ti-6-2-4-2. Из норматива AMS 4976 специалист поймет конкретные особенности процесса достижения механических свойств и микроструктуры, изложенных в данном нормативе. После обработки сплав был подготовлен металлографически, и его микроструктура была тщательно оценена. Как показано на микрофотографии подготовленного сплава, показанной на фиг. 11(a), микроструктура содержит альфа-зерна (светло окрашенные области на изображении), которые имеют размер порядка 20 мкм или больше.[0151] The bar of Ti-6-2-4-2 alloy was processed by a known forging method, designated in industry by the standard AMS 4976, which is commonly used for machining Ti-6-2-4-2 alloy. From the AMS 4976 standard, the specialist will understand the specific features of the process for achieving mechanical properties and microstructure as set forth in this standard. After processing, the alloy was prepared metallographically, and its microstructure was carefully evaluated. As shown in the micrograph of the prepared alloy shown in FIG. 11 (a), the microstructure contains alpha grains (light colored areas in the image) that are about 20 microns or larger in size.
[0152] Согласно неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения заготовку в форме куба со стороной 4,0 дюйма (101,6 мм) из сплава Ti-6-2-4-2 подвергали бета-отжигу при температуре 1950°F (1066°C) в течение 1 часа и затем охладили на воздухе до окружающей температуры. После охлаждения бета-отожженную заготовку в форме куба нагрели до температуры ковки 1600°F (871,1°C) и ковали с использованием четырех ударов способом всесторонней ковки с высокой скоростью деформации. Удары были выполнены в направлении следующих ортогональных осей и в следующей последовательности: A-B-C-A. В результате ударов была достигнута осаженная высота 3,25 дюйма (88,9 мм), и скорость плунжера составляла 1 дюйм в секунду (25,4 мм/с). Управление скоростью деформации на прессе отсутствовало, но для кубов с ребром 4,0 дюйма (101,6 мм) такая скорость плунжера приводит к минимальной скорости деформации во время прессования, составляющей 0,25 с-1. Время между последующими ортогональными ударами составляло примерно 15 сек. Степень суммарной деформации, приданной заготовке, составила 1,37. Микроструктура сплава Ti-6-2-4-2, обработанного таким образом, показана на микрофотографии на фиг. 11(b). Большая часть альфа-частиц (светло окрашенные области) имеют размер порядка 4 мкм или меньше, что представляет собой по существу более мелкое зерно, чем альфа-зерно, изготовленное известным способом ковки, описанное выше и представленное на микрофотографии на фиг. 11(a).[0152] According to a non-limiting embodiment of the present invention, a cube-shaped billet with a side of 4.0 inches (101.6 mm) of Ti-6-2-4-2 alloy was subjected to beta annealing at a temperature of 1950 ° F (1066 ° C) for 1 hour and then cooled in air to ambient temperature. After cooling, the beta-annealed billet in the form of a cube was heated to a forging temperature of 1600 ° F (871.1 ° C) and forged using four blows by the method of comprehensive forging with a high strain rate. The blows were performed in the direction of the following orthogonal axes and in the following sequence: ABCA. As a result of the blows, an upset height of 3.25 inches (88.9 mm) was reached, and the plunger speed was 1 inch per second (25.4 mm / s). There was no control of the strain rate on the press, but for cubes with a 4.0 inch edge (101.6 mm), this plunger speed leads to a minimum strain rate during pressing, which is 0.25 s -1 . The time between subsequent orthogonal strikes was approximately 15 seconds. The degree of total deformation attributed to the workpiece was 1.37. The microstructure of the Ti-6-2-4-2 alloy treated in this way is shown in the micrograph in FIG. 11 (b). Most of the alpha particles (light colored areas) have a size of about 4 microns or less, which is essentially a finer grain than the alpha grain made by the known forging method, described above and shown in the micrograph in FIG. 11 (a).
ПРИМЕР 2EXAMPLE 2
[0153] Брусок из сплава Ti-6-2-4-6 был обработан известным способом ковки, обычно используемым для сплава T-6-2-4-6, т.е., согласно норматива AMS 4981. Из норматива AMS 4976 специалист поймет конкретные особенности процесса достижения механических свойств и микроструктуры, изложенных в данном нормативе. После обработки сплав был подготовлен металлографически, и его микроструктура была тщательно оценена. Как показано на микрофотографии готового сплава на фиг. 12(a), микроструктура содержит альфа-зерно (светло окрашенные области), которые имеют размер порядка 10 мкм или больше.[0153] The bar of Ti-6-2-4-6 alloy was processed by a known forging method commonly used for alloy T-6-2-4-6, i.e., according to AMS 4981. From AMS 4976, specialist will understand the specific features of the process of achieving mechanical properties and microstructure set forth in this standard. After processing, the alloy was prepared metallographically, and its microstructure was carefully evaluated. As shown in the micrograph of the finished alloy in FIG. 12 (a), the microstructure contains alpha-grains (light colored areas) that are about 10 microns or larger.
[0154] Согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения заготовку в форме куба со стороной 4,0 дюйма (101,6 мм) из сплава Ti-6-2-4-6 подвергали бета-отжигу при температуре 1870°F (1066°C) в течение 1 часа и затем охладили на воздухе. После охлаждения бета-отожженную заготовку в форме куба нагрели до температуры ковки 1500°F (815,6°C) и ковали с использованием четырех ударов способом всесторонней ковки с высокой скоростью деформации. Удары были выполнены в направлении следующих ортогональных осей и в следующей последовательности: A-B-C-A. В результате ударов была достигнута осаженная высота 3,25 дюйма (88,9 мм), и скорость плунжера составляла 1 дюйм в секунду (25,4 мм/с). Управление скоростью деформации на прессе отсутствовало, но для кубов с ребром 4,0 дюйма (101,6 мм) такая скорость плунжера приводит к минимальной скорости деформации во время прессования, составляющей 0,25 с-1. Время между последующими ортогональными ударами составляло примерно 15 сек. Степень суммарной деформации, приданной заготовке, составила 1,37. Микроструктура сплава, обработанного таким образом, показана на микрофотографии на фиг. 12(b). Может быть замечено, что большая часть альфа-частиц (светло окрашенные области) имеют размер порядка 4 мкм или меньше и в любом случае представляет собой намного более мелкое зерно, чем альфа-зерно, изготовленное известным способом ковки, описанное выше и представленное на микрофотографии на фиг. 12(a).[0154] According to one non-limiting embodiment of the present invention, a cube-shaped billet with a side of 4.0 inches (101.6 mm) of Ti-6-2-4-6 alloy was subjected to beta annealing at a temperature of 1870 ° F (1066 ° C ) for 1 hour and then cooled in air. After cooling, the beta-annealed billet in the form of a cube was heated to a forging temperature of 1500 ° F (815.6 ° C) and forged using four blows using a comprehensive forging method with a high strain rate. The blows were performed in the direction of the following orthogonal axes and in the following sequence: ABCA. As a result of the blows, an upset height of 3.25 inches (88.9 mm) was reached, and the plunger speed was 1 inch per second (25.4 mm / s). There was no control of the strain rate on the press, but for cubes with a 4.0 inch edge (101.6 mm), this plunger speed leads to a minimum strain rate during pressing, which is 0.25 s -1 . The time between subsequent orthogonal strikes was approximately 15 seconds. The degree of total deformation attributed to the workpiece was 1.37. The microstructure of the alloy thus treated is shown in the micrograph in FIG. 12 (b). It can be noted that most of the alpha particles (light colored areas) are about 4 microns or less in size and in any case represent a much smaller grain than the alpha grain made by the known forging method described above and shown in the micrograph on FIG. 12 (a).
ПРИМЕР 3EXAMPLE 3
[0155] Согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения заготовку в форме куба со стороной 4,0 дюйма (101,6 мм) из сплава Ti-6-2-4-6 подвергали бета-отжигу при температуре 1870°F (1066°C) в течение 1 часа и затем охладили на воздухе. После охлаждения бета-отожженную заготовку в форме куба нагрели до температуры ковки 1500°F (815,6°C) и ковали с использованием трех ударов способом всесторонней ковки с высокой скоростью деформации с одним ударом вдоль каждой оси A, B и C (т.е., удары были выполнены в направлении следующих ортогональных осей и в следующей последовательности: A-B-C). В результате ударов была достигнута осаженная высота 3,25 дюйма (88,9 мм), и скорость плунжера составляла 1 дюйм в секунду (25,4 мм/с). Управление скоростью деформации на прессе отсутствовало, но для кубов с ребром 4,0 дюйма (101,6 мм) такая скорость плунжера приводит к минимальной скорости деформации во время прессования, составляющей 0,25 с-1. Время между последующими ортогональными ударами составляло примерно 15 сек. После цикла A-B-C ударов заготовку повторно нагревали до температуры 1500°F (815,6°C) в течение 30 минут. Затем кубическая заготовка была подвергнута всесторонней ковке с высокой скоростью деформации с одним ударом вдоль каждой из осей A, B и C, т.е., удары были выполнены вдоль следующих ортогональных осей и в следующей последовательности: A-B-C. В результате ударов была достигнута та же самая осаженная высота, и были использованы та же самая скорость плунжера и время между ударами, как и в первой последовательности A-B-C ударов. После второй последовательности A-B-C ударов заготовку повторно нагревали до температуры 1500°F (815,6°C) в течение 30 минут. Затем кубическая заготовка была подвергнута всесторонней ковке с высокой скоростью деформации с одним ударом вдоль каждой из осей A, B и C, т.е., была использована последовательность A-B-C. В результате ударов была достигнута та же самая осаженная высота, и были использованы та же самая скорость плунжера и время между ударами, как и в первой последовательности A-B-C ударов. В результате этого варианта реализации способа всесторонней ковки с высокой скоростью деформации заготовке была придана деформация 3,46. Микроструктура сплава, обработанного таким образом, показана на микрофотографии на фиг. 13. Может быть замечено, что большая часть альфа-частиц (светло окрашенные области) имеют размер порядка 4 мкм или меньше. Предполагается, что, по всей вероятности, альфа-частицы состоят из индивидуальных альфа-зерен, и что каждое альфа-зерно имеет размер порядка 4 мкм или меньше и по своей форме является равноосным.[0155] According to one non-limiting embodiment of the present invention, a cube-shaped billet with a side of 4.0 inches (101.6 mm) of Ti-6-2-4-6 alloy was subjected to beta annealing at a temperature of 1870 ° F (1066 ° C ) for 1 hour and then cooled in air. After cooling, the beta-annealed billet in the form of a cube was heated to a forging temperature of 1500 ° F (815.6 ° C) and forged using three blows using a comprehensive forging method with a high deformation rate with one blow along each axis A, B and C (t. e., impacts were performed in the direction of the following orthogonal axes and in the following sequence: ABC). As a result of the blows, an upset height of 3.25 inches (88.9 mm) was reached, and the plunger speed was 1 inch per second (25.4 mm / s). There was no control of the strain rate on the press, but for cubes with a 4.0 inch edge (101.6 mm), this plunger speed leads to a minimum strain rate during pressing, which is 0.25 s -1 . The time between subsequent orthogonal strikes was approximately 15 seconds. After the ABC blows cycle, the workpiece was reheated to a temperature of 1500 ° F (815.6 ° C) for 30 minutes. Then the cubic billet was subjected to comprehensive forging with a high deformation rate with one stroke along each of the axes A, B and C, i.e., the punches were performed along the following orthogonal axes and in the following sequence: ABC. As a result of the blows, the same seated height was achieved, and the same plunger speed and time between blows were used as in the first ABC blow sequence. After the second ABC sequence, the billet was reheated to a temperature of 1500 ° F (815.6 ° C) for 30 minutes. Then the cubic billet was subjected to comprehensive forging with a high strain rate with one stroke along each of the A, B and C axes, i.e., the ABC sequence was used. As a result of the blows, the same seated height was achieved, and the same plunger speed and time between blows were used as in the first ABC blow sequence. As a result of this embodiment of the method of comprehensive forging with a high strain rate, a deformation of 3.46 was given to the workpiece. The microstructure of the alloy thus treated is shown in the micrograph in FIG. 13. It can be observed that most alpha particles (light colored areas) are about 4 microns or smaller. It is assumed that, in all likelihood, alpha particles consist of individual alpha grains, and that each alpha grain has a size of about 4 microns or less and is equiaxial in shape.
ПРИМЕР 4EXAMPLE 4
[0156] Согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения заготовку в форме куба со стороной 4,0 дюйма (101,6 мм) из сплава Ti-6-2-4-2 подвергали бета-отжигу при температуре 1950°F (1066°C) в течение 1 часа и затем охладили на воздухе. После охлаждения бета-отожженную заготовку в форме куба нагревали до температуры ковки 1700°F (926,7°C) и выдерживали в течение 1 часа. Были использованы два цикла всесторонней ковки с высокой скоростью деформации (2 последовательности из трех ударов A-B-C, насчитывающих в общей сложности 6 ударов) при температуре 1700°F (926,7°C). Время между последовательными ударами составляло примерно 15 секунд. Последовательность ковки была следующая: удар А с использованием 3-дюймового (76,8 мм) ограничителя; удар B с использованием 3,5-дюймового (89,6 мм) ограничителя; и удар C с использованием 4,0-дюймового (102,4 мм) ограничителя. Эта последовательность ковки обеспечивает равную деформацию по всем трем ортогональным осям в каждой последовательности всесторонней ковки из трех ударов. Скорость плунжера составляла 1 дюйм в секунду (25,4 мм/с). Управление скоростью деформации на прессе отсутствовало, но для кубов с ребром 4,0 дюйма (101,6 мм) такая скорость плунжера приводит к минимальной скорости деформации во время прессования, составляющей 0,25 с-1. Суммарная деформация за цикл составила меньше, чем ковка до 3,25-дюймовой (83,2 мм) осадки в каждом направлении, как и в предыдущих примерах.[0156] According to one non-limiting embodiment of the present invention, a cube-shaped billet with a side of 4.0 inches (101.6 mm) of Ti-6-2-4-2 alloy was subjected to beta annealing at a temperature of 1950 ° F (1066 ° C ) for 1 hour and then cooled in air. After cooling, the beta-annealed billet in the form of a cube was heated to a forging temperature of 1700 ° F (926.7 ° C) and held for 1 hour. Two cycles of comprehensive forging with a high strain rate were used (2 sequences of three ABC impacts, totaling 6 impacts) at a temperature of 1700 ° F (926.7 ° C). The time between successive strikes was approximately 15 seconds. The forging sequence was as follows: kick A using a 3-inch (76.8 mm) stop; kick B using a 3.5-inch (89.6 mm) stopper; and hit C using a 4.0-inch (102.4 mm) stopper. This forging sequence ensures equal deformation along all three orthogonal axes in each comprehensive forging sequence of three strokes. The plunger speed was 1 inch per second (25.4 mm / s). There was no control of the strain rate on the press, but for cubes with a 4.0 inch edge (101.6 mm), this plunger speed leads to a minimum strain rate during pressing, which is 0.25 s -1 . The total strain per cycle was less than forging to 3.25-inch (83.2 mm) precipitations in each direction, as in the previous examples.
[0157] Заготовка была нагрета до температуры 1650°F (898,9°C) и подвергнута всесторонней ковке с высокой скоростью деформации путем выполнения трех дополнительных ударов (т.е., одного дополнительного цикла A-B-C всесторонней ковки с высокой скоростью деформации). Последовательность ковки была следующая: удар А с использованием 3-дюймового (76,8 мм) ограничителя; удар B с использованием 3,5-дюймового (89,6 мм) ограничителя; и удар C с использованием 4,0-дюймового (102,4 мм) ограничителя. После ковки суммарная деформация, приданная заготовке, составила 2,59.[0157] The workpiece was heated to a temperature of 1650 ° F (898.9 ° C) and subjected to comprehensive forging with a high deformation rate by performing three additional blows (i.e., one additional cycle A-B-C of comprehensive forging with a high deformation rate). The forging sequence was as follows: kick A using a 3-inch (76.8 mm) stop; kick B using a 3.5-inch (89.6 mm) stopper; and hit C using a 4.0-inch (102.4 mm) stopper. After forging, the total deformation attributed to the workpiece was 2.59.
[0158] Микроструктура кованой заготовки из Примера 4 показана на микрофотографии на фиг. 14. Может быть замечено, что большая часть альфа-частиц (светло окрашенные области) образуют сетевую структуру. Предполагается, что, по всей вероятности, альфа-частицы состоят из индивидуальных альфа-зерен, и что каждое альфа-зерно имеет размер порядка 4 мкм или меньше и по своей форме является равноосным.[0158] The microstructure of the forged workpiece from Example 4 is shown in the micrograph in FIG. 14. It can be observed that most alpha particles (light colored areas) form a network structure. It is assumed that, in all likelihood, alpha particles consist of individual alpha grains, and that each alpha grain has a size of about 4 microns or less and is equiaxial in shape.
ПРИМЕР 5EXAMPLE 5
[0159] Согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения заготовку в форме куба со стороной 4,0 дюйма (101,6 мм) из сплава Ti-6-2-4-2 подвергали бета-отжигу при температуре 1950°F (1066°C) в течение 1 часа и затем охладили на воздухе. После охлаждения бета-отожженную заготовку в форме куба нагревали до температуры ковки 1700°F (926,7°C) и выдерживали в течение 1 часа. Была использована всесторонняя ковка согласно настоящему изобретению для применения к заготовке, имеющей форму куба, 6 ковок на прессе для осадки до основной осаженной высоты ( A , B , C , A , B , C ). Кроме того, для "оквадрачивания" заготовки между каждой ковкой на прессе для осадки до основной осаженной высоты 3,25 дюйма (82,55 мм) выполнялись первая и вторая блокированные осадки вдоль других осей. Использовалась следующая общая последовательность ковки, в которой полужирными и подчеркнутыми символами обозначены ковки на прессе для осадки до основной осаженной высоты: A -B-C- B -C-A- C -A-B- A -B-C- B -C-A- C .[0159] According to one non-limiting embodiment of the present invention, a cube-shaped billet with a side of 4.0 inches (101.6 mm) of Ti-6-2-4-2 alloy was subjected to beta annealing at a temperature of 1950 ° F (1066 ° C ) for 1 hour and then cooled in air. After cooling, the beta-annealed billet in the form of a cube was heated to a forging temperature of 1700 ° F (926.7 ° C) and held for 1 hour. A comprehensive forging according to the present invention was used to apply to a billet having the shape of a cube, 6 forgings on a sludge press to the main upset height ( A , B , C , A , B , C ). In addition, for the "squareing" of the workpiece between each forging on the press, the first and the second blocked sediments along the other axes were made for the draft up to the main deposited height of 3.25 inches (82.55 mm). The following general forging sequence was used, in which bold and underlined symbols denote forging on a press for upsetting to the main besieged height: A -BC- B -CA- C -AB- A -BC- B- CA- C .
[0160] Последовательность ковки, включая использованные основную, первую блокированную и вторую блокированную осаженные высоты (в дюймах), приведена в таблице ниже. Скорость плунжера составляла 1 дюйм в секунду (25,4 мм/с). Управление скоростью деформации на прессе отсутствовало, но для кубов с ребром 4,0 дюйма (101,6 мм) такая скорость плунжера приводит к минимальной скорости деформации во время прессования, составляющей 0,25 с-1. Время, прошедшее между ударами, составило примерно 15 секунд. Степень суммарной деформации после термоуправляемой всесторонней ковки согласно данному неограничивающему варианту реализации составила 2,37.[0160] The forging sequence, including the used primary, first blocked, and second blocked besieged heights (in inches), is shown in the table below. The plunger speed was 1 inch per second (25.4 mm / s). There was no control of the strain rate on the press, but for cubes with a 4.0 inch edge (101.6 mm), this plunger speed leads to a minimum strain rate during pressing, which is 0.25 s -1 . The time elapsed between hits was approximately 15 seconds. The degree of total deformation after heat-controlled all-round forging according to this non-limiting implementation variant was 2.37.
[0161] Микроструктура заготовки, кованной способом, описанным в Примере 5, показана на микрофотографии на фиг. 15. Может быть замечено, что большая часть альфа-частиц (светло окрашенные области) являются удлиненными. Предполагается, что, по всей вероятности, альфа-частицы состоят из индивидуальных альфа-зерен, и что каждое альфа-зерно имеет размер порядка 4 мкм или меньше и по своей форме является равноосным.[0161] The microstructure of the workpiece, forged by the method described in Example 5, is shown in the micrograph in FIG. 15. It can be observed that most alpha particles (light colored areas) are elongated. It is assumed that, in all likelihood, alpha particles consist of individual alpha grains, and that each alpha grain has a size of about 4 microns or less and is equiaxial in shape.
ПРИМЕР 6EXAMPLE 6
[0162] Согласно одному неограничивающему варианту реализации настоящего изобретения заготовку в форме куба со стороной 4,0 дюйма (101,6 мм) из сплава Ti-6-2-4-2 подвергали бета-отжигу при температуре 1950°F (1066°C) в течение 1 часа и затем охладили на воздухе. Затем к заготовке была применена термоуправляемая всесторонняя ковка с высокой скоростью деформации согласно вариантам реализации настоящего изобретения, включающая 6 ударов (2 цикла A-B-C всесторонней ковки) при температуре 1900°C с 30-секундными паузами между ударами. Скорость плунжера составляла 1 дюйм в секунду (25,4 мм/с). Управление скоростью деформации на прессе отсутствовало, но для кубов с ребром 4,0 дюйма (101,6 мм) такая скорость плунжера приводит к минимальной скорости деформации во время прессования, составляющей 0,25 с-1. Последовательность из 6 ударов с промежуточными паузами была предназначена для нагревания поверхности заготовки с пересечением температуры бета-перехода во время всесторонней ковки, что в настоящей заявке, таким образом, может быть названо как "всесторонняя ковка с высокой скоростью деформации с пересечением бета-перехода". Данный способ приводит к измельчению поверхностных структур и минимизации растрескивания во время последующей ковки. Затем заготовку нагрели до температуры 1650°F (898,9°C), т.е., ниже температуры бета-перехода, и выдерживали в течение 1 часа. Затем к заготовке была применена всесторонняя ковка согласно вариантам реализации настоящего изобретения, содержа 6 ударов (два цикла A-B-C всесторонней ковки) примерно с 15-секундными паузами между ударами. Первые три удара (удары в первом цикле A-B-C всесторонней ковки) были выполнены до осаженной высоты 3,5 дюйма (88,9 мм), и вторые 3 удара (удары во втором цикле A-B-C всесторонней ковки) были выполнены до осаженной высоты 3,25 дюйма (82,55 мм). Заготовку нагревали до температуры 1650°F и выдерживали в течение 30 минут между ударами с 3,5-дюймовым (88,9 мм) подкладным кольцом и ударами с 3,25-дюймовым (82,55 мм) подкладным кольцом. Уменьшенная осадка (т.е., увеличенная осаженная высота), использованная для первых 3 ударов, была предназначена для блокирования растрескивания, поскольку уменьшенная осадка разрушает граничные структуры, которые могут привести к растрескиванию. Затем заготовку повторно нагрели до 1500°F (815,6°C) и выдерживали в течение 1 часа. Затем к заготовке была применена всесторонняя ковка согласно вариантов реализации настоящего изобретения с использованием 3 ударов A-B-C (одного цикла всесторонней ковки) с осадкой до высоты 3,25 дюйма (82,55 мм) с 15-секундными паузами между ударами. Такая последовательность с увеличенными осадками предназначена для совершения дополнительной работы в неграничных структурах. Скорость плунжера для всех ударов, описанных в Примере 6, составляла 1 дюйм в секунду (25,4 мм/с).[0162] According to one non-limiting embodiment of the present invention, a cube-shaped billet with a side of 4.0 inches (101.6 mm) of Ti-6-2-4-2 alloy was subjected to beta annealing at a temperature of 1950 ° F (1066 ° C ) for 1 hour and then cooled in air. Then, heat-controlled all-round forging with a high strain rate was applied to the workpiece according to the embodiments of the present invention, including 6 impacts (2 ABC cycles of all-round forging) at a temperature of 1900 ° C with 30-second pauses between blows. The plunger speed was 1 inch per second (25.4 mm / s). There was no control of the strain rate on the press, but for cubes with a 4.0 inch edge (101.6 mm), this plunger speed leads to a minimum strain rate during pressing, which is 0.25 s -1 . A sequence of 6 strokes with intermediate pauses was designed to heat the surface of the workpiece with the intersection of the beta transition temperature during comprehensive forging, which in this application can thus be referred to as "comprehensive forging with a high strain rate with a beta transition intersection". This method leads to the grinding of surface structures and minimizing cracking during subsequent forging. Then, the billet was heated to a temperature of 1650 ° F (898.9 ° C), i.e., below the beta transition temperature, and held for 1 hour. Then, a comprehensive forging was applied to the workpiece in accordance with embodiments of the present invention, containing 6 strokes (two ABC forging cycles) with approximately 15-second pauses between shocks. The first three blows (blows in the first ABC all-round forging cycle) were performed to an upset height of 3.5 inches (88.9 mm), and the second 3 blows (blows in the second ABC all-round forging cycle) were performed to an upset height of 3.25 inches (82.55 mm). The billet was heated to a temperature of 1650 ° F and held for 30 minutes between blows with a 3.5-inch (88.9 mm) backing ring and blows with a 3.25-inch (82.55 mm) backing ring. The reduced sediment (i.e., the increased precipitated height) used for the first 3 hits was intended to block cracking, since the reduced sediment destroys the boundary structures that can lead to cracking. Then the billet was reheated to 1500 ° F (815.6 ° C) and held for 1 hour. Then, a comprehensive forging was applied to the workpiece according to embodiments of the present invention using 3 ABC strokes (one forging cycle) with a draft to a height of 3.25 inches (82.55 mm) with 15 second pauses between strokes. Such a sequence with increased precipitation is intended to carry out additional work in non-boundary structures. The plunger speed for all strokes described in Example 6 was 1 inch per second (25.4 mm / s).
[0163] В Примере 6 заготовке была придана суммарная деформация 3,01. Репрезентативная микрофотография центральной части заготовки после термоуправляемой всесторонней ковки в Примере 6 показана на фиг. 16(a). Репрезентативная микрофотография поверхностной области заготовки после термоуправляемой всесторонней ковки в Примере 6 представлена на фиг. 16(b). Поверхностная микроструктура (как показано на фиг. 16(b)) значительно измельчена и большая часть частиц и/или зерен имеет размер примерно 4 мкм или меньше, что представляет собой сверхмелкозернистую микроструктуру. Микроструктура центральной части, представленная на фиг. 16(a), показывает весьма измельченные зерна, и предполагается, что, по всей вероятности, альфа-частицы состоят из индивидуальных альфа-зерен, и что каждое альфа-зерно имеет размер порядка 4 мкм или меньше и по своей форме является равноосным.[0163] In Example 6, a total strain of 3.01 was given to the blank. A representative micrograph of the central part of the workpiece after heat-controlled all-round forging in Example 6 is shown in FIG. 16 (a). A representative micrograph of the surface area of the workpiece after heat-controlled all-round forging in Example 6 is shown in FIG. 16 (b). The surface microstructure (as shown in FIG. 16 (b)) is significantly crushed and most of the particles and / or grains are about 4 microns or less in size, which is an ultrafine microstructure. The microstructure of the central part shown in FIG. 16 (a), shows very fine grains, and it is assumed that, in all likelihood, alpha particles consist of individual alpha grains, and that each alpha grain has a size of about 4 microns or less and is equiaxial in shape.
[0164] Следует понимать, что в настоящем описании представлены аспекты изобретения, соответствующие ясному пониманию настоящего изобретения. Некоторые аспекты, которые являются очевидными для специалистов и которые, таким образом, не способствуют улучшенному пониманию настоящего изобретения, не представлены в настоящей заявке для упрощения настоящего описания. Несмотря на то, что только ограниченное число вариантов реализации настоящего изобретения описано в настоящей заявке, специалисты, после рассмотрения вышеприведенного описания, согласятся, что возможны множество модификаций и изменений настоящего изобретения. Все такие изменения и модификации настоящего изобретения предназначены для охвата объемом защиты настоящего изобретения в соответствии с представленным выше описанием и пунктами приложенной формулы.[0164] It should be understood that the present description presents aspects of the invention consistent with a clear understanding of the present invention. Some aspects that are obvious to those skilled in the art and which, therefore, do not contribute to an improved understanding of the present invention, are not presented in this application to simplify the present description. Despite the fact that only a limited number of embodiments of the present invention is described in this application, specialists, after considering the above description, will agree that many modifications and changes to the present invention are possible. All such changes and modifications of the present invention are intended to cover the protection scope of the present invention in accordance with the above description and the claims.
Claims (43)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/714,465 | 2012-12-14 | ||
US13/714,465 US9206497B2 (en) | 2010-09-15 | 2012-12-14 | Methods for processing titanium alloys |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015128288A Division RU2637446C2 (en) | 2012-12-14 | 2013-11-26 | Methods for processing titanium alloys |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017140315A RU2017140315A (en) | 2019-02-12 |
RU2017140315A3 RU2017140315A3 (en) | 2019-02-12 |
RU2688109C2 true RU2688109C2 (en) | 2019-05-17 |
Family
ID=49880954
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017140315A RU2688109C2 (en) | 2012-12-14 | 2013-11-26 | Methods for processing titanium alloys |
RU2015128288A RU2637446C2 (en) | 2012-12-14 | 2013-11-26 | Methods for processing titanium alloys |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015128288A RU2637446C2 (en) | 2012-12-14 | 2013-11-26 | Methods for processing titanium alloys |
Country Status (23)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2931930B1 (en) |
JP (2) | JP6366601B2 (en) |
KR (1) | KR102001279B1 (en) |
CN (1) | CN104797723B (en) |
AU (2) | AU2013360096B2 (en) |
BR (1) | BR112015010745A8 (en) |
CA (1) | CA2886994C (en) |
DK (1) | DK2931930T3 (en) |
ES (1) | ES2717651T3 (en) |
HK (1) | HK1212400A1 (en) |
HU (1) | HUE042474T2 (en) |
IL (2) | IL238169B (en) |
IN (1) | IN2015DN02904A (en) |
MX (1) | MX368287B (en) |
NZ (1) | NZ707000A (en) |
PL (1) | PL2931930T3 (en) |
PT (1) | PT2931930T (en) |
RU (2) | RU2688109C2 (en) |
SG (2) | SG10201704857RA (en) |
TR (1) | TR201904960T4 (en) |
TW (1) | TWI602930B (en) |
UA (1) | UA115157C2 (en) |
WO (1) | WO2014093009A1 (en) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3024160B1 (en) * | 2014-07-23 | 2016-08-19 | Messier Bugatti Dowty | PROCESS FOR PRODUCING A METAL ALLOY WORKPIECE |
JP6655937B2 (en) | 2015-10-08 | 2020-03-04 | 日立金属株式会社 | Method and apparatus for producing forgings by rotary forging |
RU2647071C2 (en) * | 2016-07-14 | 2018-03-13 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for thermomechanical treating of titanium alloys |
JP6823827B2 (en) | 2016-12-15 | 2021-02-03 | 大同特殊鋼株式会社 | Heat-resistant Ti alloy and its manufacturing method |
RU2681033C2 (en) * | 2017-05-12 | 2019-03-01 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method for producing titanium alloy billets for products experiencing variable mechanical loads |
RU2664346C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-08-16 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method for producing titanium alloy billets for products experiencing variable mechanical loads |
CN108754371B (en) * | 2018-05-24 | 2020-07-17 | 太原理工大学 | Preparation method of refined α -close high-temperature titanium alloy grains |
CN109554639B (en) * | 2018-12-14 | 2021-07-30 | 陕西科技大学 | Method for refining high-niobium TiAl alloy lamellar structure |
CN109778009A (en) * | 2019-03-24 | 2019-05-21 | 杭州辰卓科技有限公司 | One kind includes the titanium alloy of the fire of resistance to titanium two-phase (alpha+beta) and high damping properties |
WO2021181101A1 (en) * | 2020-03-11 | 2021-09-16 | Bae Systems Plc | Method of forming precursor into a ti alloy article |
CN112191785B (en) * | 2020-08-28 | 2021-12-10 | 中国科学院金属研究所 | Forging process of high-quality titanium alloy large-size bar |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040089380A1 (en) * | 2002-11-12 | 2004-05-13 | Woodfield Andrew Philip | Method for fabricating an article of an alpha-beta titanium alloy by forging |
US20050145310A1 (en) * | 2003-12-24 | 2005-07-07 | General Electric Company | Method for producing homogeneous fine grain titanium materials suitable for ultrasonic inspection |
RU2364660C1 (en) * | 2007-11-26 | 2009-08-20 | Владимир Валентинович Латыш | Method of manufacturing ufg sections from titanium alloys |
RU2393936C1 (en) * | 2009-03-25 | 2010-07-10 | Владимир Алексеевич Шундалов | Method of producing ultra-fine-grain billets from metals and alloys |
WO2012036841A1 (en) * | 2010-09-15 | 2012-03-22 | Ati Properties, Inc. | Processing routes for titanium and titanium alloys |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5442847A (en) * | 1994-05-31 | 1995-08-22 | Rockwell International Corporation | Method for thermomechanical processing of ingot metallurgy near gamma titanium aluminides to refine grain size and optimize mechanical properties |
RU2134308C1 (en) * | 1996-10-18 | 1999-08-10 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method of treatment of titanium alloys |
CN1159472C (en) * | 2001-09-04 | 2004-07-28 | 北京航空材料研究院 | Titanium alloy quasi-beta forging process |
-
2013
- 2013-11-26 IN IN2904DEN2015 patent/IN2015DN02904A/en unknown
- 2013-11-26 UA UAA201506963A patent/UA115157C2/en unknown
- 2013-11-26 JP JP2015547393A patent/JP6366601B2/en active Active
- 2013-11-26 CA CA2886994A patent/CA2886994C/en active Active
- 2013-11-26 CN CN201380060682.9A patent/CN104797723B/en active Active
- 2013-11-26 DK DK13812249.4T patent/DK2931930T3/en active
- 2013-11-26 MX MX2015004870A patent/MX368287B/en active IP Right Grant
- 2013-11-26 SG SG10201704857RA patent/SG10201704857RA/en unknown
- 2013-11-26 PT PT13812249T patent/PT2931930T/en unknown
- 2013-11-26 KR KR1020157008320A patent/KR102001279B1/en active IP Right Grant
- 2013-11-26 SG SG11201503654RA patent/SG11201503654RA/en unknown
- 2013-11-26 PL PL13812249T patent/PL2931930T3/en unknown
- 2013-11-26 NZ NZ70700013A patent/NZ707000A/en unknown
- 2013-11-26 ES ES13812249T patent/ES2717651T3/en active Active
- 2013-11-26 AU AU2013360096A patent/AU2013360096B2/en active Active
- 2013-11-26 WO PCT/US2013/071801 patent/WO2014093009A1/en active Application Filing
- 2013-11-26 EP EP13812249.4A patent/EP2931930B1/en active Active
- 2013-11-26 HU HUE13812249A patent/HUE042474T2/en unknown
- 2013-11-26 RU RU2017140315A patent/RU2688109C2/en active
- 2013-11-26 TR TR2019/04960T patent/TR201904960T4/en unknown
- 2013-11-26 BR BR112015010745A patent/BR112015010745A8/en not_active Application Discontinuation
- 2013-11-26 RU RU2015128288A patent/RU2637446C2/en active
- 2013-12-10 TW TW102145442A patent/TWI602930B/en active
-
2015
- 2015-04-12 IL IL238169A patent/IL238169B/en active IP Right Grant
-
2016
- 2016-01-13 HK HK16100342.7A patent/HK1212400A1/en unknown
-
2017
- 2017-05-17 AU AU2017203311A patent/AU2017203311C1/en active Active
-
2018
- 2018-03-06 IL IL257905A patent/IL257905B/en active IP Right Grant
- 2018-07-03 JP JP2018126550A patent/JP6734890B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040089380A1 (en) * | 2002-11-12 | 2004-05-13 | Woodfield Andrew Philip | Method for fabricating an article of an alpha-beta titanium alloy by forging |
US20050145310A1 (en) * | 2003-12-24 | 2005-07-07 | General Electric Company | Method for producing homogeneous fine grain titanium materials suitable for ultrasonic inspection |
RU2364660C1 (en) * | 2007-11-26 | 2009-08-20 | Владимир Валентинович Латыш | Method of manufacturing ufg sections from titanium alloys |
RU2393936C1 (en) * | 2009-03-25 | 2010-07-10 | Владимир Алексеевич Шундалов | Method of producing ultra-fine-grain billets from metals and alloys |
WO2012036841A1 (en) * | 2010-09-15 | 2012-03-22 | Ati Properties, Inc. | Processing routes for titanium and titanium alloys |
Also Published As
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2688109C2 (en) | Methods for processing titanium alloys | |
RU2581331C2 (en) | Method for thermomechanical processing of workpiece made of titanium or titanium alloy | |
RU2638139C2 (en) | Forging in the open stamp with separate passages of difficult for forging and sensitive to the trajectory of deformation of alloys based on titanium and based on nickel | |
US9624567B2 (en) | Methods for processing titanium alloys | |
CN105026587B (en) | thermomechanical processing of alpha-beta titanium alloys |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant |