RU2690905C1

RU2690905C1 - METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH CONTROL OF TEMPERATURE TOLERANCE AND HIGH DEGREE OF DEFORMATION

Info

Publication number: RU2690905C1
Application number: RU2018107954A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Алтынбаев; Алексей Рассказов; Олег Александрович Митяшкин; Джонатон Уолтер Томас Уэлст; Анастасия Альбертовна Игнатовская
Original assignee: Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-06-06

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to methods of processing titanium alloys with pressure containing aluminum, vanadium, and can be used in making wire from (α+β)-titanium alloy by hot deformation used for additive technology. Proposed method comprises billet heating and deformation by drawing or rolling. Billet is heated by induction method using one, two or three induction heating devices depending on its diameter, and workpiece is deformed at temperature T_s= (450–850) °C with deformation temperature tolerance control equal to ±10 °C, at workpiece deformation degree μ = (10–50) % per one pass. Parameters of induction heating settings are given depending on billet diameter.

EFFECT: reduced duration of full cycle of wire production, increased strength and plasticity of wire.

4 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к способам обработки титановых сплавов давлением, содержащих алюминий, ванадий, и может быть использовано при изготовлении проволоки из (α+β)-титанового сплава методом горячего деформирования (волочения или прокатки), используемой для аддитивной технологии.The invention relates to methods of processing titanium alloys with pressure containing aluminum, vanadium, and can be used in the manufacture of wire from (α + β) -titanium alloy by hot deformation (drawing or rolling) used for additive technology.

Изобретение направлено на увеличение производительности, на снижение потерь готовой продукции, снижение затрат энергии на температурную обработку сплава и позволяет улучшить такие показатели при изготовлении проволоки для аддитивной технологии из (α+β)-титанового сплава как прочность и пластичность и исключить обрывы проволоки в процессе изготовления.The invention is aimed at increasing productivity, reducing loss of finished products, reducing energy costs for thermal processing of the alloy and allows improving such indicators in the manufacture of wire for additive technology from (α + β) -titanium alloy such as strength and ductility and eliminate wire breakages in the manufacturing process .

Титановый сплав ВТ6, пригодный для применения в качестве проволоки для аддитивной технологии, представляет собой сплав Ti-Al-V, который номинально содержит титан, 6 мас. % алюминия, 4 мас. % ванадия и обычно менее 0,20 мас. % кислорода. Сплав ВТ6 (α+β)-класса используется для изготовления крупногабаритных сварных и сборных конструкций летательных аппаратов, для изготовления баллонов, работающих под внутренним давлением в широком интервале температур от -196°С до 450°С, и целого ряда других конструктивных элементов в авиакосмической промышленности. Для изготовление данных изделий с использованием аддитивной технологии, требуется проволока, имеющая повышенные свойства по однородности микроструктуры, фазового состава, с минимальной анизотропией механических свойств по всей длине и без наличия сварных и других соединения.Titanium alloy VT6, suitable for use as a wire for additive technology, is an alloy of Ti-Al-V, which nominally contains titanium, 6 wt. % aluminum, 4 wt. % vanadium and usually less than 0.20 wt. % of oxygen. VT6 alloy (α + β) -class is used for the manufacture of large-sized welded and prefabricated aircraft, for the manufacture of cylinders operating under internal pressure in a wide temperature range from -196 ° C to 450 ° C, and a number of other structural elements in aerospace industry. For the manufacture of these products using additive technology, a wire is required that has improved properties of homogeneity of the microstructure, phase composition, with minimal anisotropy of mechanical properties along the entire length and without the presence of welded and other joints.

Известен способ изготовления проволоки из α-титановых сплавов путем нагрева заготовки и прокатки в несколько проходов со скоростью в первом проходе не более 2 м/с, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, нагрев производят до температуры, определяемой из зависимости Т=[(450-470)-20 V₁]°С, где V₁ - скорость прокатки в первом проходе, а деформацию осуществляют в многовалковых калибрах с суммарной степенью 75-80%. (Патент RU №1476718, заявка 4292778/02 от 03.08.1987 г, МПК В21В 3/00).A known method of manufacturing wire from α-titanium alloys by heating the workpiece and rolling in several passes at a speed in the first pass of not more than 2 m / s, characterized in that, in order to increase productivity, heating is performed to a temperature determined from the T = [ (450-470) -20 V ₁ ] ° C, where V ₁ is the rolling speed in the first pass, and the deformation is carried out in multi-roll gauges with a total degree of 75-80%. (Patent RU No. 1476718, application 4292778/02 dated 08/03/1987, IPC W21B 3/00).

Недостатком этого способа являются то, что в данной разработке использована многократная термообработка, получаемые при этом механические свойства проволоки не позволяют получить, из одной заготовки, провод без сварных соединений необходимой длины.The disadvantage of this method is that in this development used multiple heat treatment, the resulting mechanical properties of the wire do not allow to get, from one piece, the wire without welded joints of the required length.

Известен способ получения проволоки из (α+β)-титановых сплавов, включающий нагрев, деформацию и отжиг (Волочение легких сплавов. Ерманок М.З., Ватрушин Л.С. М.: ВИЛС, 1999, с. 95-108).A known method of producing wire from (α + β) -titanium alloys, including heating, deformation and annealing (Drawing of light alloys. MZ Ermanok, LS Vatrushin. M .: VILS, 1999, pp. 95-108).

Недостатком этого способа являются применение много переходной операции деформации, осуществляемой с нагревом, и применение энергоемких операций травления и вакуумного отжига, следствием которого является низкий уровень значений характеристик предела прочности на разрыв, что не позволяет, из одной заготовки, получение проволоки из титанового сплава ВТ6 с повышенными механическими свойствами одним куском необходимой длины для аддитивной технологии.The disadvantage of this method is the use of many transient deformation operations carried out with heating, and the use of energy-intensive etching and vacuum annealing operations, which result in a low level of tensile strength characteristics, which does not allow, from a single workpiece, to obtain a wire made of titanium alloy VT6 enhanced mechanical properties in one piece of the required length for additive technology.

Известен способ изготовления высокопрочной проволоки из титана и титановых сплавов, включающий получение слитка, его горячую деформацию с получением заготовки для волочения, волочение при комнатной температуре на конечный размер и окончательную термическую обработку (US 6077369 А, C22F 1/18, 20.06.2000).A known method of manufacturing high-strength wire from titanium and titanium alloys, including the production of ingot, its hot deformation with obtaining blanks for drawing, drawing at room temperature to a final size and final heat treatment (US 6077369 A, C22F 1/18, 20.06.2000).

Недостатком этого способа является окисление и трещинообразование поверхности, формирование структурной неоднородности по длине проволоки и как следствие разброс и нестабильность механических свойств проволоки, что не позволяет получение структурированной проволоки из титанового сплава ВТ6 с повышенными механическими свойствами одним куском необходимой длины для аддитивной технологии.The disadvantage of this method is the oxidation and cracking of the surface, the formation of structural heterogeneity along the length of the wire and, as a consequence, the variation and instability of the mechanical properties of the wire, which does not allow obtaining a structured wire of titanium VT6 alloy with enhanced mechanical properties in one piece of the required length for additive technology.

Известен способ изготовления высокопрочной проволоки из (α+β)-титанового сплава мартенситного класса, включающий получение слитка, его горячую деформацию с получением заготовки для волочения, волочение при комнатной температуре на конечный размер и окончательную термическую обработку, при этом после горячей деформации полученные заготовки отжигают на воздухе и механически обрабатывают, волочение проводят многократно с промежуточными отжигами в атмосфере воздуха, при этом, после первого хода волочения проводят механическую обработку, а окончательную термическую обработку ведут в атмосфере воздуха в течение 60-180 мин при температуре (0,5÷0,7)Тпп °С с дальнейшим охлаждением до комнатной температуры. (Патент RU №2460825, заявка 2011140698 от 07.10.2011 г, МПК В21В 3/00).A known method of manufacturing a high-strength wire of (α + β) -metane alloy of martensitic class, including the production of ingot, its hot deformation to produce blanks for drawing, drawing at room temperature by the final size and final heat treatment, while after hot deformation the resulting blanks are annealed in the air and mechanically treated; drawing is carried out repeatedly with intermediate annealing in an atmosphere of air; in this case, after the first drawing stroke, mechanical processing is carried out And the final heat treatment is carried out in an atmosphere of air for 60-180 min at a temperature of (0,5 ÷ 0,7) Trin ° C with subsequent cooling to room temperature. (Patent RU №2460825, application 2011140698 dated 10/07/2011, IPC В21В 3/00).

Недостатками этого способа являются многостадийность и длительность процесса обработки заготовки и низкие механические свойства сплава по сравнению с предлагаемым способом. Данный способ не позволяет получить структурированную проволоку из титанового сплава ВТ6 с повышенными механическими свойствами одним куском необходимой длины для аддитивной технологии.The disadvantages of this method are the multistage and duration of the processing of the workpiece and the low mechanical properties of the alloy compared with the proposed method. This method does not allow to obtain a structured wire made of titanium alloy VT6 with improved mechanical properties in one piece of the required length for additive technology.

Наиболее близким техническим решением для описываемого ниже способа является способ изготовления проволоки из (α+β) - титановых сплавов, включающий нагрев заготовки и деформацию в несколько проходов, при этом в процессе деформации осуществляют охлаждение, причем при степени суммарной деформации до 50% охлаждение осуществляют до температуры деформации 640-670°С, при степени суммарной деформации более 50%, но менее 80% охлаждение осуществляют до температуры деформации более 670°С, но менее 700°С. (Патент RU №1520717, заявка 4309001 от 21.09.1987, МПК В21В 1/00).The closest technical solution for the method described below is a method of manufacturing a wire from (α + β) - titanium alloys, including heating the workpiece and deformation in several passes, while cooling is performed in the deformation process, and cooling is performed to the degree of total deformation to 50% deformation temperature of 640-670 ° C, with the degree of total deformation of more than 50% but less than 80%, cooling is carried out to a deformation temperature of more than 670 ° C but less than 700 ° C. (Patent RU No. 1520717, application 4309001 of 09/21/1987, IPC В21В 1/00).

Недостатком данного способа являются то, что механические свойства титанового сплава, полученные указанной обработкой, ниже, чем в предлагаемом способе, что не позволяет получение, из одной заготовки, структурированной проволоки из титанового сплава ВТ6 с повышенными механическими свойствами одним куском без обрыва, необходимой длины для аддитивной технологии.The disadvantage of this method is that the mechanical properties of titanium alloy obtained by this treatment are lower than in the proposed method, which does not allow obtaining, from one billet, structured wire from titanium alloy VT6 with improved mechanical properties in one piece without breaking, the required length for additive technology.

Задачей данного изобретения является повышение качества проволоки из (α+β) - титанового сплава для аддитивной технологии, снижение затрат на ее изготовление.The objective of this invention is to improve the quality of the wire from (α + β) - titanium alloy for additive technology, reducing the cost of its manufacture.

Технический результат, достигаемый в процессе решения задачи, заключается в снижении продолжительности полного цикла производства проволоки, в получении проволоки единым куском без сварных соединений, повышение прочности и пластичности титановой проволоки из (α+β)-титанового сплава, получение однородной, мелкозернистой структуры сплава, снижение анизотропии механических свойств по длине и сечению проволоки.The technical result achieved in the process of solving the problem is to reduce the duration of the full cycle of wire production, to get the wire in one piece without welded joints, to increase the strength and ductility of titanium wire from (α + β) titanium alloy, to obtain a uniform, fine-grained alloy structure, reduction of anisotropy of mechanical properties along the length and cross section of the wire.

Технический результат достигается способом изготовления проволоки для аддитивных технологий из (α+β)-титановых сплавов, включающий нагрев и деформацию заготовки путем волочения или прокатки, отличающийся тем, что нагрев заготовки проводят индукционным методом с использованием одного, двух или трех устройств индукционного нагрева в зависимости от ее диаметра, а деформацию заготовки осуществляют при температуре Т_з=(450-850)°С с контролем допуска температуры деформации, равным ±10°С, при степени деформации заготовки μ=(10-50)% за один проход, которую выбирают из условияThe technical result is achieved by a method of manufacturing wire for additive technologies of (α + β) -titanium alloys, including heating and deformation of the workpiece by drawing or rolling, characterized in that the heating of the workpiece is carried out by induction using one, two or three induction heating devices, depending on on its diameter, and the deformation of the workpiece is carried out at a temperature _of T = (450-850) ° C with controlled deformation temperature tolerance equal to ± 10 ° C, at a degree of deformation of the workpiece μ = (10-50)% per pass, to I choose from the condition

μ=(d² _i-d² _(i+1))/d² _i×100, гдеμ = (d ² _i -d ² _{(i + 1)} ) / d ² _i × 100, where

d_i и d_(i+1) - диаметры проволоки до и после деформации на i-том проходе соответственно,d _i and d _{(i + 1)} are the wire diameters before and after deformation on the i-th pass, respectively,

при этом нагрев заготовки диаметром от 7,5 до 4,16 мм осуществляют с использованием трех устройств индукционного нагрева, одно из которых имеет номинальную мощность N₁=60 кВт и частоту f₁=66 кГц, второе - номинальную мощность N₂=45 кВт и частоту f₂=100 кГц, а третье - номинальную мощность N₃=35 кВт и частоту f₃=440 кГц, нагрев заготовки диаметром от менее 4,16 до 2,39 мм осуществляют с использованием двух устройств индукционного нагрева с номинальной мощностью N₂=45 кВт и частотой f₂=100 кГц, и номинальной мощностью N₃=35 кВт и частотой f₃=440 кГц, а нагрев заготовки диаметром от менее 2,39 до 1,84 мм осуществляют с использованием одного устройства индукционного нагрева с номинальной мощностью N₃=35 кВт и частотой f₃=440 кГц.the heating of the workpiece with a diameter of 7.5 to 4.16 mm is carried out using three induction heating devices, one of which has a nominal power N ₁ = 60 kW and a frequency f ₁ = 66 kHz, the second is the nominal power N ₂ = 45 kW and the frequency f ₂ = 100 kHz, and the third - the nominal power N ₃ = 35 kW and the frequency f ₃ = 440 kHz, heating the workpiece with a diameter of less than 4.16 to 2.39 mm is performed using two induction heating devices with a nominal power N ₂ = 45 kW and a frequency f ₂ = 100 kHz, and a nominal capacity of ₃ N = 35 kW and a frequency f ₃ = 440 kHz and heating Zagot and a diameter of from less than 2.39 to 1.84 mm was carried out using a single induction heating apparatus with a nominal capacity of ₃ N = 35 kW and a frequency f ₃ = 440 kHz.

Кроме этого, используют титановый сплав, содержащий, мас. %:In addition, use titanium alloy containing, by weight. %:

алюминий 5,50-6,76,aluminum 5.50-6.76,

ванадий 3,50-4,40,vanadium 3.50-4.40,

железо ≤0,22,iron ≤0.22,

углерод ≤0,05,carbon ≤0.05,

кислород 0,14-0,18,oxygen 0.14-0.18,

азот ≤0,03,nitrogen ≤0.03,

водород ≤0,015,hydrogen ≤0,015,

титан - остальное, изготавливают проволоку, которая имеет допуск на диаметр -0,05/+0,01 мм, изготавливают проволоку, которая имеет остаточное напряжение, определенное по отклонению от прямолинейности, на образцах, отобранных в начале и конце проволоки, и составляющее не более 1,0 мм на 1 м проволоки, после ее изгиба по радиусу 150 мм.titanium - the rest is made of wire, which has a tolerance of diameter of -0.05 / + 0.01 mm, make wire, which has a residual voltage determined by the deviation from straightness, on samples taken at the beginning and end of the wire, which is not more than 1.0 mm per 1 m of wire, after its bending along a radius of 150 mm.

Снижении продолжительности полного цикла производства проволоки, при получении проволоки единым куском без сварных соединений, повышение прочности и пластичности титановой проволоки из (α+β) - титанового сплава, при однородной, мелкозернистой структуре сплава, малой анизотропии механических свойств по длине и сечению проволоки, определяются условиями нагрева заготовки, температурой нагрева и степенью деформации проволоки. Прочность и пластичность титановой проволоки из (α+β) - титанового сплава, в большей степени определяется скоростью и степенью пластической деформации. Особенно это проявляется при деформации α+β - титановых сплавов, имеющих повышенное содержание легирующих элементов, что способствует дополнительному упрочнению материала. Повышенное содержание алюминия в титане, особенно при значениях более 5,5%, увеличивает прочностные характеристики и снижает пластичность в условиях температур ниже 450°С. Поэтому важным становится контроль поля допуска изменения температуры за время всего технологического цикла прохода заготовки. Максимальное обжатие для сплава ВТ-6 не превышает 18-20%, чтобы увеличить степень деформации до 50% необходимо увеличить равномерность распределения температуры по сечению проволоки или проводить деформацию за несколько проходов с меньшей деформацией за каждый поход. В данном способе предлагается проводить горячее волочение или прокатку, при нагреве заготовки до температур (450-850)°С, с контролем поля допуска температуры деформации ±10°С, при степени деформации заготовки μ=(10-50)% за один проход, где - μ=(d² _i-d² _(i+1))/d² _i×100, d_i и d_(i+1) - диаметры проволоки до и после деформации на i-том проходе, при этом нагрев производить одним или двумя или тремя индукторами. Важным здесь является скорость нагрева и равномерность распределения температурного поля по сечению провода. При высокой скорости деформации, однородность температурного поля по сечению проволоки должна быть максимально равномерной. При индукционном нагреве проволоки из титанового сплава имеются трудности формирования равномерного температурного поля по глубине заготовки. Это обусловлено особенностями протекания высокочастотного тока по проводнику с низкой теплопроводностью-титану и высоким уровнем тепловых потерь. Из-за скин-эффекта при индукционном нагреве тепловые источники распределены по сечению заготовки неравномерно: максимальное тепловыделение происходит на поверхности, с увеличением расстояния от поверхности интенсивность источников теплоты падает. Соответственно поверхностные слои имеют более высокую температуру, чем середина, причем эта разность температур тем больше, чем больше мощность, на которой осуществляется нагрев, и чем выше частота тока. Расширение металла и фазовые (структурные) превращения распространяются с поверхности внутрь нагреваемой заготовки в течение определенного времени. Со стороны наружных расширяющихся слоев внутренние, «непрогретые» слои, испытывают напряжения растяжения, а наружные со стороны внутренних -напряжения сжатия. Возникают деформации не только упругие, но и пластические. Напряжения, возникающие вследствие неравномерного нагрева или фазовых превращений, могут превзойти некоторое критическое значение для данного материала, что может привести к появлению микротрещин в поверхностном слое.Reducing the duration of the full cycle of wire production, when receiving a wire in a single piece without welded joints, increasing the strength and ductility of titanium wire from (α + β) titanium alloy, with a uniform, fine-grained alloy structure, low anisotropy of mechanical properties along the wire length and section, are determined heating conditions of the workpiece, the heating temperature and the degree of deformation of the wire. The strength and ductility of titanium wire from (α + β) - titanium alloy is largely determined by the speed and degree of plastic deformation. This is especially manifested when the deformation of α + β - titanium alloys with a high content of alloying elements, which contributes to the additional hardening of the material. The increased content of aluminum in titanium, especially at values of more than 5.5%, increases the strength characteristics and reduces ductility at temperatures below 450 ° C. Therefore, it becomes important to control the temperature tolerance field during the entire technological cycle of the billet passage. The maximum compression for the VT-6 alloy does not exceed 18-20%, in order to increase the degree of deformation up to 50%, it is necessary to increase the uniformity of temperature distribution over the wire section or to carry out the deformation in several passes with less deformation for each trip. In this method, it is proposed to carry out hot drawing or rolling, when the preform is heated to temperatures (450-850) ° C, with control of the field of tolerance of the deformation temperature ± 10 ° C, with the degree of deformation of the workpiece μ = (10-50)% in one pass, where - μ = (d ² _i -d ² _{(i + 1)} ) / d ² _i × 100, d _i and d _{(i + 1)} are the diameters of the wire before and after deformation on the i-th passage, while producing heat one or two or three inductors. Important here is the heating rate and the uniform distribution of the temperature field over the cross section of the wire. With a high strain rate, the uniformity of the temperature field over the cross section of the wire should be as uniform as possible. During induction heating of a wire made of titanium alloy, there are difficulties in forming a uniform temperature field over the depth of the workpiece. This is due to the peculiarities of the flow of high-frequency current through a conductor with low thermal conductivity — titanium and a high level of heat loss. Due to the skin effect during induction heating, heat sources are unevenly distributed over the cross section of the workpiece: maximum heat generation occurs on the surface, with increasing distance from the surface, the intensity of heat sources decreases. Accordingly, the surface layers have a higher temperature than the middle, and this temperature difference is greater, the greater the power at which heating is carried out, and the higher the frequency of the current. Metal expansion and phase (structural) transformations propagate from the surface to the inside of the heated billet for a certain time. On the side of the outer expanding layers, the inner, "cold" layers, experience tensile stresses, and the outer ones on the side of the inner ones are compressive stresses. There are deformations not only elastic, but also plastic. The stresses resulting from uneven heating or phase transformations can exceed a certain critical value for this material, which can lead to the appearance of microcracks in the surface layer.

При индукционный нагреве одной установкой номинальной мощностью N₁=(50-80) кВт и частотой f₁=(40-80) кГц, разность температур внутренних и внешних слоев металла приводит к локальным изменениям в структуре титана, а также к возникновению остаточных напряжений и образованию микротрещин на поверхности на начальных стадиях деформации, в дальнейшем с уменьшением диаметра не схлопнувшиеся микротрещины приводит к порыву проволоки. Использование трех индукторов нагрева, на максимальных диаметрах заготовки, имеющих различные мощности и частоты, позволяют снизить градиент температур по сечению заготовки. При индукционном нагреве проволоки из титанового сплава тепло поверхностного слоя идет на нагрев внутренних слоев. Дополнительный нагрев поверхностного слоя индуктором с N₃=(10-40) кВт и частотой f₃=(300-500) кГц, позволяет поддерживать температуру тонкого поверхностного слоя на заданном уровне, образование мельчайших микротрещин, которые выходят на поверхность, не происходит. Итак, тепловая энергия поверхностного слоя, полученная на индукционных установках, имеющих меньшую частоту переменного магнитного поля, и ушедшая на разогрев внутренних слоев компенсируется дополнительным нагревом поверхностного слоя установками индукционного нагрева имеющих большую частоту.With induction heating by a single installation with a nominal power of N ₁ = (50-80) kW and a frequency f ₁ = (40-80) kHz, the temperature difference between the inner and outer layers of the metal leads to local changes in the structure of titanium, as well as residual stresses and the formation of microcracks on the surface at the initial stages of deformation, and further with a decrease in diameter, not collapsed microcracks leads to a gust of wire. The use of three heating inductors, at maximum billet diameters with different powers and frequencies, makes it possible to reduce the temperature gradient over the billet section. During induction heating of a wire made of titanium alloy, the heat of the surface layer is used to heat the inner layers. Additional heating of the surface layer by the inductor with N ₃ = (10-40) kW and frequency f ₃ = (300-500) kHz allows maintaining the temperature of the thin surface layer at a given level, the formation of the smallest microcracks that go to the surface does not occur. So, the thermal energy of the surface layer, obtained on induction installations having a lower frequency of an alternating magnetic field, and left for heating the inner layers is compensated by additional heating of the surface layer by installations of induction heating having a greater frequency.

Экспериментально было установлено, что в предлагаемом способе, при нагреве заготовки индукционным способом, для обеспечения более равномерного температурное поля по объему заготовки, нагрев необходимо производить одним или двумя, или тремя индукторами нагрева в зависимости от диаметра заготовки. Предлагаемый способ нагрева заготовки позволяет производить деформацию заготовки при температуре (450-850)°С, при степени деформации заготовки (10-50) %.Experimentally it was found that in the proposed method, when the workpiece is heated by an induction method, to provide a more uniform temperature field throughout the workpiece, it is necessary to heat one or two or three heating inductors depending on the diameter of the workpiece. The proposed method of heating the workpiece allows the deformation of the workpiece at a temperature of (450-850) ° C, with the degree of deformation of the workpiece (10-50)%.

Повышенное содержание алюминия в титане, особенно при значениях более 5,5%, увеличивает прочностные характеристики и снижает пластичность сплава в условиях температур ниже 450°С. Поэтому важным становится проведение деформации заготовки при температуре в поле допуска Δ Т±10°С. Контроль поля допуска в узком диапазоне температур позволяет избежать снижения температуры или ее повышения за пределы оптимальных значений. Особенно это актуально на последнем проходе, когда проходит окончательное получение равномерного распределения мелкозернистой структуры. Авторами в процессе многочисленных экспериментальных исследований установлено, что проведение температурной деформации в поле допуска Δ Т±10°С позволяет получить мелкозернистую структуру и гарантировано избежать появления дефектов в сплаве.The increased aluminum content in titanium, especially at values of more than 5.5%, increases the strength characteristics and reduces the ductility of the alloy under conditions of temperatures below 450 ° C. Therefore, it becomes important to conduct the deformation of the workpiece at a temperature in the field of tolerance Δ T ± 10 ° C. Control of the tolerance field in a narrow temperature range allows you to avoid temperature reduction or its increase beyond the optimum values. This is especially true on the last pass, when the final receipt of a uniform distribution of fine-grained structure. The authors in the process of numerous experimental studies have found that carrying out temperature deformation in the tolerance field Δ T ± 10 ° С allows to obtain a fine-grained structure and is guaranteed to avoid the appearance of defects in the alloy.

Предлагаемый способ изготовления проволоки из (α+β) - титановых сплавов для аддитивных технологий с высокой степенью деформации позволяет обеспечить минимальные отклонения от температуры, соответствующей выбранному режиму нагрева, в процессе всего цикла волочения или прокатки. Нагрев проволоки индукционным способом из титановых сплавов при степени деформации заготовки (10-50)%, при температуре Т_з=(450-850)°С, с контролем поля допуска температуры деформации ±10°С, используя одну или две или три установки с номинальной мощностью N=(50-80) кВт и частотой f=(40-80) кГц, и/или номинальной мощностью N=(30-60) кВт и частотой f=(80-300) кГц, и/или номинальной мощностью N=(10-40) кВт и частотой f=(300-500) кГц, позволяет:The proposed method of manufacturing a wire of (α + β) - titanium alloys for additive technologies with a high degree of deformation allows to ensure minimal deviations from the temperature corresponding to the selected heating mode during the whole cycle of drawing or rolling. The heating wire inductively titanium alloy billet with a degree of deformation (10-50)%, at a temperature _of T = (450-850) ° C, to control the tolerance of deformation temperature ± 10 ° C, using one or two or three units with nominal power N = (50-80) kW and frequency f = (40-80) kHz, and / or nominal power N = (30-60) kW and frequency f = (80-300) kHz, and / or nominal power N = (10-40) kW and frequency f = (300-500) kHz, allows you to:

а) формировать предельно равномерное температурное поле по длине и по сечению, избежать недогрева, достигнуть необходимой пластичности, и избежать появление деформационных микроразрывов, исключить перегрев заготовки и увеличение зернистости и неоднородности структуры,a) form an extremely uniform temperature field along the length and cross section, avoid underheating, achieve the required plasticity, and avoid the appearance of deformation micro-gaps, eliminate overheating of the workpiece and increase the grain size and heterogeneity of the structure,

б) минимизировать временя нагрева и улучшить эффективность нагрева. Выполнение этого требования повышает производительность работы и приводит к уменьшению тепловых затрат и тепловых потерь с поверхности заготовки, что влечет за собой снижение неравномерности нагрева, а, следовательно, и повышение качества нагреваемой проволоки.b) minimize heating time and improve heating efficiency. Fulfillment of this requirement increases work productivity and leads to a decrease in heat input and heat loss from the surface of the workpiece, which entails a reduction in the heating irregularity, and, consequently, an increase in the quality of the heated wire.

в) добиться высокой точности и скорости управления температурным нагревом заготовки, что важно для получения проволоки с высокими показателями качества.c) achieve high accuracy and speed of control of the temperature heating of the workpiece, which is important for obtaining wires with high quality indicators.

При нагреве заготовки несколькими индукторами, существенно увеличивается скорость ее нагрева, возрастает равномерность распределения температуры заготовки по сечению, что обеспечивает получение однородной, мелкозернистой структуры сплава, снижение анизотропии механических свойств по длине и сечению проволоки. Высокая пластическая деформация заготовки на различных уровнях является эффективным средством формирования структуры металлов, определяющей важнейшие структурно-чувствительные свойства, такие как пластичность и прочность. Существующие традиционные процессы деформации заготовок при производстве проволоки, такие как прокатка, волочение, при малой степени деформации, не обеспечивают эффективного решения структурообразования, что обусловлено следующим: степень деформации заготовки за один проход составляют до 10%, параметры напряженного и деформированного состояний в этих процессах характеризуются значительной неоднородностью их распределения, определяемой контактным трением, в итоге материал обладает низкой пластичностью. Увеличение степени пластического деформирования, за один проход (10-50)% позволяет реализовать возможности пластической деформации как одного из наиболее эффективных средств формирования структуры, при изготовления проволоки из (α+β) - титановых сплавов для аддитивных технологий. Предлагаемый способ интенсивной пластической деформации титанового сплава, позволяют получать объемные заготовки проволоки с мелко-зернистой структурой с размером глобулей до нескольких микрон, с формированием нового состояния материала с высокими физико-механическими свойствами.When the workpiece is heated by several inductors, its heating rate increases significantly, the uniform distribution of the workpiece temperature over the cross section increases, which ensures a uniform, fine-grained alloy structure, reducing the anisotropy of mechanical properties along the length and cross-section of the wire. High plastic deformation of the workpiece at various levels is an effective means of forming the structure of metals, which determines the most important structural-sensitive properties, such as plasticity and strength. The existing traditional processes of deformation of billets in the production of wire, such as rolling, drawing, with a small degree of deformation, do not provide an effective solution to structure formation, which is due to the following: the degree of deformation of the workpiece in one pass is up to 10%, the parameters of the stress and strain state in these processes are characterized significant heterogeneity of their distribution, determined by contact friction, as a result, the material has a low ductility. Increasing the degree of plastic deformation in a single pass (10-50)% allows you to realize the possibility of plastic deformation as one of the most effective means of forming a structure in the manufacture of wire from (α + β) titanium alloys for additive technologies. The proposed method of severe plastic deformation of titanium alloy, allows to obtain bulk wire blanks with fine-grained structure with a globule size of up to several microns, with the formation of a new material state with high physical and mechanical properties.

Для получения титановой проволоки необходимого качества, удовлетворяющей аддитивной технологии, имеющей минимальную анизотропию механических свойств и фазового состава по объему и по длине авторами предлагаемого технического решения проведены работы по отработке режимов нагрева проволоки индукционным способом с использованием при нагреве заготовки одного или двух, или трех индукторов при высокой степени деформации до 50%. Экспериментально, в зависимости от диаметра заготовки проволоки, определены мощности и частоты нагрева заготовок из титана и количество одновременно используемых индукторов нагрева и предельные значения степени деформации заготовки. Часть таких результатов представлена в таблице 1.To obtain titanium wire of required quality, satisfying additive technology, having minimal anisotropy of mechanical properties and phase composition in terms of volume and length, the authors of the proposed technical solution carried out works on testing the heating modes of the wire by induction using one or two or three inductors during heating high degree of deformation up to 50%. Experimentally, depending on the diameter of the wire blank, the powers and frequencies of heating titanium blanks and the number of simultaneously used inductors of heating and limiting values of the degree of deformation of the blank were determined. Some of these results are presented in table 1.

Контроль температуры при нагреве заготовки проводится пирометрами на каждом индукторе с точностью измерения температуры 0,1°С.Temperature control during the heating of the workpiece is carried out by pyrometers on each inductor with a temperature measurement accuracy of 0.1 ° C.

Реализация способа.The implementation of the method.

Реализация способа проводилась в три этапа. На первом этапе изготавливались заготовки для прокатки или волочения, на втором этапе проводилось изготовление проволоки волочением или прокаткой, на третьем этапе проводилось исследование образцов проволоки. Ниже представлена часть вариантов реализации предлагаемого способа изготовления проволоки из (α+β) - титанового сплава для аддитивной технологии с индукционным нагревом. Все заготовки были изготовлены из одного слитка.The implementation of the method was carried out in three stages. At the first stage, blanks for rolling or drawing were made, at the second stage, wire was drawn by drawing or rolling, at the third stage, wire samples were studied. Below is a part of the options for implementing the proposed method of making wire from (α + β) - titanium alloy for additive technology with induction heating. All blanks were made from a single ingot.

Этап изготовление заготовки.Stage manufacturing billet.

Методом тройного вакуумного дугового переплава получали слиток из титанового сплава ВТ6 диаметром 450 мм; далее обтачивали до 420 мм; нагревали до температуры 850°С в газовой печи и ковали на диаметр 115 мм. Полученную заготовку обтачивали для удаления альфированного слоя, затем нагревали до температуры 900°С и проводили горячую прокатку в бухту на диаметр 8,0 мм. Далее проводили отжиг на воздухе при температуре 700°С в течении 2-х часов с охлаждением на воздухе.By the method of triple vacuum arc remelting, an ingot from a titanium alloy VT6 with a diameter of 450 mm was obtained; further grinded to 420 mm; heated to a temperature of 850 ° C in a gas oven and forged to a diameter of 115 mm. The resulting billet was ground to remove the alphated layer, then heated to a temperature of 900 ° C and hot rolled to a coil of 8.0 mm in diameter. Next, annealing was carried out in air at 700 ° C for 2 hours with air cooling.

Этап проведение исследований.Stage of research.

Проводились следующие виды исследования поволоки. Определялись механические свойства, исследовалась структура сплава. Исследования механических свойств проводились на проволоке диаметром 1,6 мм, вырезанной из конца бухты. Полученная проволока подвергалась растяжению на разрывной машине INSTRON 5969. Длина образца проволоки для растяжения составляла 600 мм. Скорость растяжения проволоки составляла 10 мм/мин. Основные механические характеристики проволоки представлены в табл. 2. Остаточное напряжение определялось на образцах, отобранных в начале и конце проволоки. Образец длиной 950 мм изгибался по радиусу 150 мм, после этого измерялась прямолинейность проволоки в соответствии с ГОСТ 26877-2008. Исследование структуры (α+β) - титанового сплава проводили на образцах проволоки полученных после проведения всего цикла получения готового провода и пригодного для аддитивной технологии. На фиг. 1 представлена характерная структура сплава ВТ6 полученная на проволоке, изготовленной на оптимальных режимах (Пример 1.), на фиг. 2 представлена структура сплава ВТ6 полученная на проволоке, которая порвалась (Пример 3.). Изображение получено на растровом электронном микроскопе модели MIRA3 TESCAN, напряжение 15 кВ, увеличение 5kx., α - фаза титанового сплава темные области, β-фаза - светлые области. Результаты исследований представлены в табл. 2Conducted the following types of studies of the war. Mechanical properties were determined, alloy structure was investigated. Studies of mechanical properties were carried out on a wire with a diameter of 1.6 mm, cut from the end of the coil. The resulting wire was subjected to stretching on a breaking machine INSTRON 5969. The length of the sample wire for stretching was 600 mm. The stretching speed of the wire was 10 mm / min. The main mechanical characteristics of the wire are presented in table. 2. The residual voltage was determined on samples taken at the beginning and end of the wire. The sample with a length of 950 mm was bent along a radius of 150 mm, after that the straightness of the wire was measured in accordance with GOST 26877-2008. The study of the structure of (α + β) - titanium alloy was carried out on wire samples obtained after carrying out the entire cycle of obtaining the finished wire and suitable for additive technology. FIG. 1 shows the characteristic structure of the alloy VT6 obtained on a wire manufactured in optimal conditions (Example 1.), FIG. 2 shows the structure of the alloy VT6 obtained on a wire that has broken (Example 3.). The image was obtained on a scanning electron microscope model MIRA3 TESCAN, voltage 15 kV, magnification 5kx., Α - phase of a titanium alloy dark areas, β-phase - light areas. The research results are presented in Table. 2

Этап изготовления проволоки.The stage of manufacture of wire.

Пример 1. Деформацию заготовки с диаметра 7,5 мм до диаметра 1,84 мм проводили за 5 проходов. Нагрев заготовки проводился до температуры 650°С. Деформацию проводили волочением, нагрев заготовки проводили одним или двумя или тремя индукторами, на режимах, которые не выходили за предельные значения (табл. 1). Нагрев заготовок диаметром от 7,5 до 4,16 мм проводили тремя индукторами с номинальной мощностью N₁=60 кВт и частотой f₁=66 кГц, с номинальной мощностью N₂=45 кВт и частотой f₂=100 кГц, номинальной мощностью N₃=35 кВт и частотой f₃=440 кГц. Нагрев заготовок диаметром от менее 4,16 мм до 2,39 мм проводили двумя индукторами с номинальной мощность N₂=45 кВт и частотой f₂=100 кГц, с номинальной мощностью N₃=35 кВт и частотой f₃=440 кГц. Нагрев заготовок диаметром от менее 2,39 мм до 1,84 мм проводили на одной установке с номинальной мощностью N₃=35 кВт и частотой f₃=440 кГц для заготовок. Степень деформации заготовки принимали μ=(40-45)%. Скорость деформации (V) заготовки выбирали на каждом проходе, в зависимости от диаметра (d) заготовки:Example 1. The deformation of the workpiece with a diameter of 7.5 mm to a diameter of 1.84 mm was carried out in 5 passes. The billet was heated to a temperature of 650 ° C. The deformation was performed by dragging, the preform was heated by one or two or three inductors, in modes that did not go beyond the limiting values (Table 1). Heating of billets with a diameter of 7.5 to 4.16 mm was performed by three inductors with a nominal power of N ₁ = 60 kW and a frequency of f ₁ = 66 kHz, with a nominal power of N ₂ = 45 kW and a frequency of f ₂ = 100 kHz, nominal power of N ₃ = 35 kW and frequency f ₃ = 440 kHz. Heating of billets with diameters from less than 4.16 mm to 2.39 mm was carried out by two inductors with a nominal power of N ₂ = 45 kW and a frequency of f ₂ = 100 kHz, with a nominal power of N ₃ = 35 kW and a frequency of f ₃ = 440 kHz. Heating of billets with diameters from less than 2.39 mm to 1.84 mm was carried out in one installation with a nominal power of N ₃ = 35 kW and a frequency f ₃ = 440 kHz for blanks. The degree of deformation of the workpiece was taken μ = (40-45)%. The strain rate (V) of the workpiece was chosen at each pass, depending on the diameter (d) of the workpiece:

V=40 м/мин для диаметра d=(от 7,5 до 5,56) мм, μ=45%V = 40 m / min for diameter d = (from 7.5 to 5.56) mm, μ = 45%

V=50 м/мин для диаметра d=(от менее 5,56 до 4,16) мм, μ=44%V = 50 m / min for diameter d = (from less than 5.56 to 4.16) mm, μ = 44%

V=55 м/мин для диаметра d=(от менее 4,16 до 3,14) мм, μ=43%V = 55 m / min for diameter d = (from less than 4.16 to 3.14) mm, μ = 43%

V=60 м/мин для диаметра d=(от менее 3,14 до 2,39) мм, μ=42%V = 60 m / min for diameter d = (from less than 3.14 to 2.39) mm, μ = 42%

V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,39 до 1,84) мм, μ=40%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.39 to 1.84) mm, μ = 40%

На диаметре 1,84 проводили обрезку оксидного слоя до диаметра 1,75 мм. Последнюю деформацию с диаметра 1,75 мм до 1,6 мм проводили без нагрева заготовки, для того, чтобы проволока имела необходимые механические свойства. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).On the diameter of 1.84, the oxide layer was cut to a diameter of 1.75 mm. The last deformation from a diameter of 1.75 mm to 1.6 mm was carried out without heating the billet, so that the wire had the necessary mechanical properties. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 2. Деформация заготовки на диаметре 3,14 мм проводилась при температуре нагрева заготовки 430°С, что ниже оптимальной на 20°С. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки на начальной стадии прохода. Концы проволоки были сварены, температура нагрева заготовки была повышена в область оптимальных температур до 470°С. В дальнейшем при проходах при данной температуре обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 2. The deformation of the workpiece on the diameter of 3.14 mm was carried out at a heating temperature of the workpiece 430 ° C, which is 20 ° C below the optimum. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire breakage at the initial stage of the passage. The ends of the wire were welded, the heating temperature of the workpiece was increased in the region of optimal temperatures to 470 ° C. Further, when passing at a given temperature, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 3. Деформация заготовки на диаметр 2,39 мм проводилась при температура нагрева заготовки 865°С, что выше оптимальной на 15°С. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки на начальной стадии прохода. Концы проволоки были сварены, температура нагрева заготовки была снижена в область оптимальных температур до 830°С. В дальнейшем при проходах при данной температуре обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 3. The deformation of the workpiece at a diameter of 2.39 mm was carried out at a heating temperature of the workpiece 865 ° C, which is 15 ° C higher than the optimum. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire breakage at the initial stage of the passage. The ends of the wire were welded, the heating temperature of the workpiece was reduced to the region of optimal temperatures to 830 ° C. Further, when passing at a given temperature, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 4. Деформация проволоки на диаметре 5,56 мм. проводилась при мощности индукционного нагревателя N₁=45 кВт, что меньше оптимальной на 5 кВт. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в середине прохода, концы проволоки были сварены. Мощность N₁ была увеличена до оптимальных значений. N₁=55 кВт В дальнейшем при проходах при данных параметрах мощности N₁ обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 4. Wire deformation at a diameter of 5.56 mm. was carried out with an induction heater power of N ₁ = 45 kW, which is 5 kW less than optimal. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire break in the middle of the aisle, the ends of the wire were welded. Power N ₁ was increased to optimal values. N ₁ = 55 kW There were no wire breaks during the passes at the given power parameters N ₁ . The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 5. Деформация проволоки на диаметре 5,56 мм проводилась при мощности индукционного нагревателя N₁=85 кВт, что выше оптимальной на 5 кВт. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в начале прохода, концы проволоки были сварены. Мощность N₁ была уменьшена до оптимальных значений. N₁=75 кВт. В дальнейшем при проходах при данных параметрах мощности N₁ обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 5. The deformation of the wire at a diameter of 5.56 mm was carried out with an induction heater power of N ₁ = 85 kW, which is 5 kW higher than the optimum. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire breakage at the beginning of the passage, the ends of the wire were welded. Power N ₁ was reduced to optimal values. N ₁ = 75 kW. In the future, when passing at the given power parameters N _1, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 6. Деформация проволоки на диаметр 5,56 мм проводилась на частоте индукционного нагревателя f₁=90кГц, что выше оптимальной на 10 кГц Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, концы проволоки были сварены. Частота индукционного тока f₁ была уменьшена до оптимальных значений f₁=75 кГц. В дальнейшем при проходах при данных параметрах частоты тока f₁ обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 6. Wire deformation to a diameter of 5.56 mm was carried out at an induction heater frequency f ₁ = 90 kHz, which is 10 kHz higher than the optimum. The remaining parameters of the wire manufacturing process were optimal, as in Example 1. The wire was broken at the beginning of the passage, the ends of the wire were are welded. The frequency of the induction current f ₁ was reduced to the optimal values f ₁ = 75 kHz. In the future, when passing at the given frequency parameters f _1, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 7. Деформация проволоки на диаметр 5,56 мм проводилась на частоте индукционного нагревателя f₁=30 кГц, что ниже оптимальной на 10 кГц. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, концы проволоки были сварены. Частота индукционного тока f₁ была увеличена до оптимальных значений f₁=45 кГц. В дальнейшем при проходах при данных параметрах частоты тока f₁ обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 7. The deformation of the wire to a diameter of 5.56 mm was carried out at the frequency of the induction heater f ₁ = 30 kHz, which is lower than the optimal one at 10 kHz. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire break at the beginning of the passage, the ends of the wire were welded. The frequency of the induction current f ₁ was increased to the optimal values f ₁ = 45 kHz. In the future, when passing at the given frequency parameters f _1, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 8. Деформация проволоки на диаметре 4,16 мм проводилась при мощности индукционного нагревателя N₂=25 кВт, что меньше оптимальной на 5 кВт. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в середине прохода, концы проволоки были сварены. Мощность N₂ была увеличена до оптимальных значений. N₂=35 кВт. В дальнейшем при проходах при данных параметрах мощности N₂ обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 8. The deformation of the wire at a diameter of 4.16 mm was carried out with the power of the induction heater N ₂ = 25 kW, which is less than the optimum by 5 kW. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire break in the middle of the aisle, the ends of the wire were welded. Power N _{2 has} been increased to optimal values. N ₂ = 35 kW. In the future, when passing at the given power parameters N _2, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 9. Деформация проволоки на диаметре 4,16 мм проводилась при мощности индукционного нагревателя N₂=65 кВт, что выше оптимальной на 5 кВт. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в начале прохода, концы проволоки были сварены. Мощность N₂ была уменьшена до оптимальных значений. N₂=55 кВт. В дальнейшем при проходах при данных параметрах мощности N₂ обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 9. The deformation of the wire at a diameter of 4.16 mm was carried out with an induction heater power of N ₂ = 65 kW, which is 5 kW higher than the optimum. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire breakage at the beginning of the passage, the ends of the wire were welded. Power N ₂ was reduced to optimal values. N ₂ = 55 kW. In the future, when passing at the given power parameters N _2, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 10. Деформация проволоки на диаметр 4,16 мм проводилась на частоте индукционного нагревателя f₂=70 кГц, что ниже оптимальной на 10 кГц Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, концы проволоки были сварены. Частота индукционного тока f₂ была увеличена до оптимальных значений f₂=85 кГц. В дальнейшем при проходах при данных параметрах частоты тока f₂ обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 10. Wire deformation at a diameter of 4.16 mm was carried out at an induction heater frequency f ₂ = 70 kHz, which is 10 kHz below the optimum. The remaining parameters of the wire manufacturing process were optimal, as in Example 1. The wire was broken at the beginning of the passage, the wire ends were welded. The frequency of the induction current f ₂ was increased to optimal values of f ₂ = 85 kHz. Later on, when passing through the given frequency parameters f _2, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 11. Деформация проволоки на диаметр 4,16 мм проводилась на частоте индукционного нагревателя f₂=310 кГц, что выше оптимальной на 10 кГц. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, концы проволоки были сварены. Частота индукционного тока f₂ была уменьшена до оптимальных значений f₂=290 кГц. В дальнейшем при проходах при данных параметрах частоты тока обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 11. The deformation of the wire with a diameter of 4.16 mm was carried out at the frequency of the induction heater f ₂ = 310 kHz, which is higher than the optimum one at 10 kHz. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire break at the beginning of the passage, the ends of the wire were welded. The frequency of the induction current f ₂ was reduced to optimal values of f ₂ = 290 kHz. In the future, when passing through the current frequency parameters, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 12. Деформация проволоки на диаметре 2,39 мм проводилась при мощности индукционного нагревателя N₃=8 кВт, что меньше оптимальной на 2 кВт. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в середине прохода, концы проволоки были сварены. Мощность N₃ была увеличена до оптимальных значений. N₃=12 кВт. В дальнейшем при проходах при данных параметрах мощности N₃ обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 12. The deformation of the wire on the diameter of 2.39 mm was carried out at the power of the induction heater N ₃ = 8 kW, which is less than the optimum by 2 kW. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire break in the middle of the aisle, the ends of the wire were welded. Power N ₃ was increased to optimal values. N ₃ = 12 kW. In the future, when passing at the given power parameters N _3, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 13. Деформация проволоки на диаметре 2,39 мм проводилась при мощности индукционного нагревателя N₃=45 кВт, что выше оптимальной на 5 кВт. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в начале прохода, концы проволоки были сварены. Мощность N₃ была уменьшена до оптимальных значений. N₃=35 кВт. В дальнейшем при проходах при данных параметрах мощности N₃ обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 13. The deformation of the wire at a diameter of 2.39 mm was carried out with an induction heater power of N ₃ = 45 kW, which is 5 kW higher than the optimum. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire breakage at the beginning of the passage, the ends of the wire were welded. Power N _{3 has} been reduced to optimum values. N ₃ = 35 kW. In the future, when passing at the given power parameters N _3, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 14. Деформация проволоки на диаметр 2,39 мм проводилась на частоте индукционного нагревателя f₃=510 кГц, что выше оптимальной на 10 кГц Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, концы проволоки были сварены. Частота индукционного тока f₃ была уменьшена до оптимальных значений f₃=490 кГц. В дальнейшем при проходах при данных параметрах частоты тока f₃ обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 14. Wire deformation at a diameter of 2.39 mm was carried out at an induction heater frequency of f ₃ = 510 kHz, which is 10 kHz higher than the optimum. The remaining parameters of the wire manufacturing process were optimal, as in Example 1. The wire was broken at the beginning of the passage, the ends of the wire were welded. The frequency of the induction current f ₃ was reduced to optimal values of f ₃ = 490 kHz. In the future, when passing at the given frequency parameters f _3, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 15. Деформация проволоки на диаметр 2,39 мм проводилась на частоте индукционного нагревателя f₃=290 кГц, что ниже оптимальной на 10 кГц Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, концы проволоки были сварены. Частота индукционного тока f₃ была увеличена до оптимальных значений f₃=310 кГц. В дальнейшем при проходах при данных параметрах частоты тока f₃ обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 15. Wire deformation at a diameter of 2.39 mm was carried out at an induction heater frequency of f ₃ = 290 kHz, which is 10 kHz below optimal. The remaining parameters of the wire manufacturing process were optimal, as in Example 1. The wire was broken at the beginning of the passage, the ends of the wire were welded. The frequency of the induction current f ₃ was increased to the optimal values of f ₃ = 310 kHz. In the future, when passing at the given frequency parameters f _3, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 16. Деформацию заготовки с диаметра 7,5 мм до диаметра 1,84 мм проводили за 5 проходов. Нагрев заготовки проводился до температуры 650°С. Температуру нагрева заготовки контролировали и поддерживали в интервале (640-660)°С (Δ Т=±10°С). Остальные параметры процесса изготовления проволоки были как в примере 1. Полученные результаты по прочности выше, примерно на (10-15) % чем в примере 1, структура сплава мелкозернистая, имеет более равномерное распределение зерен по объему сплава, проволока на (20-23) % более прямолинейная. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 16. The deformation of the workpiece with a diameter of 7.5 mm to a diameter of 1.84 mm was carried out in 5 passes. The billet was heated to a temperature of 650 ° C. The heating temperature of the billet was monitored and maintained in the range (640-660) ° С (ΔТ = ± 10 ° С). The remaining parameters of the wire fabrication process were as in Example 1. The strength results obtained are higher, approximately (10-15)% than in Example 1, the alloy structure is fine-grained, has a more uniform distribution of grains by alloy volume, the wire is (20-23) % more straightforward. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 17. Деформацию заготовки с диаметра 7,5 мм до диаметра 1,84 мм проводили за 5 проходов. Нагрев заготовки проводился до температуры 650°С. Температуру нагрева заготовки контролировали и поддерживали в интервале (635-665)°С (ΔT=±15). Остальные параметры процесса изготовления проволоки были как в примере 1. Полученные результаты по прочности аналогичны параметрам в примере 1, структура сплава мелкозернистая, имеет равномерное распределение зерен по объему сплава, проволока имеет прямолинейность аналогичную примеру 1. Данный режим прохода проволоки не выявил преимуществ по сравнению с проходом, когда не контролируется интервал температуры при нагреве заготовки. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 17. The deformation of the workpiece with a diameter of 7.5 mm to a diameter of 1.84 mm was carried out in 5 passes. The billet was heated to a temperature of 650 ° C. The heating temperature of the workpiece was controlled and maintained in the range (635-665) ° C (ΔT = ± 15). The remaining parameters of the wire manufacturing process were as in Example 1. The results obtained for strength were similar to those in Example 1, the alloy structure was fine-grained, had a uniform distribution of grains over the alloy volume, the wire had a straightness similar to Example 1. This mode of wire passage revealed no advantages compared to passage when the temperature range is not controlled when heating the workpiece. The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 18. Деформацию заготовки с диаметра 7,5 мм до диаметра 1,84 мм проводили за 5 температурных проходов. Нагрев заготовки проводился до температуры 650°С. Деформацию проводили волочением, нагрев заготовки проводили одним или двумя или тремя индукторами, на режимах, которые не выходили за предельные значения (табл. 1), на установках с номинальной мощностью N₁=60 кВт и частотой f₁=66 кГц, с номинальной мощностью N₂=45 кВт и частотой f₂=100 кГц, номинальной мощностью N₃=35 кВт и частотой f₂=440 кГц для заготовок диаметром от 7,5 до 4,16 мм, на установках с N₂=45 кВт и f₂=100 кГц, N₃=35 кВт и f₂=440 кГц для заготовок диаметром от менее 4,16 мм до 2,39 мм, на установке с N₃=35 кВт и f₂=440 кГц для заготовок диаметром от менее 2,39 мм до 1,84 мм. Степень деформации заготовки на первом проходе принимали 52%, μ=(d² _i-d² _(i+1))/d² _i×100=(7,5²-5,2²)/7,5²×100%=52%), что выше оптимальной на 2%. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, на диаметре 5,2 мм. Концы проволоки были сварены. Диаметр фильеры увеличен до 5,34 мм, что позволило уменьшить степень деформации до 49,3%. На данном проходе обрыва проволоки не происходило. Скорость деформации (V) остальных проходах заготовки выбирали на каждом проходе, в зависимости от диаметра (d) заготовки:Example 18. The deformation of the workpiece with a diameter of 7.5 mm to a diameter of 1.84 mm was carried out in 5 temperature passes. The billet was heated to a temperature of 650 ° C. The deformation was carried out by dragging, the preform was heated by one or two or three inductors, in modes that did not exceed the limit values (Table 1), in installations with a nominal power N ₁ = 60 kW and a frequency f ₁ = 66 kHz, with a nominal power N ₂ = 45 kW and frequency f ₂ = 100 kHz, nominal power N ₃ = 35 kW and frequency f ₂ = 440 kHz for blanks with a diameter of 7.5 to 4.16 mm, in installations with N ₂ = 45 kW and f ₂ = 100 kHz, N ₃ = 35 kW and f ₂ = 440 kHz for blanks with diameters from less than 4.16 mm to 2.39 mm, on an installation with N ₃ = 35 kW and f ₂ = 440 kHz for blanks with diameters from less 2.39 mm about 1.84 mm. The degree of deformation of the workpiece on the first pass took 52%, μ = (d ² _i -d ² _{(i + 1)} ) / d ² _i × 100 = (7.5 ² -5.2 ² ) / 7.5 ² × 100 % = 52%), which is higher than optimal by 2%. There was a wire breakage at the beginning of the passage, at a diameter of 5.2 mm. The ends of the wire were welded. The diameter of the spinneret increased to 5.34 mm, which made it possible to reduce the degree of deformation to 49.3%. There was no wire break on this aisle. The strain rate (V) of the remaining aisles of the workpiece was chosen on each pass, depending on the diameter (d) of the workpiece:

V=40 м/мин для диаметра d=(от 7,5 до 5,2) мм, μ=52% (обрыв);V = 40 m / min for diameter d = (from 7.5 to 5.2) mm, μ = 52% (break);

V=40 м/мин для диаметра d=(от 7,5 до 5,34) мм, μ=49,3%;V = 40 m / min for the diameter d = (from 7.5 to 5.34) mm, μ = 49.3%;

V=50 м/мин для диаметра d=(от менее 5,34 до 3,81) мм, μ=49%.V = 50 m / min for diameter d = (from less than 5.34 to 3.81) mm, μ = 49%.

V=55 м/мин для диаметра d=(от менее 3,81 до 2,87) мм, μ=43%.V = 55 m / min for diameter d = (from less than 3.81 to 2.87) mm, μ = 43%.

V=60 м/мин для диаметра d=(от менее 2,87 до 2,32) мм, μ=35%.V = 60 m / min for diameter d = (from less than 2.87 to 2.32) mm, μ = 35%.

V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,32 до 1,84) мм, μ=37%.V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.32 to 1.84) mm, μ = 37%.

Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).The test results of the wire are presented in (Table 2).

Пример 19. Деформацию заготовки с диаметра 7,5 мм до диаметра 1,84 мм проводили за 5 температурных проходов. Нагрев заготовки проводился до температуры 650°С. Деформацию проводили волочением, нагрев заготовки проводили одним или двумя или тремя индукторами, на режимах, которые не выходили за предельные значения (табл. 1), на установках с номинальной мощностью N₁=60 кВт и частотой f₁=66 кГц, с номинальной мощностью N₂=45 кВт и частотой f₂=100 кГц, номинальной мощностью N₃=35 кВт и частотой f₂=440 кГц для заготовок диаметром от 7,5 до 4,16 мм, на установках с N₂=45 кВт и f₂=100 кГц, N₃=35 кВт и f₂=440 кГц для заготовок диаметром от менее 4,16 мм до 2,39 мм, на установке с N₃=35 кВт и f₂=440 кГц для заготовок диаметром от менее 2,39 мм до 1,84 мм. Деформация заготовки на пятом проходе была разбита на шесть под этапов со степенью деформации менее 10%. Такой процесс получения проволоки экономически не выгоден. Обрыва проволоки при всех проходах, на диаметре от 2,39 мм до 1,84 мм не было. Скорость деформации (V) заготовки выбирали на каждом проходе, в зависимости от диаметра (d) заготовки:Example 19. The deformation of the workpiece with a diameter of 7.5 mm to a diameter of 1.84 mm was carried out in 5 temperature passes. The billet was heated to a temperature of 650 ° C. The deformation was carried out by dragging, the preform was heated by one or two or three inductors, in modes that did not exceed the limit values (Table 1), in installations with a nominal power N ₁ = 60 kW and a frequency f ₁ = 66 kHz, with a nominal power N ₂ = 45 kW and frequency f ₂ = 100 kHz, nominal power N ₃ = 35 kW and frequency f ₂ = 440 kHz for blanks with a diameter of 7.5 to 4.16 mm, in installations with N ₂ = 45 kW and f ₂ = 100 kHz, N ₃ = 35 kW and f ₂ = 440 kHz for blanks with diameters from less than 4.16 mm to 2.39 mm, on an installation with N ₃ = 35 kW and f ₂ = 440 kHz for blanks with diameters from less 2.39 mm about 1.84 mm. The deformation of the workpiece on the fifth pass was divided into six stages with a degree of deformation of less than 10%. This process of obtaining wire is not economically viable. There was no wire breakage at all passes, on the diameter from 2.39 mm to 1.84 mm. The strain rate (V) of the workpiece was chosen at each pass, depending on the diameter (d) of the workpiece:

V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,39 до 2,31) мм, μ=7%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.39 to 2.31) mm, μ = 7%

V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,31 до 2,2) мм, μ=9%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.31 to 2.2) mm, μ = 9%

V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,2 до 2,1) мм, μ=9%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.2 to 2.1) mm, μ = 9%

V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,1 до 2,01) мм, μ=9%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.1 to 2.01) mm, μ = 9%

V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,01 до 1,92) мм, μ=9%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.01 to 1.92) mm, μ = 9%

V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 1,92 до 1,84) мм, μ=9%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 1.92 to 1.84) mm, μ = 9%

Представленные в таблице 2 данные показывают, что предлагаемый способ изготовления проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии с индукционным нагревом позволяет снизить продолжительность полного цикла производства проволоки, получить проволоку имеющей повышенные прочностные и пластические свойства, с однородной, мелкозернистой структурой, необходимой длины одним куском без сварных соединений. Следует также отметить, что:Presented in table 2 data show that the proposed method of manufacturing wire from (α + β) -titanium alloy for additive technology with induction heating reduces the duration of the full cycle of wire production, to obtain a wire having enhanced strength and plastic properties, with a uniform, fine-grained structure, required length in one piece without welded joints. It should also be noted that:

- нагрев заготовки при волочении или прокатке до температуры Т_з=(450-850)°С, с контролем поля допуском температуры деформации ±10°С, является одним из факторов, определяющих качество титановой проволоки для аддитивной технологии, позволяет получить процесс волочения или прокатки без обрыва проволоки;- heating the preform during drawing or rolling to a temperature _of T = (450-850) ° C, the control field tolerance deformation temperature ± 10 ° C, is one of the factors determining the quality of titanium wire for the additive technology provides a process of drawing or rolling without wire breakage;

- увеличение количества индукторов нагрева, больше одного, позволяет получить мелкозернистую структура сплава обладающую высокой прочностью и пластичностью;- an increase in the number of heating inductors, more than one, allows to obtain a fine-grained alloy structure with high strength and ductility;

- нагрев заготовок индукционным методом, при использовании одного или двух или трех индукторов, позволяет улучшить свойства и однородность проволоки, а также значительно сократить процесс ее изготовления;- heating billets induction method, using one or two or three inductors, can improve the properties and homogeneity of the wire, as well as significantly reduce the process of its manufacture;

- увеличение степени деформации до (10-50)% позволяет получить мелкозернистую структуру сплава с высокой пластичностью и прочностью. Таким образом, предлагаемый способ получения проволоки из (α+β)-титанового сплава с высокой пластичностью позволяет произвести проволоку без сваривания отдельных кусков, обладающую стабильно высоким уровнем прочности, пластичности и однородности по всей длине, что является одним из главных условий для проволоки, используемой в аддитивных технологиях.- increasing the degree of deformation to (10-50)% allows to obtain a fine-grained alloy structure with high ductility and strength. Thus, the proposed method for producing wire from (α + β) -titanium alloy with high ductility allows to produce wire without welding individual pieces, which has a consistently high level of strength, ductility and uniformity along the entire length, which is one of the main conditions for the wire used in additive technologies.

Claims

1. A method of manufacturing wire for additive technologies of (α + β) -titanium alloys, including heating and deformation of the workpiece by drawing or rolling, characterized in that the heating of the workpiece is carried out by induction using one, two or three induction heating devices, depending on its diameter, and the deformation of the workpiece is carried out at a temperature _of T = (450-850) ° C with controlled deformation temperature tolerance equal to ± 10 ° C, at a degree of deformation of the workpiece μ = (10-50)% per pass, which is selected from conditions

μ = (d ² _i -d ² _{(i + 1)} ) / d ² _i × l00, where

d _i and d _{(i + 1)} are the wire diameters before and after deformation on the i-th pass, respectively,

the heating of the workpiece with a diameter of 7.5 to 4.16 mm is carried out using three induction heating devices, one of which has a nominal power N ₁ = 60 kW and a frequency f ₁ = 66 kHz, the second is the nominal power N ₂ = 45 kW and the frequency f ₂ = 100 kHz, and the third - the nominal power N ₃ = 35 kW and the frequency f ₃ = 440 kHz, heating the workpiece with a diameter of less than 4.16 to 2.39 mm is performed using two induction heating devices with a nominal power N ₂ = 45 kW and a frequency f ₂ = 100 kHz, and a nominal capacity of ₃ N = 35 kW and a frequency f ₃ = 440 kHz and heating Zagot and a diameter of from less than 2.39 to 1.84 mm was carried out using a single induction heating apparatus with a nominal capacity of ₃ N = 35 kW and a frequency f ₃ = 440 kHz.

2. The method according to p. 1, characterized in that use titanium alloy containing, by weight. %:

aluminum 5.50-6.76,

vanadium 3.50-4.40,

iron ≤0.22,

carbon ≤0.05,

oxygen 0.14-0.18,

nitrogen ≤0.03,

hydrogen ≤0,015,

titanium - the rest.

3. The method according to p. 1, characterized in that the wire is made, which has a tolerance of diameter -0.05 / + 0.01 mm.

4. The method according to p. 1, characterized in that the wire is made, which has a residual voltage determined by the deviation from straightness, on samples taken at the beginning and end of the wire, and not more than 1.0 mm per 1 m of wire, after its bend radius is 150 mm.