RU2758044C1 - Method for manufacturing forged billet in form of bar from (a+b)-titanium alloys - Google Patents
Method for manufacturing forged billet in form of bar from (a+b)-titanium alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758044C1 RU2758044C1 RU2021102072A RU2021102072A RU2758044C1 RU 2758044 C1 RU2758044 C1 RU 2758044C1 RU 2021102072 A RU2021102072 A RU 2021102072A RU 2021102072 A RU2021102072 A RU 2021102072A RU 2758044 C1 RU2758044 C1 RU 2758044C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- forging
- temperature
- bar
- billet
- carried out
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
- B21J1/04—Shaping in the rough solely by forging or pressing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам изготовления кованых заготовок из (α+β)-титановых сплавов, методом горячего деформирования.The invention relates to the field of metal forming by pressure, in particular to methods of manufacturing forged blanks from (α + β) -titanium alloys, by the method of hot deformation.
Известно, что структура и однородность титановых сплавов оказывают решающее влияние на уровень и стабильность механических свойств заготовок. При разработке технологического процесса изготовления заготовок с заданными свойствами, при горячем деформировании (α+β)-титановых сплавов, структуре сплава и его механическим свойствам уделяется огромное внимание. Титановые сплавы (α+β)-класса, используются для изготовления изделий, работающих под большим внутренним давлением и в широком интервале температур от -196°C до 450°C. Для изготовления изделий, работающих в таких условиях, требуется заготовки, имеющие повышенные свойства по однородности микроструктуры, фазовому составу, с минимальной анизотропией механических свойств по всему объему заготовки и без наличия дефектов, обладающих высокой прочностью, пластичностью и энергоемкостью.It is known that the structure and homogeneity of titanium alloys have a decisive influence on the level and stability of the mechanical properties of workpieces. When developing a technological process for the manufacture of billets with desired properties, during hot deformation of (α + β) -titanium alloys, great attention is paid to the structure of the alloy and its mechanical properties. Titanium alloys (α + β) -class are used for the manufacture of products operating under high internal pressure and in a wide temperature range from -196 ° C to 450 ° C. For the manufacture of products operating under such conditions, workpieces are required that have increased properties in terms of the homogeneity of the microstructure, phase composition, with minimal anisotropy of mechanical properties throughout the workpiece volume and without the presence of defects, with high strength, ductility and energy consumption.
Известен способ производства промежуточных заготовок из (α+β)-сплавов титана методом ковки на прессах по схеме, включающей горячую деформацию слитков после нагрева в интервале температур β-области 1050-1300°C, деформацию после подогрева при более низких температурах β-области (1000-1130°C) и комбинированные операции (α+β)- и β-деформации, причем нагрев перед (α+β)-деформацией выполняется при температурах на 20-40°C ниже температуры полиморфного превращения (Тпп) сплава (Титановые сплавы. Александров В.К., Аношкин Н.Ф. и др. Полуфабрикаты из титановых сплавов. - М.: ВИЛС, 1996, с.184-185, 189).There is a known method for the production of intermediate billets from (α + β) titanium alloys by forging on presses according to a scheme including hot deformation of ingots after heating in the β-region temperature range of 1050-1300 ° C, deformation after heating at lower temperatures of the β-region ( 1000-1130 ° C) and combined operations (α + β) - and β-deformation, and heating before (α + β) -deformation is performed at temperatures 20-40 ° C below the temperature of polymorphic transformation (TPT) of the alloy (Titanium alloys Aleksandrov V.K., Anoshkin N.F. and others. Semi-finished products from titanium alloys. - M .: VILS, 1996, pp. 184-185, 189).
Применение такой специальной многоступенчатой схемы способствует развитию рекристаллизации и измельчению пластинчатой структуры, что обеспечивает получение матовой макроструктуры 4-6 балла и микроструктуры 3-5 типа. Однако для ряда изделий ответственного применения предъявляются более высокие требования к микроструктуре заготовок. На решение этой задачи и направлено заявляемое изобретение. Недостатками данного технического решения являются структурная неоднородность заготовки из-за захолаживания металла в процессе ковки, неравномерность деформации и наличие зон с затрудненной деформации.The use of such a special multistage scheme promotes the development of recrystallization and refinement of the lamellar structure, which provides a matte macrostructure of 4-6 points and a microstructure of type 3-5. However, for a number of products of critical use, higher requirements are imposed on the microstructure of the workpieces. The claimed invention is aimed at solving this problem. The disadvantages of this technical solution are the structural heterogeneity of the workpiece due to chilling of the metal during forging, uneven deformation and the presence of zones with difficult deformation.
Известен способ производства промежуточных заготовок из (α+β)-титановых сплавов, включающий операцию деформирования слитка при температурах β-области и комбинированные операции деформирования заготовки при температурах (α+β)- и β-областей, отличающийся тем, что на стадии окончательного деформирования при температуре в (α+β)-области по крайней мере одну ковочную операцию выполняют после нагрева заготовки до температуры на 50-80°C ниже температуры полиморфного превращения сплава (Тпп), при этом заготовку по крайней мере один раз охлаждают в воде, а перед деформированием на окончательный размер заготовку нагревают до температуры на 20-40°C ниже Тпп в течение времени, обеспечивающего прохождение глобуляризации α-фазы, и фиксируют полученную структуру охлаждением в воде, после чего заготовку вновь нагревают до температуры на 20-40°C ниже Тпп и окончательно деформируют. (патент РФ №2266171, по заявке 2004116944/02, от 04.06.2004г. МПК B21J 5/00).A known method for the production of intermediate billets from (α + β) -titanium alloys, including the operation of deformation of the ingot at temperatures of the β-region and combined operations of deformation of the workpiece at temperatures (α + β) - and β-regions, characterized in that at the stage of final deformation at a temperature in the (α + β) -region, at least one forging operation is performed after heating the workpiece to a temperature of 50-80 ° C below the temperature of the polymorphic transformation of the alloy (TPP), while the workpiece is cooled in water at least once, and before deformation to the final size, the workpiece is heated to a temperature of 20-40 ° C below TPP for a time that ensures the passage of globularization of the α-phase, and the resulting structure is fixed by cooling in water, after which the workpiece is reheated to a temperature of 20-40 ° C below TPP and finally deform. (RF patent No. 2266171, on application 2004116944/02, dated 04.06.2004. IPC B21J 5/00).
Недостатками известного способа являются неоднородность макроструктуры по сечению заготовки, большое количество нагревов, особенно при окончательном деформировании при температурах (α+β)-области, что существенно снижает производительность процесса, не обеспечивает получение заготовок из слитков, с механическими свойствами необходимого уровня по прочности, пластичности и энергоемкости.The disadvantages of the known method are the heterogeneity of the macrostructure over the cross section of the workpiece, a large number of heating, especially during the final deformation at temperatures of the (α + β) -area, which significantly reduces the productivity of the process, does not ensure the production of billets from ingots, with mechanical properties of the required level of strength, ductility and energy intensity.
Известен способ изготовления промежуточных заготовок из (α+β)-титановых сплавов, включающем комбинированные операции деформирования слитка при температурах β-области и операции деформирования заготовки при температурах (α+β)- и β-областей, заготовку, предварительно деформированную после нагрева до температуры на 100-200°C выше температуры полиморфного превращения, деформируют в заготовку квадратного сечения после ее нагрева до температуры на 20-60°C ниже температуры полиморфного превращения, проводят рекристаллизационную обработку методом нагрева до температуры на 50-100°C выше температуры полиморфного превращения и осадки в торец с уковом 1,3-1,4 и последующим охлаждением в воде, а окончательное деформирование заготовки в заданный размер осуществляют за несколько переходов с величиной однократного укова 1,5-2,0 после нагрева заготовки до температуры на 20-60°C ниже температуры полиморфного превращения, при этом величина суммарного укова при окончательном деформировании составляет 5,0-6,0. (RU 2468882 по заявке 2011123363 от 08.06.2011 г. МКИ B21J 1/04).A known method of manufacturing intermediate billets from (α + β) -titanium alloys, including combined operations of deformation of the ingot at temperatures of the β-region and the operation of deformation of the billet at temperatures (α + β) - and β-regions, the workpiece, pre-deformed after heating to a temperature 100-200 ° C higher than the polymorphic transformation temperature, deformed into a square billet after heating it to a temperature of 20-60 ° C below the polymorphic transformation temperature, recrystallization processing is carried out by heating to a temperature of 50-100 ° C above the polymorphic transformation temperature, and upsetting at the end with a forging 1.3-1.4 and subsequent cooling in water, and the final deformation of the workpiece into a given size is carried out in several transitions with a single forging value of 1.5-2.0 after heating the workpiece to a temperature of 20-60 ° C is lower than the temperature of polymorphic transformation, while the value of the total spike during the final deformation is 5.0- 6.0. (RU 2468882 by application 2011123363 dated 06/08/2011, MKI B21J 1/04).
Недостаток данного способа изготовления промежуточных заготовок из (α+β)-титановых сплавов заключается в том, что не обеспечивается получение промежуточных заготовок с однородной глобулярно-пластинчатой микроструктурой по сечению заготовки, с механическими свойствами необходимого уровня по прочности, пластичности и энергоемкости.The disadvantage of this method of manufacturing intermediate workpieces from (α + β) -titanium alloys is that it does not provide for the production of intermediate workpieces with a uniform globular-lamellar microstructure over the section of the workpiece, with mechanical properties of the required level of strength, ductility and energy consumption.
Известен способ изготовления высококачественных прутков широкого диапазона диаметров из двухфазных титановых сплавов, предназначенных для изготовления деталей аэрокосмического назначения. Способ включает нагрев заготовки до температуры выше температуры полиморфного превращения в β-области, прокатку при этой температуре, охлаждение до температуры окружающей среды, нагрев подката до температуры на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения и окончательную прокатку при этой температуре. Нагрев и деформацию в β-области проводят в два этапа, при этом на первом этапе заготовку нагревают до температуры на 40-150°C выше температуры полиморфного превращения, деформируют со степенью деформации 97-97,6% и охлаждают на воздухе, на втором этапе подкат нагревают до температуры на 20°C выше температуры полиморфного превращения и деформируют со степенью деформации 37-38%, а окончательную прокатку в (α+β)-области проводят со степенью деформации 54-55%. (Патент RU 2178014 по заявке 2000111295 от 06.05.2000г. МПК C22F 1/18).A known method of manufacturing high-quality rods of a wide range of diameters from two-phase titanium alloys, intended for the manufacture of parts for aerospace purposes. The method includes heating the billet to a temperature above the temperature of the polymorphic transformation in the β-region, rolling at this temperature, cooling to the ambient temperature, heating the rolled stock to a temperature 20-50 ° C below the polymorphic transformation temperature and final rolling at this temperature. Heating and deformation in the β-region is carried out in two stages, while at the first stage the workpiece is heated to a temperature of 40-150 ° C above the temperature of polymorphic transformation, deformed with a degree of deformation of 97-97.6% and cooled in air, at the second stage the rolling stock is heated to a temperature 20 ° C above the polymorphic transformation temperature and deformed with a deformation rate of 37-38%, and the final rolling in the (α + β) -region is carried out with a deformation rate of 54-55%. (Patent RU 2178014 on application 2000111295 dated 06/05/2000 IPC C22F 1/18).
Недостатком является структурная неоднородность, большое число нагревов, особенно при ковке в (α+β)-области на последних переходах.The disadvantage is the structural inhomogeneity, a large number of heating, especially when forging in the (α + β) -region at the last transitions.
Известен способ изготовления промежуточной заготовки из α- или (α+β) -титановых сплавов, включающий ковку слитка в пруток за несколько переходов при температуре в β- и (α+β)-областях, механическую обработку заготовки и окончательное прессование в (α+β)-области, отличающийся тем, что величина укова на последних переходах ковки составляет 1,36-2,5, а нагрев заготовки перед прессованием осуществляют в два этапа, причем на первом этапе заготовку нагревают до температуры поверхности заготовки в диапазоне от температуры на 250°C ниже температуры полиморфного превращения до температуры на 100°C выше температуры полиморфного превращения со скоростью 0,3-2,5°C/с, а на втором этапе заготовку охлаждают или нагревают до температуры на 40-250°C ниже температуры полиморфного превращения. (Патент RU 2314362 по заявке 2005138442 от 09.12.2005 г. МПК C22F 1/18).A known method of manufacturing an intermediate billet from α- or (α + β) -titanium alloys, including forging an ingot into a bar in several passes at a temperature in β- and (α + β) -areas, machining the billet and final pressing in (α + β) -area, characterized in that the forging value at the last forging transitions is 1.36-2.5, and the billet is heated before pressing in two stages, and at the first stage the billet is heated to the billet surface temperature in the range from 250 ° C below the polymorphic transformation temperature to a temperature of 100 ° C higher than the polymorphic transformation temperature at a rate of 0.3-2.5 ° C / s, and at the second stage, the workpiece is cooled or heated to a temperature of 40-250 ° C below the polymorphic transformation temperature ... (Patent RU 2314362 on application 2005138442 dated 09.12.2005, IPC C22F 1/18).
Недостатком данного способа является структурная неоднородность по сечению заготовки, не обеспечивается получение промежуточных заготовок с механическими свойствами необходимого уровня по прочности, пластичности и энергоемкости, большое число нагревов, особенно при ковке в (α+β)-области на последних переходах.The disadvantage of this method is the structural heterogeneity over the section of the workpiece, it is not possible to obtain intermediate workpieces with mechanical properties of the required level of strength, plasticity and energy consumption, a large number of heating, especially when forging in the (α + β) -region at the last transitions.
Известен способ изготовления промежуточных заготовок из титановых сплавов методом горячего деформирования. Ковку слитка в пруток производят за несколько переходов при температуре β-области и промежуточную ковку за несколько переходов при температуре β- и (α+β)-области. Промежуточную ковку при температуре (α+β)-области осуществляют с величиной укова 1,25-1,75. На окончательных переходах указанную промежуточную ковку ведут с уковом 1,25-1,35 в пруток. Затем производят механическую обработку прутка, резку его на заготовки и формирование торцов, после чего осуществляют окончательное деформирование прессованием при температуре (α+β)-области. (Патент RU 2217260 по заявке 2002108620 от 04.04.002г. МПК B21J 1/04). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.A known method of manufacturing intermediate blanks from titanium alloys by hot deformation. The forging of an ingot into a bar is carried out in several transitions at a temperature of the β-region and intermediate forging in several transitions at a temperature of the β- and (α + β) -regions. Intermediate forging at a temperature of (α + β) -area is carried out with a forging value of 1.25-1.75. At the final transitions, the specified intermediate forging is carried out with a forging of 1.25-1.35 into a bar. Then the bar is machined, cut into blanks and the ends are formed, after which the final deformation is carried out by pressing at a temperature of the (α + β) -area. (Patent RU 2217260 on application 2002108620 dated 04.04.002, IPC B21J 1/04). This technical solution was adopted as a prototype.
Данным способом не обеспечивается получение промежуточных заготовок с регламентированной однородной глобулярно-пластинчатой микроструктурой по всему объему заготовки, с заданными механическими свойствами по прочности, пластичности и энергоемкости.This method does not ensure the production of intermediate billets with a regulated homogeneous globular-lamellar microstructure throughout the billet volume, with specified mechanical properties in terms of strength, plasticity and energy intensity.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение промежуточных заготовок из (α+β)-титановых сплавов с регламентированной мелкодисперсной глобулярно-пластинчатой микроструктурой по всему объему заготовки, с заданными механическими свойствами по прочности, пластичности и энергоемкости.The problem to be solved by this invention is to obtain intermediate billets from (α + β) -titanium alloys with a regulated fine globular-lamellar microstructure throughout the billet volume, with specified mechanical properties in terms of strength, ductility and energy intensity.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении однородности глобулярно-пластинчатой микроструктуры по всему объему заготовки, и как следствие в получении сплава с однородной мелкодисперсной микроструктурой с размером зерна (5,0-10,0) мкм, содержащей равноосную α-фазу в количестве (50-80)% в трансформированной β-матрице без признаков границ β-зерен с пределом прочности на разрыв не менее 1150 МПа при соотношении параметров σ0,2/σB, не менее 0,9, где σ0,2 - предел текучести, МПа, σB - предел прочности, МПа.In the process of solving the problem, the technical result is achieved, which consists in increasing the homogeneity of the globular-lamellar microstructure throughout the volume of the workpiece, and, as a consequence, in obtaining an alloy with a homogeneous fine microstructure with a grain size of (5.0-10.0) μm, containing an equiaxed α- phase in an amount of (50-80)% in a transformed β-matrix without signs of β-grain boundaries with a tensile strength of at least 1150 MPa with a parameter ratio of σ 0.2 / σ B , not less than 0.9, where σ 0, 2 - yield point, MPa, σ B - ultimate strength, MPa.
Указанный технический результат достигается способом изготовления кованой заготовки в виде прутка из (α+β)-титановых сплавов, включающий ковку слитка в пруток за несколько переходов при температуре β-области, промежуточную ковку за несколько переходов, окончательное деформирование при температуре (α+β)-области и механическую обработку, отличающийся тем, что ковку слитка в β-области проводят при температуре Тпп+(70-170)°С с величиной укова (2,9-3,5) и последующим охлаждением на воздухе, промежуточную ковку заготовки в виде прутка ведут сначала в (α+β)-области при температуре (Тпп-40)°С с величиной укова (1,5-1,6) за один переход, затем заготовку в виде прутка нагревают в β-область для рекристаллизации сплава при температуре Тпп+(70-170)°С, ковку заготовки в виде прутка при температуре β-области ведут с величиной укова (1,25-1,45) с последующим охлаждением в воде, окончательную ковку на пруток ведут в (α+β)-области при температуре (Тпп-40)°С с величиной укова (4,5-5,5).The specified technical result is achieved by the method of manufacturing a forged billet in the form of a bar from (α + β) -titanium alloys, including forging an ingot into a bar in several passes at a temperature of the β-region, intermediate forging in several passes, and final deformation at a temperature of (α + β) -area and machining, characterized in that the forging of the ingot in the β-region is carried out at a temperature of Тп + (70-170) ° С with a forging value (2.9-3.5) and subsequent cooling in air, intermediate forging of the billet in the form of a bar is first carried out in the (α + β) -region at a temperature of (Tpp-40) ° C with a forging value (1.5-1.6) in one pass, then the billet in the form of a bar is heated into the β-region for the recrystallization of the alloy at a temperature of TPP + (70-170) ° C, forging a workpiece in the form of a bar at a temperature of the β-region is carried out with a forging value (1.25-1.45), followed by cooling in water, the final forging into a bar is carried out in (α + β) -area at a temperature (Тп-40) ° С with a bite size (4.5-5.5).
Кроме этого, промежуточную ковку заготовки в (α+β)-области при температуре (Тпп-40)°С с величиной укова (1,5-1,6) за один переход с последующим нагревом в β-область на рекристаллизацию при температуре Тпп+(70-170)°С, ковку заготовки при температуре в β-области с величиной укова (1,25-1,45), ведут 2-3 раза.In addition, intermediate forging of the billet in the (α + β) -region at a temperature of (Тп-40) ° С with a forging value (1.5-1.6) for one transition, followed by heating into the β-region for recrystallization at a temperature Тпр + (70-170) ° C, forging a workpiece at a temperature in the β-region with a forging value (1.25-1.45) is carried out 2-3 times.
В способе заготовка в виде прутка имеет равномерную мелкодисперсную микроструктуру с размером зерна (5,0-10,0) мкм, содержащую равноосную α-фазу в количестве (50-80)% в трансформированной β-матрице без признаков границ β-зерен.In the method, the billet in the form of a rod has a uniform finely dispersed microstructure with a grain size of (5.0-10.0) μm, containing an equiaxed α-phase in an amount of (50-80)% in a transformed β-matrix without signs of β-grain boundaries.
В способе заготовка в виде прутка имеет предел прочности σB не менее 1150 МПа при соотношении параметров σ0,2/σB, не менее 0,9, где σ0,2 - предел текучести, МПа, - предел прочности, МПа.In the method, the billet in the form of a bar has a tensile strength σ B of at least 1150 MPa with a ratio of parameters σ 0.2 / σ B , not less than 0.9, where σ 0.2 is the yield strength, MPa, is the ultimate strength, MPa.
Механические свойства (α+β)-титановых сплавов существенно зависят от характера микроструктуры. Наибольшие различия наблюдаются для сплавов с зернистой и пластинчатой структурой. Для сплавов с зернистой структурой характерна высокая пластичность и технологичность, энергоемкость. Сплавы с пластинчатой структурой отличаются высокой энергоемкостью. Высокая энергоемкость сплава с пластинчатой структурой обусловлена наличием множества границ раздела зерен, блоков, пластин.The mechanical properties of (α + β) -titanium alloys significantly depend on the nature of the microstructure. The greatest differences are observed for alloys with a granular and lamellar structure. Alloys with a granular structure are characterized by high plasticity and manufacturability, energy consumption. Lamellar alloys are characterized by high energy consumption. The high energy consumption of an alloy with a lamellar structure is due to the presence of many interfaces between grains, blocks, and plates.
Ковка слитка в β-области при температуре Тпп+(70-170)°С с величиной укова (2,9-3,5) на первых проходах значительно измельчает и разрушает грубую литую макроструктуру слитка. При последующей операции промежуточной ковки заготовки в (α+β)-области при температуре (Тпп-40)°С с величиной укова (1,5-1,6) за один переход и последующим нагревом в β-область на рекристаллизацию при температуре Тпп+(70-170)°С и ковкой заготовки при данной температуре с уковом (1,25-1,45) в процессе деформационного наклепа происходит изменение структуры (β-зерна и α-пластины сплющиваются и вытягиваются вдоль направления течения металла). В процессе рекристаллизации измельчается зерно. Окончательное деформирование заготовки в (α+β)-области при температуре (Тпп-40)°С с величиной укова (4,5-5,5) переводит металл в (α+β)-деформированную структуру с равномерной структурой по всему сечению. Такой металл обладает повышенной пластичностью прочностью и энергоемкостью.Forging an ingot in the β-region at a temperature of Тп + (70-170) ° С with a forging value (2.9-3.5) in the first passes significantly refines and destroys the rough cast macrostructure of the ingot. During the subsequent operation of intermediate forging of the billet in the (α + β) -region at a temperature of (Тп-40) ° С with a forging value (1.5-1.6) for one transition and subsequent heating in the β-region for recrystallization at a temperature Тпр + (70-170) ° C and forging a workpiece at a given temperature with a forging (1.25-1.45) in the process of deformation work hardening, the structure changes (β-grains and α-plates are flattened and stretched along the direction of metal flow). During the recrystallization process, the grain is crushed. The final deformation of the workpiece in the (α + β) -region at a temperature of (ТП-40) ° С with a forging value of (4.5-5.5) transforms the metal into an (α + β) -deformed structure with a uniform structure throughout the section. Such a metal has increased ductility, strength and energy consumption.
Способ изготовления кованой заготовки из (α+β)-титановых сплавов реализовали на титановом сплаве Ti-6Al-4Vc температурой Тпп=985°С, исходные свойства которого представлены на интернет ресурсе: https://ru.qaz.wiki/wiki/Ti-6Al-4V.The method of manufacturing a forged billet from (α + β) -titanium alloys was implemented on a titanium alloy Ti-6Al-4Vc with a temperature of Тп = 985 ° С, the initial properties of which are presented on the Internet resource: https://ru.qaz.wiki/wiki/Ti -6Al-4V.
Микроструктурные исследования сплава выполняли на электронном микроскопе. Изображения получены на растровом электронном микроскопе модели MIRA3 TESCAN. Оценку энергоемкости титановых сплавов оценивали по методике «Способ оценки энергоемкости титанового сплава». (Патент RU 2661445 по заявке 2017116681 от 12.05.2017г. МПК C22F 1/18). Для оценки энергоемкости титанового сплава определяли параметр σ0,2/σВ: где σ0,2 - предел текучести, МПа; σВ - предел прочности, МПа и твердость по Бринелю (НВ). Microstructural studies of the alloy were carried out using an electron microscope. Images were obtained on a scanning electron microscope model MIRA3 TESCAN. The energy consumption of titanium alloys was estimated by the method "A method for assessing the energy intensity of a titanium alloy." (Patent RU 2661445 on application 2017116681 dated 05/12/2017 IPC C22F 1/18). To assess the energy intensity of the titanium alloy, the parameter σ0.2/ σV: where σ0.2 - yield point, MPa; σV - ultimate strength, MPa and Brinell hardness (HB).
Для сплавов, обладающих повышенной пластичностью, параметр σ0,2 должен быть максимально низким, тогда как для сплавов обладающих высокой прочностью параметр σВ должен быть максимально высоким, а для сплавов обладающих высокой энергоемкостью, отношение параметров σ0,2/σВ должно быть максимальным. Определяя твердость титанового сплава по Бринелю (НВ), в первом приближении, можно оценить одновременно пластичность и прочность сплава. Таким образом, определяя предел текучести (σ0,2), предел прочности (σВ) и твердость (НВ), производится оценка прочности, пластичности и энергоемкости титанового сплава Ti-6Al-4V. Данные параметры определи по ГОСТ1497.For alloys with increased ductility, the parameter σ 0.2 should be as low as possible, while for alloys with high strength, the parameter σ B should be as high as possible, and for alloys with high energy consumption, the ratio of parameters σ 0.2 / σ B should be maximum. Determining the hardness of a titanium alloy according to Brinell (HB), as a first approximation, it is possible to estimate both the ductility and strength of the alloy. Thus, determining the yield strength (σ 0.2 ), ultimate strength (σ B ) and hardness (HB), the strength, ductility and energy consumption of the titanium alloy Ti-6Al-4V are evaluated. These parameters were determined according to GOST 1497.
Пример №1 реализации способа.Example No. 1 of the implementation of the method.
Способ изготовления кованых прутков до диаметра 90 мм из (α+β)- титановых сплавов проводили на параметрах ковки, значения уковов и области температур экономически выгодных (в указанных пределах) и позволяющих получить заготовку с повышенной однородностью глобулярно-пластинчатой микроструктуры без признаков границ β-зерна по всему объему, обладающей повышенной пластичностью, прочностью и энергоемкостью. The method of manufacturing forged rods up to a diameter of 90 mm from (α + β) - titanium alloys was carried out on the parameters of forging, the values of forges and the temperature range of economically profitable (within the specified limits) and allowing to obtain a workpiece with increased homogeneity of the globular-lamellar microstructure without signs of boundaries β- grains throughout the volume, with increased plasticity, strength and energy consumption.
Слиток диаметром 450 мм из титанового сплава Ti-6Al-4V температурой Тпп=985°С за несколько переходов отковали в пруток диаметром 285 мм при температурах деформации (1100-1150)°C с уковом (3,1), охлаждение на воздухе. Далее осуществляли деформационный наклеп при температуре на 40°C ниже Тпп с уковом 1,5 за один переход с последующим нагревом на рекристаллизацию при температуре 1070°C с уковом 1,3 с последующим охлаждением в воде. Окончательное деформирование на пруток диаметром 90 мм проводили при температуре на 40°C ниже Тпп с уковом 5,2. Полученный вышеуказанным способом кованый пруток диаметром 90 мм подвергался механической обработки до получения прутка диаметром 80 мм.An ingot with a diameter of 450 mm from a titanium alloy Ti-6Al-4V with a temperature of Тп = 985 ° C was forged in several passes into a rod with a diameter of 285 mm at deformation temperatures (1100-1150) ° C with a forged (3.1), air cooling. Further, deformation work hardening was carried out at a temperature of 40 ° C below Tpp with a 1.5 forging in one pass, followed by heating for recrystallization at a temperature of 1070 ° C with a 1.3 forging, followed by cooling in water. The final deformation into a rod with a diameter of 90 mm was carried out at a temperature of 40 ° C below TPP with a bore of 5.2. The forged rod with a diameter of 90 mm obtained by the above method was subjected to mechanical processing to obtain a rod with a diameter of 80 mm.
Последовательное деформирование в β-, (α+β)-, β-областях обеспечивает значительное измельчение исходной грубой макроструктуры слитка. При деформации слитка в β-области с уковом не менее 2,9 крупнозернистая структура слитка сохраняется, при этом формируется лишь каркас повышенной технологической пластичности, придающий материалу способность воспринимать последующую деформацию в (α+β)-области, не разрушаясь. В процессе деформации в (α+β)-области (деформационный наклеп) с уковом не менее 1,5 происходит одновременно изменение β-зерен и α-пластин. Они сплющиваются, вытягиваются вдоль направления течения металла, дробятся. Плотность дефектов структуры как α-фазы, так и β-фазы растет. После деформации в (α+β)-области при последующем нагреве до температур β-области образуется намного больше рекристаллизованных β-зерен, чем при β-деформации. При этом к моменту достижения температур β-области β-зерна имеют мелкие размеры и равноосную форму. Заявляемый способ изготовления кованой заготовки из (α+β)-титановых сплавов позволяет получить сплав с однородной мелкодисперсной микроструктурой с размером зерна (5,0-10,0) мкм, содержащего равноосную α-фазу в количестве (50-80)% в трансформированной β-матрице без признаков границ β-зерен с пределом прочности на разрыв не менее 1150 МПа при соотношении параметров σ0,2/σB, не менее 0,9.Sequential deformation in β-, (α + β) -, β-regions provides significant refinement of the initial rough macrostructure of the ingot. When the ingot is deformed in the β-region with a bite of at least 2.9, the coarse-grained structure of the ingot is preserved, while only a frame of increased technological plasticity is formed, which gives the material the ability to perceive subsequent deformation in the (α + β) -region without collapsing. In the process of deformation in the (α + β) -region (deformation hardening) with a bead of at least 1.5, β-grains and α-plates change simultaneously. They flatten, stretch along the direction of metal flow, and crumble. The density of structural defects of both the α-phase and β-phase increases. After deformation, much more recrystallized β-grains are formed in the (α + β) -region upon subsequent heating to temperatures of the β-region than in the case of β-deformation. In this case, by the time the temperatures are reached, the β-region of the β-grains are small and equiaxed. The inventive method for the manufacture of a forged workpiece from (α + β) -titanium alloys makes it possible to obtain an alloy with a homogeneous finely dispersed microstructure with a grain size of (5.0-10.0) μm, containing an equiaxial α-phase in an amount of (50-80)% in the transformed β-matrix without signs of β-grain boundaries with a tensile strength of at least 1150 MPa with a parameter ratio of σ 0.2 / σ B , not less than 0.9.
Результаты исследований представлены на фиг. 1, на изображении светлые области α-фаза, темные области β-фаза, увеличение х500. Результаты механических испытаний приведены в таблице №1.The research results are presented in Fig. 1, the image shows light areas of the α-phase, dark areas of the β-phase, magnification x500. The results of mechanical tests are shown in table 1.
Пример №2 реализации способа.Example No. 2 implementation of the method.
Способ изготовления кованой заготовки до диаметра 90 мм из (α+β)-титановых сплавов проводили на параметрах ковки, величины уковов менее указанных в предлагаемом способе и области температур в пределах, указанных в предлагаемом способе. Такой режим получения кованой заготовки из (α+β)-титановых сплавов экономически не выгодный, ввиду высокой длительности и энергоемкости способа. Способ позволяет получить заготовку с высокой однородностью глобулярно-пластинчатой микроструктуры без признаков границ β-зерна по всему объему, обладающей повышенной пластичностью, прочностью и энергоемкостью.The method of manufacturing a forged billet up to a diameter of 90 mm from (α + β) -titanium alloys was carried out on the parameters of forging, the size of the forges less than those indicated in the proposed method and the temperature range within the limits specified in the proposed method. This mode of obtaining a forged billet from (α + β) -titanium alloys is economically unprofitable due to the high duration and energy consumption of the method. The method makes it possible to obtain a workpiece with a high homogeneity of the globular-lamellar microstructure without signs of β-grain boundaries throughout the volume, with increased plasticity, strength and energy consumption.
Ковку проводили при следующих режимах.Forging was carried out under the following conditions.
Слиток диаметром 450 мм из титанового сплава Ti-6Al-4V за несколько переходов отковали в пруток диаметром 285 мм при температурах деформации (1100-1150)°C с уковом (2,8), охлаждение на воздухе. Далее осуществляли деформационный наклеп при температуре на 40°C ниже Тпп с уковом 1,45 за один переход с последующим нагревом на рекристаллизацию при температуре 1070°C с уковом 1,20 с охлаждением в воде. Окончательное деформирование на пруток диаметром 90 мм проведено при температуре на 40°C ниже Тпп с уковом 1,4. Полученный вышеуказанным способом кованый пруток диаметром 90 мм подвергался механической обработке до диаметра 80 мм. Результаты механических испытаний приведены в таблице №1.An ingot with a diameter of 450 mm from a titanium alloy Ti-6Al-4V was forged in several passes into a rod with a diameter of 285 mm at deformation temperatures (1100-1150) ° C with forging (2.8), air cooling. Further, deformation work hardening was carried out at a temperature of 40 ° C below TPT with a bead of 1.45 in one pass, followed by heating for recrystallization at a temperature of 1070 ° C with a bead of 1.20 with cooling in water. The final deformation into a rod with a diameter of 90 mm was carried out at a temperature 40 ° C below Tpp with a bore of 1.4. The forged bar obtained by the above method with a diameter of 90 mm was machined to a diameter of 80 mm. The results of mechanical tests are shown in table 1.
Пример №3 реализации способа.Example No. 3 implementation of the method.
Способ изготовления кованой заготовки до диаметра 90 мм из (α+β)-титановых сплавов проводили на параметрах ковки, величина уковов принималась в пределах, указанных в предлагаемом способе. Температура проведения процесса ковки была выше оптимальных температур, заявленных в предлагаемом способе. Такой режим изготовления кованой заготовки из (α+β)-титановых сплавов экономически не выгодный, по причине высокой длительности и энергоемкости, потери массы заготовки при выгорании металла. Способ позволяет получить заготовку с высокой однородностью глобулярно-пластинчатой микроструктуры без признаков границ β-зерна по всему объему, обладающей повышенной пластичностью, прочностью и энергоемкостью.The method of manufacturing a forged billet to a diameter of 90 mm from (α + β) -titanium alloys was carried out on the parameters of forging, the size of the forges was taken within the limits specified in the proposed method. The temperature of the forging process was higher than the optimum temperatures stated in the proposed method. This mode of manufacturing a forged billet from (α + β) -titanium alloys is economically unprofitable, due to the high duration and energy consumption, and the loss of billet weight during metal burnout. The method makes it possible to obtain a workpiece with high homogeneity of the globular-lamellar microstructure without signs of β-grain boundaries throughout the entire volume, with increased plasticity, strength and energy consumption.
Ковку проводили при следующих режимах.Forging was carried out under the following conditions.
Слиток диаметром 450 мм из титанового сплава Ti-6Al-4V за несколько переходов отковали в пруток диаметром 285 мм при температурах деформации (1160-1190)°C с уковом (2,97), охлаждение на воздухе. Далее осуществляли деформационный наклеп при температуре на 60°C ниже Тпп с уковом 1,55 за один переход с последующим нагревом на рекристаллизацию при температуре 1230°C с уковом 1,24 с охлаждением в воде. Окончательное деформирование на пруток диаметром 95 мм проведено при температуре на 40°C ниже Тпп с уковом 4,8. Полученный вышеуказанным способом кованый пруток диаметром 90 мм подвергался механической обработке до диаметра 80 мм. Результаты механических испытаний приведены в таблице №1An ingot with a diameter of 450 mm from a titanium alloy Ti-6Al-4V was forged in several passes into a rod with a diameter of 285 mm at deformation temperatures (1160-1190) ° C with a forging (2.97), air cooling. Further, deformation work hardening was carried out at a temperature of 60 ° C below Tpp with a forging of 1.55 in one transition, followed by heating for recrystallization at a temperature of 1230 ° C with a forcing of 1.24 with cooling in water. The final deformation into a rod with a diameter of 95 mm was carried out at a temperature 40 ° C below TPR with a bore of 4.8. The forged bar obtained by the above method with a diameter of 90 mm was machined to a diameter of 80 mm. The results of mechanical tests are shown in table No. 1
Таблица 1Table 1
Проведенные исследования показали, что эффективное измельчение зерен достигается в результате деформации в (α+β)-области, причем степень деформации должна быть с уковом (4,5-4,5). Нагрев в однофазную β-область сопровождается значительным повышением пластичности и снижением сопротивления деформации. Однако получить структуру, с высокими эксплуатационными свойствами, при деформации в β-области из-за интенсивного роста зерна и грубого внутризеренного строения не представляется возможным. Чередование процессов ковки в β-области и в (α+β)-области позволяет снизить число проходов при ковке и снизить зернистость и улучшить внутризеренное строение сплава. Оптимальную структуру и регламентированные свойства по прочности, пластичности и энергоемкости получаем по заявляемому способу.Studies have shown that effective grain refinement is achieved as a result of deformation in the (α + β) -region, and the degree of deformation should be with a bite (4.5-4.5). Heating to the single-phase β-region is accompanied by a significant increase in plasticity and a decrease in the resistance to deformation. However, it is not possible to obtain a structure with high operational properties upon deformation in the β-region due to intensive grain growth and coarse intragranular structure. The alternation of forging processes in the β-region and in the (α + β) -region allows to reduce the number of passes during forging and to reduce grain size and improve the intragranular structure of the alloy. The optimal structure and regulated properties in terms of strength, plasticity and energy consumption are obtained according to the claimed method.
Анализ данных, приведенный в таблице №1 показывает, что заявленный способ по сравнению с известным обеспечивает получение микроструктуры с размером зерна (5,0-10,0) мкм, равноосную α-фазу в количестве (50-80) % в трансформированной β-матрице без признаков границ β-зерен с высокой прочностью, пластичностью и энергоемкостью. Зернистость микроструктуры по заявленному способу 510 мкм, в то время как по известному способу микроструктура имеет размер зерна 20-30 мкм.The analysis of the data given in table No. 1 shows that the claimed method, in comparison with the known one, provides a microstructure with a grain size of (5.0-10.0) microns, an equiaxial α-phase in an amount of (50-80)% in the transformed β- matrix without signs of β-grain boundaries with high strength, ductility and energy consumption. The grain size of the microstructure according to the claimed method is 510 microns, while according to the known method the microstructure has a grain size of 20-30 microns.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102072A RU2758044C1 (en) | 2021-01-29 | 2021-01-29 | Method for manufacturing forged billet in form of bar from (a+b)-titanium alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102072A RU2758044C1 (en) | 2021-01-29 | 2021-01-29 | Method for manufacturing forged billet in form of bar from (a+b)-titanium alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2758044C1 true RU2758044C1 (en) | 2021-10-25 |
Family
ID=78289782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021102072A RU2758044C1 (en) | 2021-01-29 | 2021-01-29 | Method for manufacturing forged billet in form of bar from (a+b)-titanium alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2758044C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114986101A (en) * | 2022-06-29 | 2022-09-02 | 中国航发动力股份有限公司 | Combination forming method of forge piece |
| CN117696669A (en) * | 2023-12-27 | 2024-03-15 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | Thin bar for Ti2AlNb alloy bolt and preparation method thereof |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2217260C1 (en) * | 2002-04-04 | 2003-11-27 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | METHOD FOR MAKING INTERMEDIATE BLANKS OF α AND α TITANIUM ALLOYS |
| RU2314362C2 (en) * | 2005-12-09 | 2008-01-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | METHOD OF MANUFACTURE OF INTERMEDIATE BLANK FROM α- OR α+β-TITANIUM ALLOYS |
| CN101476096B (en) * | 2008-11-21 | 2010-08-11 | 宝鸡钛业股份有限公司 | Method for processing Ti-6Al-4V titanium alloy large size bar material |
| CN104070125B (en) * | 2014-03-11 | 2016-08-17 | 宁夏东方钽业股份有限公司 | A kind of forging processing method of TC4 titanium alloy large size bar |
| RU2664346C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-08-16 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method for producing titanium alloy billets for products experiencing variable mechanical loads |
| RU2681033C2 (en) * | 2017-05-12 | 2019-03-01 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method for producing titanium alloy billets for products experiencing variable mechanical loads |
-
2021
- 2021-01-29 RU RU2021102072A patent/RU2758044C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2217260C1 (en) * | 2002-04-04 | 2003-11-27 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | METHOD FOR MAKING INTERMEDIATE BLANKS OF α AND α TITANIUM ALLOYS |
| RU2314362C2 (en) * | 2005-12-09 | 2008-01-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | METHOD OF MANUFACTURE OF INTERMEDIATE BLANK FROM α- OR α+β-TITANIUM ALLOYS |
| CN101476096B (en) * | 2008-11-21 | 2010-08-11 | 宝鸡钛业股份有限公司 | Method for processing Ti-6Al-4V titanium alloy large size bar material |
| CN104070125B (en) * | 2014-03-11 | 2016-08-17 | 宁夏东方钽业股份有限公司 | A kind of forging processing method of TC4 titanium alloy large size bar |
| RU2664346C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-08-16 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method for producing titanium alloy billets for products experiencing variable mechanical loads |
| RU2681033C2 (en) * | 2017-05-12 | 2019-03-01 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method for producing titanium alloy billets for products experiencing variable mechanical loads |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114986101A (en) * | 2022-06-29 | 2022-09-02 | 中国航发动力股份有限公司 | Combination forming method of forge piece |
| CN114986101B (en) * | 2022-06-29 | 2023-12-29 | 中国航发动力股份有限公司 | Combined forming method of forge piece |
| CN117696669A (en) * | 2023-12-27 | 2024-03-15 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | Thin bar for Ti2AlNb alloy bolt and preparation method thereof |
| CN117696669B (en) * | 2023-12-27 | 2024-06-04 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | Thin bar for Ti2AlNb alloy bolt and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2758045C1 (en) | Method for producing billets in the form of a bar from (a+b)-titanium alloys | |
| RU2329330C2 (en) | Products out of aluminium alloy and method of artificial aging | |
| Xia et al. | Microstructure, texture and mechanical properties of coarse-grained Mg–Gd–Y–Nd–Zr alloy processed by multidirectional forging | |
| US7611592B2 (en) | Methods of beta processing titanium alloys | |
| Mirzakhani et al. | Combination of sever plastic deformation and precipitation hardening processes affecting the mechanical properties in Al–Mg–Si alloy | |
| CN108368571A (en) | The method for producing the heat treatable aluminum alloy with improved mechanical performance | |
| RU2758044C1 (en) | Method for manufacturing forged billet in form of bar from (a+b)-titanium alloys | |
| US9469892B2 (en) | Hot thermo-mechanical processing of heat-treatable aluminum alloys | |
| Markushev et al. | Structure, texture and strength of Mg-5.8 Zn-0.65 Zr alloy after hot-to-warm multi-step isothermal forging and isothermal rolling to large strains | |
| CN105283574A (en) | Ni-based superalloy and method for producing same | |
| JP2013220472A (en) | Al-Cu BASED ALUMINUM ALLOY FORGED OBJECT | |
| KR20230064633A (en) | Ecae materials for high strength aluminum alloys | |
| EP0302623B1 (en) | Improvements in and relating to the preparation of alloys for extrusion | |
| Saibaba et al. | Study of microstructure, texture and mechanical properties of Zr–2.5 Nb alloy pressure tubes fabricated with different processing routes | |
| US5194102A (en) | Method for increasing the strength of aluminum alloy products through warm working | |
| RU2758735C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING A FORGED WORKPIECE IN THE FORM OF A ROD FROM (α+β)-TITANIUM ALLOYS | |
| Reza-E-Rabby et al. | Effect of various post-extrusion tempering on performance of AA2024 tubes fabricated by shear assisted processing and extrusion | |
| RU2758737C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING A FORGED WORKPIECE IN THE FORM OF A ROD FROM (α+β)-TITANIUM ALLOYS | |
| RU2314362C2 (en) | METHOD OF MANUFACTURE OF INTERMEDIATE BLANK FROM α- OR α+β-TITANIUM ALLOYS | |
| Kaibyshev et al. | Cost‐Affordable Technique Involving Equal Channel Angular Pressing for the Manufacturing of Ultrafine Grained Sheets of an Al–Li–Mg–Sc Alloy | |
| JP3540316B2 (en) | Improvement of mechanical properties of aluminum-lithium alloy | |
| RU2739926C1 (en) | Ultra-fine aluminum alloys for high-strength articles made under superplasticity conditions, and a method of producing articles | |
| RU2761398C1 (en) | Method for processing rods made of ortho-titanium alloys for producing blades of a gas turbine engine compressor | |
| EP4317497A1 (en) | Material for the manufacture of high-strength fasteners and method for producing same | |
| JP2023548476A (en) | Improved 6XXX aluminum alloy |