RU2807232C1 - Способ изготовления прутковых заготовок из сплавов на основе интерметаллида титана с орто-фазой - Google Patents
Способ изготовления прутковых заготовок из сплавов на основе интерметаллида титана с орто-фазой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807232C1 RU2807232C1 RU2022124829A RU2022124829A RU2807232C1 RU 2807232 C1 RU2807232 C1 RU 2807232C1 RU 2022124829 A RU2022124829 A RU 2022124829A RU 2022124829 A RU2022124829 A RU 2022124829A RU 2807232 C1 RU2807232 C1 RU 2807232C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deformation
- ingot
- temperature
- ortho
- phase
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 13
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 102220253765 rs141230910 Human genes 0.000 description 4
- 102100038578 F-box only protein 11 Human genes 0.000 description 3
- 101100173427 Homo sapiens FBXO11 gene Proteins 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 101150048739 VIT1 gene Proteins 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910001040 Beta-titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000001995 intermetallic alloy Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в авиадвигателестроении и энергетическом машиностроении при изготовлении прутковых заготовок из сплавов на основе интерметаллида титана с орто-фазой. Путем нагрева и предварительной деформации слитка получают заготовку, которую подвергают промежуточной и окончательной деформации. Предварительную деформацию слитка и промежуточную и оокнчательную деформацию заготовки осуществляют протяжкой по схеме квадрат → квадрат с подачей не менее 0,5 и суммарной степенью относительной деформации слитка не менее 0,7. В результате обеспечивается повышение уровня механических и усталостных свойств сплава за счет формирования в прутковой заготовке текстуры, ориентированной вдоль ее оси. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к изготовлению прутковых заготовок для изготовления деталей газотурбинного двигателя, и может быть использовано в авиадвигателестроении и энергетическом машиностроении.
Известен способ изготовления промежуточной заготовки из α или α+β титановых сплавов, включающий ковку слитка в пруток за несколько переходов при температуре β и (α+β)-области, механическую обработку заготовки и окончательное прессование в (α+β)-области, при этом 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 в диапазоне от температуры на 250°С ниже температуры полиморфного превращения до температуры на 100°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 0,3-2,5°С/сек, а на втором этапе заготовку охлаждают или нагревают до температуры на 40-250°С ниже температуры полиморфного превращения (Патент РФ 2314362 МПК C22F 1/18, B21J 1/04. Опубликовано: 10.01.2008 Бюл. №1).
Недостатком данного способа является его неприменимость к орто-сплавам титана, в виду того, что при любых режимах деформации в двухфазной области у таких сплавов наблюдается образование как внутренних, так и поверхностных трещин, приводящих к разрушению заготовки.
Известен способ получения прутков из титанового сплава, включающий получение заготовки, ее горячую прокатку на пруток, при этом заготовку получают из слитка и осуществляют травление полученного в результате горячей прокатки прутка, его вакуумный отжиг, волочение, отжиг прошедшего волочение прутка и его механическую обработку на конечный размер, затем проводят воздушный отжиг прошедшего волочение прутка в две стадии: сначала при температуре 650-750°С в течение 15-60 минут с охлаждением на воздухе до комнатной температуры, затем при температуре 180-280°С в течение 4-12 часов с охлаждением на воздухе до комнатной температуры (Патент РФ 2311248 МПК В21С 37/04, C22F 1/18/. Опубликовано: 27.11.2007 Бюл. №33).
Указанный способ также не применим к обработке орто-сплавов титана, так как при волочении прутка растягивающее напряжения в очаге деформации инициирует появление внутренних трещин и, в конечном итоге - разрушение заготовки.
Известен способ изготовления прутков из титановых сплавов, включающий горячую ковку исходной заготовки и последующую горячую деформацию, при этом, горячую ковку слитка ведут после нагрева до температуры в интервале от (Тпп+20) до (Тпп+150)°С со сдвиговыми деформациями в продольном направлении и коэффициентом вытяжки К=1.2-2.5, после чего без охлаждения осуществляют горячую прокатку поковки в интервале температур (Тпп+20)÷(Тпп+150)°С со сменой направления сдвиговых деформаций на поперечное и коэффициентом вытяжки до 7,0, а последующую горячую деформацию осуществляют при нагреве деформированных заготовок в интервале температур от (Тпп+20) до (Тпп+150)°С (Патент РФ 2644714 МПК В21С 37/04, C22F1/18. Опубликовано: 07.12.2017 Бюл. №34).
Прокатка со сдвигом не применима к деформации орто-сплавов титана, так как в данном случае при прокатке в очаге деформации действуют два напряжения растяжения. Они и приводят к разрушению заготовок при их горячей обработке.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления прутковых заготовок из сплавов на основе интерметаллида титана с орто-фазой, включающий нагрев и предварительную деформацию слитка с получением заготовки, промежуточную и окончательную деформацию заготовки (Патент на изобретение РФ №2644830 от 17.12.2015, МПК C22F 1/18, B21K 1/32. Опубликовано: 26.06.2017 Бюл. №18).
При этом промежуточную деформацию заготовки осуществляют осадкой со степенью 25-40% проведением от 2 до 5 деформаций, совмещенных с прессованием со степенью 55-70%, нагрев заготовки перед первой из промежуточных деформаций проводят ступенчато до температуры Тпп+(100-200)°С с выдержкой 2-3 часа, а каждую последующую из промежуточных деформаций проводят при температуре на 50-100°С ниже предыдущей с выдержкой на 0,5-1 час меньше, чем на предыдущей, а последнюю из промежуточных деформаций проводят при температуре Тпп-(20-50)°С, причем окончательную деформацию заготовки осуществляют ковкой с суммарной степенью не более 30% при температуре Тпп-(80-100)°С (Патент РФ 2644830 МПК C22F 1/18, B21K 1/32. Опубликовано: 26.06.2017 Бюл. №5).
Недостатком данного способа является большая вероятность образования внутренних трещин в заготовках прутков при ковке в двухфазной области при температуре Тпп-(20-50)°С и при окончательной деформации с суммарной степенью не более 30% при температуре Тпп-(80-100)°С. Так как при ковке в двухфазной области у этих сплавов появляются внутренние горячие трещины, а деформация со степенью «не более 30% при температуре Тпп-(80-100)°С» приводит к появлению дополнительного растягивающего напряжения в очаге деформации и еще большему снижению технологической пластичности сплава.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является устранение указанных недостатков, повышение качества и достижения максимума механических и усталостных характеристик сплава.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления прутковых заготовок из сплавов на основе интерметаллида титана с орто-фазой, включающем нагрев и предварительную деформацию слитка с получением заготовки, промежуточную и окончательную деформацию заготовки деформацию слитка и заготовки на пруток осуществляют протяжкой по схеме квадрат → квадрат с подачей не менее 0,5 и суммарной степенью относительной деформации слитка не менее 0,7 (уковом не менее 10).
При этом температура окончания протяжки должна составлять не менее 1000°С.
И после окончательной деформации проводят отпуск заготовки при температуре (650-750)±10°С
Осуществление протяжки по схеме квадрат → квадрат с подачей не менее 0,5 обусловлено тем, что при такой схеме ковки в очаге деформации имеет место схема напряженного состояния всестороннего сжатия, способствующая интенсивной заварке дефектов слитка типа пористости. При наличии в очаге деформации хотя бы одного растягивающего напряжения им инициируется выделение упрочняющей орто-фазы по границам зерен, приводящее к образованию внутренних микротрещин в прутке (фиг. 1) и, как следствие, - снижению механических и усталостных свойств сплава, преждевременному разрушению деталей при эксплуатации.
Поэтому недопустима для этих сплавов и горячая сбивка граней квадрата конечного прутка, так как она приводит к появлению поперечного растягивающего напряжения в очаге деформации заготовки.
Протяжкой с суммарной степенью относительной деформации слитка не менее 0,7 обеспечивается полная ликвидация литой структуры слитка и направленная текстура деформации с максимальным комплексом механических и усталостных свойств в продольном направлении (см. Онищенко А.К. Теория промышленной ковки стали и сплавов / Под ред. А. К. Онищенко. М.: «Спутник +», 2021. - .305 с., ил. изд. 2-е переработанное и дополненное), что особенно важно при использовании таких прутков при штамповке поковок лопаток ГТД.
Температура окончания протяжки не ниже 1000°С обусловлена тем, что для этих сплавов эта температура является конечной температурой рекристаллизации и протяжка при более низких температурах приводит к образованию трещин в прутке, как поверхностных, так и внутренних.
Проведение отпуска заготовки при температуре (650-750)±10°С позволяет снять внутренние напряжения в сплаве и свести к минимуму распад его упрочняющей орто-фазы (Ti2AlNb), при этом термообработка при температурах выше 750°С приводит к распаду этой фазы и охрупчиванию сплава; со снижением его характеристик пластичности и, особенно, вязкости.
Протяжка заготовок по схеме круг → круг, по нашим исследованиям, привела к тому, что в поперечном направлении - относительные удлинение и сужение, а также ударная вязкость сплава ВИТ1 в прутке 045 мм (после отжига) были равны нулю при напряжении в 228 МПа. При этом разрушение образцов, взятых из прутка в разных местах сечения, происходило в упругой области, не достигая предела пропорциональности.
Деформация таких прутков выдавливанием со степенью относительной деформации 0,7 позволило получить в лопатке структуру с текстурой, ориентированной вдоль ее пера, что обеспечило максимальный уровень механических и усталостных свойств в указанном направлении.
В качестве примера использования и эффективности предлагаемого способа изготавливали пруток для штамповки поковок лопаток компрессора современного газотурбинного двигателя из прутка ∅ 24 мм орто-сплава ВИТ1 (Ti - 10Al - 40Nb).
Полученный с металлургического завода катаный пруток ∅ 45 мм разрезали на мерные заготовки длиной 100 мм. Затем эти заготовки загрузили в электрическую печь на подогрев до температуры 1100°С и выдержали при этой температуре 1 час. После нагрева заготовки по одной устанавливали в контейнер вертикального гидравлического пресса 400 тс и через матрицу ∅ 25 мм проводили прессование заготовки на пруток ∅ 24 мм и длиной 300 мм. Далее полученные прутки проточили на ∅ 18 мм и длину 36÷39 мм - мерные заготовки для лопаток компрессора перспективного авиадвигателя.
После термической обработки (отпуска 750°С) на прессованных прутках ∅ 24 мм были получены следующие свойства при температуре 20°С: предел прочности σв=1230 МПа; относительное удлинение δ=20,5% и относительное сужение ψ=46,3%
А по данным, приведенным в патенте РФ 2644830 (прототип), при пределе прочности σв=1110 МПа, относительные удлинение и сужение, соответственно, составляли только 7,0 и 7,5% (прутки кованые).
Таким образом, данные исследования механических свойств прутков из орто-сплава ВИТ1 подтверждают эффективность предлагаемого способа изготовления прутков указанных перспективных интерметаллидных сплавов.
Claims (3)
1. Способ изготовления прутковых заготовок из сплавов на основе интерметаллида титана с орто-фазой, включающий нагрев и предварительную деформацию слитка с получением заготовки, промежуточную и окончательную деформацию заготовки, отличающийся тем, что предварительную деформацию слитка и промежуточную и окончательную деформацию заготовки осуществляют протяжкой по схеме квадрат → квадрат с подачей не менее 0,5 и суммарной степенью относительной деформации слитка не менее 0,7.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температура окончания протяжки должна составлять не ниже 1000°С.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после окончательной деформации проводят отпуск заготовки при температуре (650-750)±10°С.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2807232C1 true RU2807232C1 (ru) | 2023-11-13 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6077369A (en) * | 1994-09-20 | 2000-06-20 | Nippon Steel Corporation | Method of straightening wire rods of titanium and titanium alloy |
RU2165808C1 (ru) * | 1999-10-26 | 2001-04-27 | Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Способ производства сортового проката |
RU2175994C2 (ru) * | 2000-01-12 | 2001-11-20 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Способ получения прутков и полос из технического титана |
US20100329877A1 (en) * | 2009-06-05 | 2010-12-30 | Boehler Schmiedetechnik Gmbh & Co. Kg | Method for producing a forging from a gamma titanium aluminum-based alloy |
RU2478013C1 (ru) * | 2011-11-07 | 2013-03-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Способ изготовления прутковой заготовки |
RU2644714C2 (ru) * | 2015-12-22 | 2018-02-13 | Акционерное Общество "Чепецкий Механический Завод" (Ао Чмз) | Способ изготовления прутков из сплавов на основе титана |
RU2644830C2 (ru) * | 2015-12-17 | 2018-02-14 | Акционерное Общество "Чепецкий Механический Завод" (Ао Чмз) | Способ изготовления прутковых заготовок из сплавов на основе интерметаллида титана с орто-фазой |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6077369A (en) * | 1994-09-20 | 2000-06-20 | Nippon Steel Corporation | Method of straightening wire rods of titanium and titanium alloy |
RU2165808C1 (ru) * | 1999-10-26 | 2001-04-27 | Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Способ производства сортового проката |
RU2175994C2 (ru) * | 2000-01-12 | 2001-11-20 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | Способ получения прутков и полос из технического титана |
US20100329877A1 (en) * | 2009-06-05 | 2010-12-30 | Boehler Schmiedetechnik Gmbh & Co. Kg | Method for producing a forging from a gamma titanium aluminum-based alloy |
RU2478013C1 (ru) * | 2011-11-07 | 2013-03-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Способ изготовления прутковой заготовки |
RU2644830C2 (ru) * | 2015-12-17 | 2018-02-14 | Акционерное Общество "Чепецкий Механический Завод" (Ао Чмз) | Способ изготовления прутковых заготовок из сплавов на основе интерметаллида титана с орто-фазой |
RU2644714C2 (ru) * | 2015-12-22 | 2018-02-13 | Акционерное Общество "Чепецкий Механический Завод" (Ао Чмз) | Способ изготовления прутков из сплавов на основе титана |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2066253C1 (ru) | Способ изготовления турбинных лопаток | |
EP0459909B1 (en) | Process for manufacturing corrosion-resistant seamless titanium alloy tubes and pipes | |
US8828160B2 (en) | Method for producing a forging from a gamma titanium aluminum-based alloy | |
CN109482796B (zh) | 一种TC4钛合金盘锻件的β锻及热处理方法 | |
RU2583566C1 (ru) | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ БЕСШОВНЫХ ТРУБ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА Ti-3Al-2,5V | |
US11473173B2 (en) | α+βtitanium alloy extruded shape | |
CN113305261B (zh) | 一种tc4钛合金薄壁高筒环件或管类锻件的制备方法 | |
JP2019512046A (ja) | チタン合金から棒材を製造する方法 | |
JP2012066279A (ja) | ベアリングレースの製造方法 | |
RU2807232C1 (ru) | Способ изготовления прутковых заготовок из сплавов на основе интерметаллида титана с орто-фазой | |
RU2761398C1 (ru) | Способ обработки прутков из орто-сплавов титана для получения лопаток компрессора газотурбинного двигателя | |
KR100421772B1 (ko) | 지르코늄 합금 튜브의 제조방법 | |
CN114433758B (zh) | 一种高银铝合金的锻造加工方法 | |
RU2583567C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСОБО ТОНКИХ ЛИСТОВ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА Ti-6,5Al-2,5Sn-4Zr-1Nb-0,7Mo-0,15Si | |
RU2691471C1 (ru) | Способ изготовления листового проката из титанового сплава марки вт8 | |
RU2569605C1 (ru) | Способ получения тонких листов из титанового сплава ti-6,5al-2,5sn-4zr-1nb-0,7mo-0,15si | |
Bhoyar et al. | Manufacturing processes part II: a brief review on forging | |
RU2790704C9 (ru) | Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе орторомбического алюминида титана | |
KR20220023763A (ko) | 지르코늄 합금 배관의 제조방법 | |
RU2790704C1 (ru) | Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из деформированных заготовок сплава на основе орторомбического алюминида титана | |
RU2624748C2 (ru) | Способ изготовления листов из сплава Ti - 6Al - 2Sn - 4Zr - 2Mo с регламентированной текстурой | |
RU2801383C1 (ru) | Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе алюминида Ti2AlNb | |
RU2251588C2 (ru) | Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок | |
RU2792019C1 (ru) | Способ изготовления крупногабаритных профильных кольцевых изделий из коррозионностойкой жаропрочной стали | |
RU2790711C1 (ru) | Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из деформированных заготовок сплава на основе орторомбического алюминида титана |