SU1014974A1 - Способ обработки титановых сплавов с пластинчатой структурой - Google Patents

Description

: Изобретение относитс  к металлургии ;и может быть иЬпользовано в тех нологии изготовлени  изделий- изтита новых сплавов с пластинчатой структурой , в частности сварных деталей,. с целью устранени  хрупкого разрушени  сплава. Известен способ обработки титановых сплавов, включающий многократно, повтор ющиес  операции нагрева и вы-i держки в «-области, а также охлаждени  до 0-500 0 1 . Однако применение указанного способа дл  обработки мало- и среднелегированных титановых сплавов приводит к резкому падению их пластичности вследствие значительного роста р-зерна при нагревах и выдержках в р -области. Известен .также способ обработки титановых сплавов с пластинчатой структурой, включающий многократно повтор ющиес  операции нагрева сплава до температур в верхней части (сСч- /j) области и закалки сплава в воде 2 . К недостатку этого способа следует отнести снижение пластичности до О при обработке сплава вследствие возникновени  существенных термических напр жений, привод щих к зарождению и росту микротрещин. -Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  способ термиЦеской обработки сплава Ti -6А1-W (температура полного полиморфного , превращени  составл ет 980°С) с пластинчатой структурой, включающий термоциклирование путем многократного (1-50 раз) нагрева сплава до 850-9.50°С (верхн   часть + р -области ) и охлаждени  до 18 С со скоро ;стью, не превышающей охлаждени  ,на в духе , с последующими нагревом и закалкой с температуры , а также заключитепьным старением по стандарт ному режиму 3 . Основными недостатками указанного способа  вл ютс  низкие характеристики пластичности и ударной в зкости сплава после его обработки. Цель изобретени  - повышение плас тичности и ударной в зкости. Поставленна  цель достигаетс  tcM, что согласно способу обработки титановых.сплавов, включающему термоциклическую обработку в (ol-f f) области, закалку и старение, заКалку провод т перед термоцикличёской обработкой с температуры на 10-50 0 выше температуры полного полиморфного превращени  сплава, а термоциклическую обработку осуществл ют путем нагрева со скоростью 1-100 град/с до температуры 10-40 С и охлаждени  до температуры на 100-300 0 ниже температуры полиморфного превращени  с выдержкой при указанных температурах 5- 120 мин. Закалка титанового сплава с пластинчатой структурой с температуры на 10-50 С выше его полного полиморфного превращени  (из р-обласТи ) резко повышает плотность дислокаций и f других дефектов кристаллической решетки сплава. . Указанное обсто тельство объ с- . нЯетс  возникновением значительных термических напр жен1 й в процессе образовани  мартенситной структуры вследствие значительной анизотропии коэффициента линейного теплового расширени  существующих в сплаве фаз при охлаждении. Ограничение мак- . симальной температуры нагрева под закалку вызываетс  необходимостью получени  как можно более дисперсного мартенсита. При нагреве закаленного сплава до температур на 10-40°С ниже полного полиморфного сплава (на этапе первого цикла термоциклировани ) происходит распад мартенсита с образованием относительно (в сравнении с исходной пластинчатой структурой ) дисперсных пластин ci-фазы, наследующих дефектную структуру мартенсита , выраженную во множественном двойниковании оС-пластин. Наличие двойниковых Границ и субграниц, раздел ющих пластину-кристалл об-фазы на р д более мелких объемов, позвол ет в процессе термоциклировани  трансформировать пластинчатую структуру сплава в глобул рную пу-тем сфероидизации субзерен с формированием новых об-зерен g Ьывшей ot-пластине. Возможность осуществлени  преобразовани  пластинчатой структуры в глобул рную определ етс  подготовкой пластинчатой структуры к дроблению путем предварительной закалки (температура нагрева под закалку равна 10-50 С выше температуры полного полиморфного превращени ) и 5-20-кратным термоциклированием путем нагрева сплава со скоростью 1-100 С/с до.темпера3 туры на и охлаждени  (ско-. рость охлаждени  5°С/с) до температур на ЮО-ЗОО С 1И) поли 1орфного превращени . Термоциклирование в интервале указанных температур с выдержками при верхних и нижних температурах цикла от 5.до 120 мин обеспечивает дробление пластинчатой структуры, одновременно вызыва  акт ное протекание в сгшаве диффузионны процессов, что позвол ет существенно снизить неоднородность химическо го и фазового состава сплава по все му объему,залечить возникшие при за калке .субмикротрещины. Однородность химического и фазового состава в С5ОВ(окупности с мелкозернистой глобул рной структурой дает эффект существенного повышени  пластичности и ударной в зкости сплава при обеспечении сравнительно высоких прочностных свойств. Пример. Цилиндрические заготовки 018 мм и длиной 80 мм из ти танового сплавс) ВТ9 с пластинчатой структурой, температура полного пол морфного превращени  которого составл ет i обмазывают cтeJ лoсмазкой дл  защиты от окислени  и затем каждую заготовку наг ревают в индукторе со скоростью - , причем часть заготовок нагревают до , остальные заготовки нагревают до . При достижении указанных температур заготовки немедленно-закаливают охлаждением в воде. Закаленные заготовки подвергают 5-20-кратному термоциклированию по следующему режиму-цик-. лу« . печной; или индукционный нагрев заготовки со скоростью 1-100°С/С до 975+15 0 и выдержка при этой температуре 5-120 мин; охлаждение заготовок на BOSдухе (скорость охлаждени S C/c) до температуры: а) б)890± выдержка заготовок при и ЗЭОннЮ С в течение 5-120 мин} печной или индукционный нагрев заготовки со скоростью 1-100°С/с до : 975il5°C и выдержка при этой температуре 5-120 мин. После завершени  5-20-кратного термоциклировани  заготовки охлажда-ь ют на воздухе до комнатной температуры . Заключительной операцией обработки  вл етс  старение заготоврк по стандартному режиму при в течение 6 ч. Результаты механиМеских испыта НИИ сведены в таблицу.

естный109-116

длагаемый Т 1010°С109

в ЗСлК.

Tj. -975С

Т„

и

V 20°С/с

Н

t 120 мин N 5

TJ 975°С

Т- г 890°С.

v :

П:

ТГ 5 мин . N 20

10-U 2,2-2,8

5-8 4815,6

1

«J

38

11

Ц П1редлагаеАналиэ результата .из таблицы поKasbieaet , что предлагаемый способ позвол ет повысить пластичность

сплава ВТ9 с исходной пластинчатой структурой. Так, относительное удлинение drf во&растает на ЗУТво.

относительное сужение (Ч) - на , 128-380%, ударна  в зкость (оЦ) - на

53-15, п{)и этом предел прочности (ц) сохран етс  на высоком уровне. Технико-экономическа  эффект.ивность предлагаемого способа обработПродолжение таблицы

ки титановых сплавов с пластинчатой структурой обеспечиваетс  следующими преимуществами:

получением высокой пластичности при сохранении прочности в сплавах С исходной пластинчатой структурой за счет преобразовани  структуры в однородную мелкозернистую, глобул рную

переводом сплава в равновесное структурно-однородное состо ние, отсутствием в сплаве остаточных внутренних напр жений и субмикротрещин

.7lOlAS 8

...- ... . . .

:эа счет активного дроТекани  процес- простотой и технологичностью,

сое диффузии при термоциклированиивозможностью автоматизации процесса

в относительно узком интервале вы- вследствие однотипности и повтор есоких температур;мости операций.

Claims (6)

1. ' СПОСОБ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ С ПЛАСТИНЧАТОЙ СТРУКТУРОЙ, ' включающий термоциклическую обработку в (о4 + β) области, закалку и старение, отличающийся тем, ιτο; с . целью повышения пластичности и ударной вязкости, закалку проводят перед термоциклической обработкой с темпе-, ратуры на'10-50°С выше температуры полного полиморфного превращения, а . термоцикпическу19 обработку осуществляют путем нагрева со скоростью 1-100 град/с до температуры на 1040°С и охлаждение до температуры на 100-300°С ниже температуры полного полиморфного превращения, причем при § каждой температуре термоциклической обработки проводят выдержку 5-12Ьмин. (Л·' причем при g

   V

   1 1014?

   Изобретение относится к металлургии · :и может быть использовано в технологии изготовления изделий- из' титановых сплавов с пластинчатой структурой, в частности сварных деталей,.: 5 с целью устранения хрупкого разрушения сплава.

   Известен способ обработки титановых сплавов, включающий многократно! повторяющиеся операции нагрева и вы-! ю держки в п-области, а также охлаждения до 0-500°С (1 у

   Однако применение указанного способа для обработки мало- и среднелегированных титановых сплавов при- 15 водит к резкому падению их пластичности вследствие значительного роста р-зерна при нагревах и выдержках в р-области.

   Известен также способ обработки 20 титановых сплавов с пластинчатой структурой, включающий многократно повторяющиеся операции нагрева сила- . ва до температур в верхней части (®(Л+ р) области и закалки сплава в 25 воде [2 ].

   К недостатку этого способа следует отнести снижение пластичности до 0 при обработке сплава вследствие возникновения существенных термиче- 30 ских напряжений, приводящих к зарождению и росту микротрещин.

   Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ терми- ₃₅ Ческой обработки сплава Ti -6А1- 4V . (температура полного полиморфного , ,:· превращения составляет 9θ0°0) с пластинчатой структурой, включающий термоциклирование путем многократного (1-50 раз) нагрева сплава до 850“9.50°С (верхняя часть (с/ + р^-области) и охлаждения до 18 С со скоро- ·, стью, не превышающей охлаждения .на воздухе , с последующими нагревом и закалкой с температуры 940°С, а также ⁴⁵ заключительным старением по стандартному режиму [ 3 J

   Основными недостатками указанного способа являются низкие характеристики пластичности и ударной вязкости 5° сплава после его обработки.

   Цель изобретения - повышение Пластичности и ударной вязкости.

   Поставленная цель достигается Тем, что согласно способу обработки '5 титановых, сплавов, включающему тер-, моциклическую обработку в (ot+ р) области, закалку и старение, закалку

   74. 2 проводят перед термоцикпичёской обработкой с температуры на 10-50°С выше температуры полного полиморфного превращения сплава, а термоциклическую обработку осуществляют путем нагрева со скоростью 1-100 град/с до температуры 10-40°С и охлаждения до температу'.ры на 100-300°С ниже температуры полиморфного превращения с выдержкой при указанных температурах 5—’ 120 мин.

   Закалка титанового сплава с пластинчатой структурой с температуры )На 10-50°С выше его полного полиморфного превращения (из р-обласТи ) резко повышает плотность дислокаций и f других дефектов кристаллической решетки сплава. ·

   Указанное обстоятельство объясняется возникновением значительных термических напряжений в процессе образования мартенситной структуры вследствие значительной анизотропии коэффициента линейного теплового расширения существующих в сплаве фаз при охлаждении. Ограничение максимальной температуры нагрева под закалку вызывается необходимостью получения как можно более дисперсного мартенсита. При нагреве закаленного сплава до температур на 10-40^QC ниже полного полиморфного сплава (на этапе первого цикла термоциклирования) происходит распад мартенсита с образованием относительно (в сравнении с исходной пластинчатой структурой) дисперсных пластин с6~фазы, наследующих дефектную структуру мартенсита, выражённую во множественном двойниковании et-пластин. Наличие двойниковых Границ и субграниц, разделяющих пластину-кристалл οό-фазы на ряд более мелких объемов, позволяет в процессе термоциклирования трансформировать пластинчатую структуру сплава в глобулярную путем сфероидизации субзерен с формированием новых d>-зерен g бывшей оС-пластине. Возможность осуществления преобразования пластинчатой структуры в глобулярную определяется подготовкой пластинчатой структуры к дроблению путем предварительной закалки (температура нагрева под закалку равна 10-50°С выше температуры полного полиморфного превращения) и 5“20~кратным термоциклированием путем нагрева сплава со скоростью 1-100° С/с до.темпера туры на 10-40°С и охлаждения (ско~. рость охлаждения 5°С/с) до температур на 100-300°С ниже полиморфного превращения. Термоциклирование в интервале указанных температур с выдержками при верхних и нижних температурах цикла от 5.до 120 мин обеспечивает дробление пластинчатой структуры, одновременно вызывая активное протекание в сплаве диффузионных процессов, что позволяет существенно снизить неоднородность химического и фазового состава сплава по всему объему,залечить возникшие при закалке .субмикротрещины. Однородность 'химического и фазового состава_ в совокупности с мелкозернистой глобулярной структурой дает Эффект существенного повышения пластичности и ударной вязкости сплава при обеспечении сравнительно высоких прочностных свойств.

   Пример. Цилиндрические заготовки 018 мм и длиной 80 мм из титанового сплава ВТ9 с пластинчатой структурой, температура полного полиморфного превращения которого составляет 1000°С, обмазывают стеклосмазкой ЭВТ-24 для защиты от окисления и затем каждую заготовку нагревают в индукторе со скоростью

   1014974 4.

   20°C/c, причем часть заготовок нагревают до Ю10°С, остальные заготовки нагревают до 1050°С. При достижении указанных температур заготовки немедленно закаливают охлаждением в воде. Закаленные заготовки подвергают 5-20-кратному термоциклированию последующему режиму-циклу« · .

   печной; или индукционный нагрев заготовки со скоростью 1-100°С/С до 975+15^0 и выдержка при этой температуре 5-120 мин;

   охлаждение заготовок на воздухе (скорость охлаждения’5°С/с) до температуры: а) 710+10°С; б)8Э0± +10^вС; выдержка заготовок при 710+ ±Ю°С и 890+10°С в течение 5-120 мин;

   печной или индукционный нагрев заготовки со скоростью Т-100°С/с до 975£15°С и выдержка при этой температуре 5-120 мин.

   После завершения 5-20-кратного термоциклирования заготовки охлажда25 ют на воздухе до комнатной температуры. Заключительной операцией обработки является старение заготовок по стандартному режиму при 530°С в течение 6 ч.

   30 Результаты механических испытаний сведены в таблицу.

   Пп

   Механические свойства

   Способ обработки

   Режим обработки

   1 Известный
2. 2 Предлагаемый Т =1010°С о ЭСдК

   Т_г -975°С . т_в =7Ю°С ν' =20°С/с н

   Г =120 мин

   N =5
3. 3 То же ^э^ЮЮ^С

   Τ_χ =975°С . , Т_п =890°С

   V_R =100°С/с

   X =5 мин · ^: N =20

   109-116

   109

   5-8

   10-14 ~ ‘2,2-2,8

   48 Ь,6

   110

   38 4,7

   Продолжение таблицы

   Τ' №' пп

   Способ обработки ””

   Механические свойства

   Режим обработки

   Предлагаемый

   W¹⁰⁵⁹⁴

   Т_г =9 75° С

   Т_я =710°С

   Ун ?л°с/с .

   Т' = 5 Мин;

   N =20^

   111
4. 4,8 и_

   110

   4,8

   Предлагаемый

   То же »7.10°С =100°С/с =120 мин

   113

   109
5. 5,2 ·♦

   4,4

   N =5 ч——

   Анализ результата из таблицы показывает, что предлагаемый способ позволяет повысить пластичность •сплава ВТ9 с исходной пластинча- ⁵⁰ Той структурой. Так, относительное удлинение ^ возрастает на 37-180¾. •относительное сужение (Ψ) - на _;t

   128-38(1%, ударная вязкость (о^) -' на •53’154%, при этом предел прочности 55 сохраняется на высоком уровне.

   Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа обработ ки титановых сплавов с пластинчатой структурой обеспечивается следующими преимуществами:

   получением высокой пластичности при сохранении прочности в сплавах с исходной пластинчатой структурой за счет преобразования структуры в однородную мелкозернистую, глобулярную', переводом сплава в равновесное структурно-однородное состояние, отсутствием в сплаве остаточных внутренних напряжений и субмикротрещин
6. 7 1014974 8 за счет активного протекания процес- простотой и технологичностью, сов диффузии при термоциклировании возможностью автоматизации процесса в относительно узком интервале вы- вследствие однотипности и повторяесоких температур; мости операций.