WO2008004906A1 - Method for producing sheet semifinished product from a titanium alloy - Google Patents
Method for producing sheet semifinished product from a titanium alloy Download PDFInfo
- Publication number
- WO2008004906A1 WO2008004906A1 PCT/RU2007/000123 RU2007000123W WO2008004906A1 WO 2008004906 A1 WO2008004906 A1 WO 2008004906A1 RU 2007000123 W RU2007000123 W RU 2007000123W WO 2008004906 A1 WO2008004906 A1 WO 2008004906A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- rolling
- temperature
- deformation
- carried out
- billet
- Prior art date
Links
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 title abstract description 35
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 171
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 85
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 31
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 11
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 7
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 abstract description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 13
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000002051 biphasic effect Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 238000002524 electron diffraction data Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000009862 microstructural analysis Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 102220253765 rs141230910 Human genes 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 241001132374 Asta Species 0.000 description 1
- 241000282461 Canis lupus Species 0.000 description 1
- CMSMOCZEIVJLDB-UHFFFAOYSA-N Cyclophosphamide Chemical compound ClCCN(CCCl)P1(=O)NCCCO1 CMSMOCZEIVJLDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003121 nonmonotonic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
Definitions
- the invention relates to the field of metal forming, and more particularly to sheet rolling, and relates to a method for manufacturing a semi-finished sheet of titanium alloy with a submicrocrystalline structure suitable for low-temperature superplastic deformation.
- the invention can be used in the manufacture of thin-sheet, including foil, semi-finished product from low-plastic biphasic titanium alloy.
- the quality of the semi-finished sheet is determined by the characteristics interconnected by means of modes and methods of rolling: surface condition, accuracy of geometric dimensions and shape, mechanical properties due to structure, incl. grain size, semi-finished product, as well as anisotropy or isotropy of mechanical properties, due to the type of metallographic texture formed during rolling.
- the thickness variation of the sheet semi-finished product can be transverse and longitudinal, respectively, along and across the direction of rolling. Violation of the form, as a rule, is expressed in the occurrence of waviness, warpage of the sheet prefabricated. Any change in the rolling conditions and characteristics of the rolled material is reflected in the final thickness and shape of the semi-finished sheet. In this case, the main factor affecting the formation and change of final dimensions in thickness is the rolling force. It is assumed that the elastic deformation of the working stand is directly proportional to the rolling force [1].
- Hot rolled strips are usually semi-finished products for subsequent cold rolling.
- Cold rolling of hot rolled pickled strips is carried out using intermediate annealing [1].
- a particularly large number of intermediate anneals are required by slightly ductile two-phase titanium alloys.
- the cold-rolled semi-finished product is characterized by the presence of a pronounced metallographic texture, leading to anisotropy of its properties.
- Anisotropy of the properties of the semi-finished sheet in most cases is undesirable. An exception may be attributed, perhaps, to electrical steel. If the sheet semi-finished product is subsequently subjected to deformation to obtain a product, such as a shell, then the anisotropy of its properties is not only undesirable, but even unacceptable.
- the solution to the problem is the use of warm rolling, in which the disadvantages inherent in both hot and cold rolling are not so clearly manifested.
- CMK submicrocrystalline
- HK nanocrystalline
- CMK and HK sheet semi-finished product The presence of a structure in a CMK and HK sheet semi-finished product is very relevant, since it further ensures the manufacture of a complex-shaped product by superplastic molding or in a superplastic molding process combined with diffusion welding (SPF / DS) using the effect of low-temperature superplasticity. Lowering the temperature of molding and / or diffusion welding can increase the durability of the tooling used in these processes and make them generally more economical. There is an opportunity to get a better connection of sheet titanium semi-finished products by reducing the saturation with gases of the surfaces to be joined.
- the preform has a coarse-grained lamellar or partially recrystallized globular-lamellar structure.
- An electric resistance furnace KS-300 is used to heat the workpieces.
- the superplasticity regime requires strict compliance with such deformation parameters as the deformation temperature, strain rate, and grain size in the workpiece under isothermal conditions in the deformation zone.
- the pretreatment of the preform to a structure with a submicron grain size is carried out by methods other than rolling by pressure treatment, since it is believed that it is not possible to carry out intensive and uniform plastic deformation of the material over the cross section of the preform to obtain a homogeneous submicrocrystalline structure in the sheet prefabricated.
- multilateral deformation which includes a set of operations of upsetting and drawing with the change of deformation axes.
- the objective of the invention is to improve the quality of a semi-finished sheet of titanium alloy, intended for further low-temperature superplastic deformation by stabilizing grain size, achieving a more complete isotropy of properties, and also by reducing the thickness variation of the semi-finished product, improving the quality of its surface, while reducing the economic cost of the technological cycle receiving a sheet semi-finished product.
- Another objective of the invention is to expand the technological capabilities of the method by producing particularly thin-sheet semi-finished products, including foil with predetermined geometric dimensions, surface cleanliness and grain size.
- An additional object of the invention is to reduce the possible transverse thickness difference of the sheet semi-finished product and increase the degree of flatness.
- Another additional objective of the invention is to further reduce the cost of implementing the technological cycle of obtaining a sheet of semi-finished product, including the stage of preparation of the structure in the original workpiece.
- the tasks are solved in the case when the method of manufacturing a semi-finished sheet of titanium alloy suitable for low-temperature superplastic deformation, including rolling a workpiece with a prepared structure at a temperature below the polymorphic transformation temperature in isothermal or quasi-isothermal conditions provided by heating the rolls, differs from the known that rolling is carried out in a low-temperature superplastic mode deformation, in this case, predominantly, in the first pass, the deformation is carried out with the degree ⁇ > ⁇ m j n , where ⁇ m j n is the minimum degree at which the structural state of the alloy is formed in the selected temperature-speed rolling mode, which is necessary to ensure the cooperative grain-boundary slippage (KZGP), in addition, after each subsequent rolling pass, immediately upon exiting the deformation zone, the workpiece is cooled to fix the structural state obtained during deformation, except for t On the other hand, during furnace heating of the billet for the next rolling pass, the heating time is limited in order to avoid disturbing the structural state of the alloy obtained in the previous rolling pass
- - rolling is carried out at a temperature selected in the temperature range from T PP -450 to T PP -350 ° C; - rolling is carried out with a strain rate selected in the speed range from 10 "3 to 10 '1 s '1 ;
- the workpiece is heated by contact with the work rolls;
- - for rolling use a workpiece with a prepared globular structure, with a grain size of less than 1 micron;
- - for rolling use a workpiece with a prepared lamellar structure, with a grain size in the cross section of less than 1 ⁇ m;
- - preparation of the structure in the billet for rolling is carried out by pre-rolling the initial billet with a grain size of at least one cross section, not more than 10 microns, until a degree of deformation of at least 80% is reached, while rolling starts at a temperature selected in the temperature range from T pp - 300 ° C to T pp - 200 ° C, and finish at a temperature not lower than the temperature of the main rolling with the strain rate selected in the range from 10 2 to 10 ° c " ⁇ ;
- - preparation of the structure in the billet for rolling is carried out by preliminary rolling of the initial billet with a grain size of 10 to 80 ⁇ m, carried out in two stages, and at the first stage, the initial billet is rolled to a degree of deformation of not more than 60%, while rolling starts at a temperature , selected in the temperature range of T pp - 200 ° c to T pp - 5O 0 c and finished at a temperature not lower than the temperature of the primary rolling at a strain rate is selected in the range of from 10 "2 to 10" is rolled on the second stage for otovku under isothermal or quasi-isothermal conditions at a temperature and strain rate with the main rolling to achieve the degree of strain 20-30%.
- - rolling is carried out using a rolling mill having two workers and at least four backup rolls;
- the method is not only designed to produce a semi-finished sheet suitable for low-temperature superplastic deformation, but also the rolling itself is carried out in the low-temperature superplasticity mode.
- efforts aimed at preparing the structure in the billet for rolling are spent more strictly for their intended purpose.
- the technical essence of the rolling method it is more important to change, compared with the known solution, the technical essence of the rolling method.
- the main mechanism of alloy deformation under conditions of superplasticity is grain boundary slippage (CGP).
- CGP grain boundary slippage
- Involvement in the process of deformation of the entire or most of the volume of pre-fabricated ZGP takes on a cooperative character - KZGP [6, 7].
- KZGP grain boundary slippage
- the grains do not stretch and remain equiaxed or in other words globular.
- the formation of both a metallographic and crystallographic texture occurs to a much lesser extent.
- the texture if the texture took place in the initial billet, then during deformation under conditions of superplasticity, due to KZGP, the texture is scattered.
- KZGP during rolling provides an isotropy of the properties of the semi-finished sheet in any arbitrary direction on the sheet plane.
- KZGP When a deforming force is applied, KZGP does not begin to develop immediately.
- a shear band is formed, combining a large number of consecutively conjugated grain boundaries. This process occurs according to the principle of self-organization and is associated with an increase in angles in triple joints (straightening of boundaries).
- an intensive increase in the flow stress is observed, which entails an increase in the deformation force (Fig. 7, 8).
- the flow stress is established at a stationary level or gradually decreases.
- the specific value of the degree of deformation required to establish the process depends on the grain size in the deformable workpiece, the smaller the grain size, the smaller the degree of deformation required to form the necessary structural state.
- the stage of stable flow corresponds to the superplasticity regime, when KZGP acts as the main mechanism of deformation.
- KZGP acts as the main mechanism of deformation.
- the presence of formed shear bands, that is, KZGP, is judged, as noted above, by the flow stress - strain diagram (hereinafter simplified stress - strain), which is removed for the simplest and most obvious case of sample loading - uniaxial tension (continuous line in Fig. 7 ) It should be noted that with small degrees of deformation (10-15%), the values of relative strains during tension and during rolling (compression) are close, and the comparison is valid.
- shear bands mainly in the first pass, so that in subsequent passes, when the workpiece section again falls into the deformation zone, already have formed shear bands, and as a result, if possible, in all subsequent passes to stabilize the plastic characteristics of the rolled material and the force rolling.
- a workpiece with a prepared, globular CMK or HK structure is subjected to rolling, already after 5-7% deformation, the structural state necessary for the implementation of KZGP is achieved. If a workpiece with a prepared, lamellar structure with a plate size in the cross section of less than 1 ⁇ m is subjected to rolling, the degree value can be larger than in the previous case and amount to 10-15%.
- FIG. Figure 8 shows a diagram taken for a continuous and fractional process of loading a sample with partial (at 100 ° C) cooling during removal of the load, which shows the convergence of both graphs.
- warm rolling provides semi-finished sheet products with high accuracy and surface finish due to the almost complete elimination of the formation of a gas-saturated layer and scale.
- the reduction in rolling forces characteristic of superplasticity, and the elimination of the further processing of the sheet prefabricated product to remove the gas-saturated layer, as well as the absence of the need for vacuum result in a significant reduction in the economic costs of implementing the technological cycle of producing high-quality sheet prefabricated products, despite the need to heat the rolls.
- each particular deformation temperature carried out in the superplasticity mode corresponds to its specific grain size.
- this is a grain size of less than 1 ⁇ m. This implies the need for special preparation of the structure in the procurement, since industrial steel today does not meet the specified requirements.
- the invention is concretized and supplemented. Experimentally verified optimal temperature and speed strain intervals under conditions of low-temperature superplasticity are presented, which are suitable for most titanium alloys.
- the technique which is that when rolling to achieve a compression ratio of 30-60%, after every three to five longitudinal passes, turn the workpiece through 90 ° and conduct a transverse passage, and the rest of the deformation typed during rolling in one direction, allows you to increase the degree of flatness of the card. After 60% reduction, platelet disturbance is not significant.
- the difference from the known method [5] is that there a similar technique is used only to ensure anisotropy of the properties of the card in the corresponding directions on its plane.
- the workpiece In the manufacture of prefabricated sheets with a thickness of not more than 1 mm, the workpiece is heated directly by contact with the work rolls. This process can be considered quasi-isothermal. Due to the small thickness of the sheet and the slow rolling speed in the deformation zone rather quickly, already at the initial stage of rolling, the required temperature is established. A workpiece of a greater thickness warms up slowly, or may not have time to warm up to a predetermined temperature during rolling, therefore, such a workpiece is heated in a furnace immediately before rolling. In this case, as a rule, use a continuous furnace. To implement low-temperature superplasticity and KZGP during rolling use a workpiece with a prepared structure.
- the structure should be a homogeneous structure with equiaxed (globular) grains, with a size of less than 1 micron.
- the structure may be such in the initial procurement, that is, prepared in advance by known methods [4, 5]. In this case, in order for the KZGP to "work)), it is enough to form shear bands between the grains, which corresponds, as was noted, approximately 5-10% of the deformation.
- the structure can be prepared in such a way as to transform into the necessary structure during rolling, mainly in the first pass.
- This requirement “meets the lamellar structure with elongated grains, with a cross-sectional size of from 0.9 to 1.5 microns.
- the low rolling temperature and the slow deformation rate during rolling provide the dynamic recrystallization process with the division of the plates and the formation of very small, about 0.2 ⁇ m, equiaxed grains. Isothermal conditions ensure the uniformity of the course of this process and its smooth transition into the process of formation of shear bands. In this case, approximately 10-15% deformation is required.
- KZGP develops, that is, in the absence of dynamic recrystallization, the grains retain their shape and size.
- Such a lamellar structure can be obtained by preliminary rolling the initial billet.
- the billet is subjected to preliminary rolling, which is started at a temperature that is lower than the polymorphic transformation temperature by 200 to 300 0 C, and injected at a temperature not lower than the temperature of the main rolling with a strain rate selected in velocities ranging from 10 "2 to 10 ° sec" 1.
- the strain rate selected in this interval contributes to the active process of dynamic recrystallization.
- the degree of deformation exceeds the degree, of the order of 70%, necessary for the development of dynamic recrystallization. The latter means that in the process of deformation, the grains acquire an equiaxed shape, and then they lose it again, that is, are elongated.
- the preform acquires a lamellar structure, with a cross-sectional size of the plates from 0.9 to 1.5 ⁇ m. If the grain size in the original billet exceeds 10 ⁇ m, the billet is subjected to preliminary rolling in two stages. Moreover, at the first stage, the initial billet is rolled to a degree of deformation of not more than 60%, while rolling starts in the temperature range from T pp -300 0 C to T pp -200 ° C and is completed at a temperature not lower than the rolling temperature with a strain rate selected in the range from 10'2 to 10 s "1.
- the workpiece is rolled under isothermal conditions at a temperature and with a strain rate of the main rolling until a strain of 20-30% is reached.
- a feature of such a two-stage rolling is that the degree of deformation at at the first stage, the degree of deformation should be less than that leading to the formation of equiaxed (globular) grains in the workpiece as a result of dynamic recrystallization. Deformation with a degree of less than 60% only leads to elongation and thinning of the plates. If the grains become equiaxed and are large enough, then Subsequently, significant deformation will be needed to give them a plate shape.To prevent the development of the process of dynamic recrystallization, thin plates can be obtained.
- heating for the first pass of the main rolling may be accompanied by static recrystallization, which contributes to some leveling of the structure and globularization of the grains.
- the structure is completely leveled, and the grains acquire equiaxed shape already during the main rolling process.
- the highest dimensional accuracy of a semi-finished sheet product can be achieved if rolling is carried out using a rolling mill having two workers and at least four backup rolls, for example a six-roll mill (Fig. L).
- the cooling of the backup rolls in direct contact with the work rolls allows, firstly, to increase the rigidity of the roll system. Secondly, the uneven cooling of the backup rolls directly in contact with the work rolls allows you to create a slight gradient along the length of the barrel of the work roll, sufficient to reduce the transverse thickness variation of the sheet. The most optimal is the cooling of the backup rolls by cooling the respective bearing units.
- the cooling intensity of the bearing units in this case depends on the required value of the roll barrel
- an adjustable electric resistance heater integrated in the roll, which allows you to set the optimum temperature of the roll depending on the grade of alloy and grain size in the workpiece for rolling.
- FIG. 1 is a diagram of a method
- Fig.Z is the microstructure and electron diffraction pattern of the sheet semi-finished product obtained after rolling the initial billet with a structure prepared by methods other than rolling;
- Figure 4 - the microstructure of the initial billet prepared by rolling in one stage, x500;
- Figure 5 the microstructure of the initial billet prepared by rolling in two stages, x500;
- 6 is a microstructure of a sheet of semi-finished product obtained after rolling the initial billet with the structure prepared by rolling;
- FIG. 7 stress-strain diagrams for a continuous and fractional process with intermediate annealing without load for 1 min;
- Fig. 8 is a stress-strain diagram for a continuous and fractional process with partial (at 100 ° C) cooling during unloading; Fig.9 - the calculated deflection of the backup roll under the action of the experimentally obtained rolling force.
- the maximum difference in the deflection of the middle part and the edge of the barrel is 0.054 mm.
- KTP 18x10 "6 and a wolf diameter of 150 mm, it is compensated by a temperature difference of 40 ° C.
- FIG. 1 shows: 1 - rolled billet; 2 - work rolls with built-in heaters (the latter are not shown in the figure); 3 - backup rolls (number - four); 4 - feedthrough preheating furnace. Examples of specific performance of the method:
- Examples are given on methods for manufacturing a prefabricated sheet 0.3 mm thick and a 0.05 mm thick foil from titanium alloys BT-6 and BT-22.
- Two-phase titanium alloys BT22 and BT6 were processed.
- the temperature of the polymorphic transformation and the chemical composition of the alloys in mass. % are given in table 1. Examples are given for the manufacture of strips with a thickness of 0.1; 0.5 and 0.7 mm. Table 1
- Example 1 It is necessary to obtain by rolling a sheet of two-phase titanium alloy BT6 0.5 mm thick.
- the initial billet with a thickness of 14 mm and a size of 6O x 100 mm, with a grain size of 0.4 ⁇ m (Fig. 2) was obtained by multiaxial precipitation with decreasing temperature to 600 0 C [5].
- the rolling temperature was chosen 56O 0 C, which is 43O 0 C lower than the temperature of the polymorphic transformation.
- the linear speed of rotation of the rolls 1 mm / s, which corresponded to the strain rate in the center 5xlO "3 s " 1 .
- the initial billet was rolled on a six-roll mill LIS-6/200, with heated work rolls with a diameter of 65 mm (Fig. 1).
- the heating temperature of the work rolls is 560 0 C.
- the rolls were heated from the inside by built-in resistance electric heaters.
- the heating of the backup rolls occurs as a result of contact with the work rolls and reaches 120-180 ° C in the middle of the roll barrel.
- the cooling of the backup rolls is carried out by pumping liquid lubricant through the bearing units.
- the cooling rate is selected so that the temperature difference between the middle and the edge of the barrel of the backup rolls is 40 ⁇ 5 ° C, which provides compensation for the deflection of the rolls and obtain a uniform sheet thickness.
- the temperature of the backup rolls is controlled by a thermal imager.
- a feed-through furnace was installed at the mill inlet (Fig. 1), the heating temperature in which was 560 0 C.
- the degree of deformation in the first pass was 15%. As we approach the final thickness, the degree of deformation per passage decreases. Total number of passes 32.
- the preform was cooled in air to a temperature of 400 to 45O 0 C. Before each subsequent pass, the preform was placed in a continuous furnace. The heating time was determined from the calculation of 1 min per 1 mm of thickness, which is sufficient only for heating the workpiece and does not imply holding the workpiece at a temperature. After reaching a strip thickness of 5 mm, the length of the workpiece becomes greater than the length of the continuous furnace.
- the workpiece is fed to the rolls.
- the rest of the workpiece is heated by a continuous furnace as the strip enters the deformation zone.
- the long billet cannot be heated entirely, since at a low rolling speed this will lead to exposure at the rolling temperature.
- the length of the heated zone of the kiln was 300 mm. This technique provides heating, but limits the residence time of the billet at rolling temperature, which allows you to maintain the structural state of the material between passes, which is necessary for the implementation of the main mechanism of superplasticity.
- the furnace temperature was set equal to 400 to 450 ° C, and the final heating was carried out directly from the work rolls when the strip entered the contact zone.
- the resulting sheets were thoroughly examined. Deviations of the sheet thickness from the specified 0.5 mm did not exceed 0.02 mm.
- the surface was covered with a dense thin oxide film of a dark blue color with no signs of scale.
- the methods of microstructural analysis and microhardness measurements showed the absence of gas saturation of the surface layer at a depth of more than 1 ⁇ m.
- the intensity of the texture maxima, characterizing the degree of anisotropy did not exceed two units of pole density.
- the temperature of the feed-through furnace at the inlet of the mill was 550 ° C.
- the linear speed of the rolls was 1 mm / s, which, at 10% compression during the passage, ensured a deformation rate in the center of 6x10 "3 s " 1 . This corresponds to the conditions of low temperature superplasticity for a given alloy.
- the use of a feed-through furnace eliminates the undercoating of the workpiece at such a low feed rate.
- the workpiece was cooled in air.
- the resulting stripes were coated with a dense dark blue oxide film. Microstructural analysis and microhardness measurements showed the absence of gas saturation of the surface layer, at least at a depth whiter than 1 ⁇ m.
- Deviations of the sheet thickness from the specified 0.7 mm did not exceed 0.01 mm.
- Example 3 Similar to example 1 except that the rolling temperature was chosen equal to 600 0 C, and the deformation per pass at the initial stage was 20%. At the same roll rotation speed (1 mm / s), the deformation rate in the center was 1, IxIO -2 C "1. This also corresponds to the conditions of low-temperature superplasticity for an alloy with a given grain size at a given temperature. As a result, the number of passes is reduced to 23 while maintaining the geometric parameters of the resulting sheet. In this case the grain size of the original workpiece is preserved. This technique has achieved a significant increase in process productivity.
- Example 4 Similar to example 1 except that at the initial stage of rolling, after every 3 passes, the workpiece was rotated 90 ° and a transverse pass was made. This technique was performed until a reduction ratio of 60% was achieved, while the workpiece width became equal to the roll barrel length (200 mm). To achieve the necessary combination of the degree of compression and the width of the workpiece, the dimensions of the original workpiece, in contrast to example 1, were selected 16 x 60 x 80 mm, This method has achieved the following goals:
- Example 5 Similar to example 1, but aimed at obtaining sheets with a thickness of less than 0.5 mm.
- the strip When the strip reaches the specified value, it is fed to the hot rolls without preliminary heating, or the temperature of the input device is set to not more than Vi T rolling.
- This technique limits as much as possible the residence time of the workpiece at the rolling temperature, which helps to maintain the state of superplasticity of the material between the passes and increases the accuracy of the final rolling in thickness.
- Example 6 As the initial billet taken industrial bar BT22 alloy with a diameter of 60 mm with a plate structure with an average plate size of 80 x 6 microns.
- the billet is heated to a temperature of 850 ° C, which is 30 ° C lower than the temperature of polymorphic transformation, and 300 0 C higher than the temperature of the main rolling.
- the workpiece is rolled on a DUO 300 mill, on cold rolls, at a speed of 200 mm / s. With a compression ratio of 20% per pass, this corresponds to a strain rate of 1.2 s "1.
- the rolling is carried out in several passes to a thickness of 10 mm, which is 83% reduction. After the first three passes, the workpiece is turned and one transverse pass is performed.
- the workpiece temperature decreases in each pass by 10-15 ° C up to 700 ° C.
- the degree of compression per pass is reduced, which leads to a gradual decrease in the deformation rate in the center to values below 10 s "1 .
- the scale is cleaned from the preform and the gas-saturated layer of 0.12 mm on each side is removed.
- a lamellar structure is formed with thin grains elongated in the rolling direction, the average size of which in the transverse direction is 1.3 ⁇ m (Fig. 4).
- the final rolling was carried out analogously to example 2. But in the first pass, an increased pressing force of the rolling stand was required.
- the lamellar structure is gradually transformed into a globular submicrocrystalline and the process goes into a low-temperature superplasticity mode.
- the structure of the obtained sheet is less uniform than in the case of a submicrocrystalline preform, but also submicrocrystalline. With a grain size of 0.4-0.5 microns and an elongation coefficient in the longitudinal section of the strip 1.4. The crystallographic texture is poorly expressed.
- Example 7 As the initial billet, a BT22 alloy billet with a size of 100x60x60 mm and an average grain size of 50 ⁇ m was taken. The workpiece is heated to a temperature of 820 0 C. The workpiece is rolled on a DUO 300 mill, on cold rolls, at a speed of 100 mm / s. With a compression ratio of 20% per pass, this corresponds to a strain rate of 0.7 s "1. The rolling is carried out in two stages, with several passes at each. The first stage is rolling to a thickness of 27 mm, which is 55% compression. In the preliminary process rolling temperature of the workpiece decreases at each pass by 10-15 0 C up to 65O 0 C.
- Patent RU 2058418 IPC C22F 1/18, 1996.
- Patent RU 2224047 IPC C22F 1/18, 2004.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
The invention relates to a method for producing sheet semifinished product which is made of a titanium alloy having a submicrocrystalline structure and is suitable for low-temperature siuperplastic deformation. In a more efficient way, said invention can be used for producing sheet semiproduct, including foil, from a low-ductile titanium alloy. The inventive method consists in rolling a blank having a prepared structure at a temperature lower than a polymorphic transformation temperature in isothermal or quasi-isothermal conditions formed by hot rolls. The rolling is carried out in a low-temperature superplastic deformation mode. Preferably, during the first operation, deformation is carried out with a degree of reduction εmin, wherein εmin is the minimum degree, at which the structural state of alloy for obtaining a cooperative grain-boundary slipping during deformation is formed in selected temperature-speed conditions. After each successive rolling operation, the blank is cooled directly at the exit thereof from a deformation zone for fixing the thus obtained by deformation structural state. When the blank is heated in a furnace for a successive rolling operation, a heating time is limited in such a way that the alloy structural state obtained at the previous rolling operation is preserved. Said invention makes it possible to improve the quality of a sheer semiproduct to be exposed to following low-temperature siuperplastic deformation.
Description
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПОЛУФАБРИКАТА ИЗ METHOD FOR PRODUCING A SHEET SEMI-FINISHED PRODUCT FROM
ТИТАНОВОГО СПЛАВАTITANIUM ALLOY
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, более конкретно, листопрокатному производству, и касается способа изготовления листового полуфабриката из титанового сплава с субмикрокристаллической структурой, пригодного для низкотемпературной сверхпластической деформации. С наибольшей эффективностью изобретение может быть использовано при изготовлении тонколистового, включая фольгу, полуфабриката из малопластичного двухфазного титанового сплава. Качество листового полуфабриката определяется взаимосвязанными между собой посредством режимов и приемов прокатки характеристиками: состоянием поверхности, точностью геометрических размеров и формы, механическими свойствами, обусловленными структурой, в т.ч. размером зерен, полуфабриката, а также анизотропией или изотропией механических свойств, обусловленными типом образующейся при прокатке металлографической текстуры.The invention relates to the field of metal forming, and more particularly to sheet rolling, and relates to a method for manufacturing a semi-finished sheet of titanium alloy with a submicrocrystalline structure suitable for low-temperature superplastic deformation. With the greatest efficiency, the invention can be used in the manufacture of thin-sheet, including foil, semi-finished product from low-plastic biphasic titanium alloy. The quality of the semi-finished sheet is determined by the characteristics interconnected by means of modes and methods of rolling: surface condition, accuracy of geometric dimensions and shape, mechanical properties due to structure, incl. grain size, semi-finished product, as well as anisotropy or isotropy of mechanical properties, due to the type of metallographic texture formed during rolling.
Тенденция на повышение точности размеров и формы листового полуфабриката и повышение чистоты его поверхности, всегда была определяющей. С одной стороны это продиктовано проблемой экономии металла, с другой - ужесточением требований потребителей в связи со спецификой ряда отраслей промышленности. Так, например, невозможно подвергнуть вытяжке, а тем более глубокой вытяжке, листовой полуфабрикат, имеющий разнотолщинность, поскольку из-за локализации деформации неизбежен необратимый брак по толщине стенок изделия, вплоть до разрыва листового полуфабриката в процессе вытяжки. Невозможно также подвергнуть диффузионной сварке листы, имеющие грубую поверхность и нарушение планшетности.The tendency to improve the accuracy of the size and shape of the semi-finished sheet and to increase the cleanliness of its surface has always been decisive. On the one hand, this is dictated by the problem of saving metal, and on the other, toughening consumer requirements in connection with the specifics of a number of industries. So, for example, it is impossible to stretch, and even more deeply stretch, a semi-finished sheet product having different thicknesses, since irreversible rejection by the wall thickness of the product is inevitable due to the localization of the deformation, until the sheet semi-finished product ruptures during the drawing process. It is also impossible to diffuse weld sheets having a rough surface and breaking flatness.
С уменьшением толщины листового полуфабриката поле допусков имеет ещё более узкие пределы. Разнотолщинность листового полуфабриката может быть поперечной и продольной, соответственно вдоль и поперек направления прокатки. Нарушение формы, как правило, выражается в возникновении волнистости, коробоватости листового полуфабриката.
Любое изменение условий прокатки и характеристик прокатываемого материала отражается на конечной толщине и форме листового полуфабриката. При этом основньм фактором, влияющим на формирование и изменение конечных размеров по толщине, является усилие прокатки. Принимается, что упругие деформации рабочей клети прямо пропорциональны усилию прокатки [1]. При горячей и теплой прокатке колебания усилия прокатки вызываются также изменением сопротивления деформации прокатываемого материала, вызванного в свою очередь колебанием температуры прокатки. Кроме того, усилие прокатки зависит от натяжения, биения валков, толщины прокатываемой заготовки (подката). Вследствие технологической наследственности, существующей в листопрокатном производстве, появившаяся разнотолщинность листового полуфабриката, не исчезает полностью, несмотря на выравнивающее действие последующих процессов прокатки, а на станах без систем регулирования может и усугубиться. Помимо отмеченного, толщина и качество поверхности листового полуфабриката из титанового сплава из-за интенсивного окисления и насыщения поверхности титановой заготовки азотом и кислородом в значительной степени зависят от толщины твердого, насыщенного газами, и рыхлого окисленного слоя- окалины. Поэтому невозможно получить горячей прокаткой листовой полуфабрикат с высокой точностью размеров и чистотой поверхности без использования вакуума или специальной защитной среды. Но даже при их использовании при повышенных температурах снижается жесткость валковой системы и увеличивается величина упругой деформации валков. В результате горячей прокаткой вообще не удается получить тонколистовой полуфабрикат или фольгу.With a decrease in the thickness of the semi-finished sheet, the tolerance field has even narrower limits. The thickness variation of the sheet semi-finished product can be transverse and longitudinal, respectively, along and across the direction of rolling. Violation of the form, as a rule, is expressed in the occurrence of waviness, warpage of the sheet prefabricated. Any change in the rolling conditions and characteristics of the rolled material is reflected in the final thickness and shape of the semi-finished sheet. In this case, the main factor affecting the formation and change of final dimensions in thickness is the rolling force. It is assumed that the elastic deformation of the working stand is directly proportional to the rolling force [1]. During hot and warm rolling, fluctuations in the rolling force are also caused by a change in the deformation resistance of the rolled material, which in turn is caused by a fluctuation in the rolling temperature. In addition, the rolling force depends on the tension, runout of the rolls, the thickness of the rolled billet (rolled). Due to the technological inheritance that exists in sheet rolling, the resulting thickness of the semi-finished product does not disappear completely, despite the leveling effect of subsequent rolling processes, and on mills without control systems it can even get worse. In addition to the aforementioned, the thickness and surface quality of a semi-finished sheet of titanium alloy due to intense oxidation and saturation of the surface of the titanium billet with nitrogen and oxygen depend to a large extent on the thickness of the solid, saturated with gases, and the loose oxidized scale layer. Therefore, it is impossible to obtain hot-rolled sheet semi-finished products with high dimensional accuracy and surface cleanliness without the use of vacuum or a special protective environment. But even when used at elevated temperatures, the stiffness of the roll system decreases and the elastic deformation of the rolls increases. As a result, hot rolling generally fails to obtain a prefabricated sheet or foil.
Горячекатаные полосы, как правило, являются полуфабрикатами для последующей холодной прокатки.Hot rolled strips are usually semi-finished products for subsequent cold rolling.
Холодную прокатку горячекатаных протравленных полос осуществляют с использованием промежуточных отжигов [1]. Особенно большого числа промежуточных отжигов требуют мало пластичные двухфазные титановые сплавы. При холодной прокатке сопротивление деформации возрастает, при этом, усилия и моменты прокатки не должны превышать максимально допустимых величин для данного стана.
Холоднокатаный полуфабрикат характеризуется наличием ярко выраженной металлографической текстуры, приводящей к анизотропии его свойств. Анизотропия свойств листового полуфабриката в большинстве случаев является нежелательной. Исключение может быть отнесено, разве что, к электротехнической стали. Если листовой полуфабрикат в дальнейшем подвергается деформации для получения изделия, типа оболочки, то анизотропия его свойств не только нежелательна, а даже недопустима.Cold rolling of hot rolled pickled strips is carried out using intermediate annealing [1]. A particularly large number of intermediate anneals are required by slightly ductile two-phase titanium alloys. During cold rolling, the deformation resistance increases, while the forces and moments of rolling should not exceed the maximum allowable values for this mill. The cold-rolled semi-finished product is characterized by the presence of a pronounced metallographic texture, leading to anisotropy of its properties. Anisotropy of the properties of the semi-finished sheet in most cases is undesirable. An exception may be attributed, perhaps, to electrical steel. If the sheet semi-finished product is subsequently subjected to deformation to obtain a product, such as a shell, then the anisotropy of its properties is not only undesirable, but even unacceptable.
В определенной степени решением проблемы становится использование теплой прокатки, при которой не так явно проявляются недостатки, присущие как горячей, так и холодной прокатке.To some extent, the solution to the problem is the use of warm rolling, in which the disadvantages inherent in both hot and cold rolling are not so clearly manifested.
Кроме того, при теплой прокатке появляется возможность сохранения в листовом полуфабрикате из двухфазного титанового сплава субмикрокристаллической (CMK) или нанокристаллической (HK) структуры - мелкозернистой структуры, соответственно с размером зерен, менее 1 мкм, и менее 0, 1 мкм, если такая структура имела место в исходной заготовке. Конечно, возникает необходимость специальной подготовки такой структуры в исходной заготовке, но для этого известны множество способов. Даже качественный промышленный листовой прокат имеет сегодня размер зерен порядка 3-5 мкм. Наличие в листовом полуфабрикате CMK и HK структуры является весьма актуальным, так как обеспечивает в дальнейшем изготовление изделия сложной формы сверхпластической формовкой или в процессе сверхпластической формовки, совмещенной с диффузионной сваркой (СПФ/ДС) с использованием эффекта низкотемпературной сверхпластичности. Снижение температуры формовки и/или диффузионной сварки позволяет повысить стойкость технологической оснастки, используемой в этих процессах, и сделать их в целом более экономичными. Появляется возможность получить более качественное соединение листовых титановых полуфабрикатов за счет уменьшения насыщения газами соединяемых поверхностей. Также появляется возможность сохранить в готовом изделии CMK или HK структуру прокатанного полуфабриката, позволяющую наиболее полно реализовать уникальный комплекс механических свойств, присущих CMK и HK материалам, проявляющихся в повышении прочностных и усталостных характеристик. И, наконец, появляется уникальная возможность осуществить процесс совместной деформации заготовки из
алюминия или его сплава, и листового полуфабриката из титанового сплава с получением между ними соединения сваркой давлением при температуре порядка 400-450°C и ниже, при которых в зоне соединения не образуется хрупкий интерметаллидный слой. Изделия, в которых может быть реализовано такое соединение, представляют интерес для современной науки и техники. К настоящему времени в справочной литературе [2, 3] отмечается возможность соединения при указанных температурах заготовки из алюминия или его сплава и заготовки только из достаточно пластичного технически чистого титана или малолегированных титановых сплавов. Известен способ изготовления листового полуфабриката из двухфазного титанового сплава посредством теплой прокатки [4] при температуре начала деформации на величину от 400 до 550°C ниже температуры полиморфного превращения со скоростью от 10'4 до 10"2 с"1 и степенью деформации от 5 до 15% с последующим проведением отжига при температуре на величину от 400 до 550°C ниже температуры полиморфного превращения и повторением этого цикла обработки до достижения суммарной степени деформации от 75 до 95%. Для подготовки структуры предусматривается перед прокаткой подвергать заготовку предварительной обработке в β и (α+β)-oблacтяx. После такой предварительной обработки заготовка имеет крупнозернистую пластинчатую или частично рекристаллизованную глобулярно-пластинчатую структуру.In addition, during warm rolling, it becomes possible to maintain a submicrocrystalline (CMK) or nanocrystalline (HK) structure in a semi-finished sheet from a two-phase titanium alloy — a fine-grained structure, respectively, with a grain size of less than 1 μm and less than 0.1 μm, if such a structure had place in the original workpiece. Of course, there is a need for special preparation of such a structure in the initial procurement, but many methods are known for this. Even high-quality industrial sheet metal today has a grain size of the order of 3-5 microns. The presence of a structure in a CMK and HK sheet semi-finished product is very relevant, since it further ensures the manufacture of a complex-shaped product by superplastic molding or in a superplastic molding process combined with diffusion welding (SPF / DS) using the effect of low-temperature superplasticity. Lowering the temperature of molding and / or diffusion welding can increase the durability of the tooling used in these processes and make them generally more economical. There is an opportunity to get a better connection of sheet titanium semi-finished products by reducing the saturation with gases of the surfaces to be joined. It is also possible to preserve the structure of the rolled semi-finished product in the finished product CMK or HK, which allows to fully realize the unique set of mechanical properties inherent in CMK and HK materials, manifested in increased strength and fatigue characteristics. And finally, there is a unique opportunity to carry out the process of joint deformation of the workpiece from aluminum or its alloy, and a semi-finished sheet of titanium alloy to obtain a connection between them by pressure welding at a temperature of the order of 400-450 ° C and below, at which a brittle intermetallic layer is not formed in the connection zone. Products in which such a combination can be implemented are of interest to modern science and technology. To date, in the reference literature [2, 3], the possibility of joining a billet of aluminum or its alloy and a billet of technically pure enough titanium or low alloyed titanium alloys at indicated temperatures is noted. A known method of manufacturing a semi-finished sheet of a two-phase titanium alloy by warm rolling [4] at a temperature of the onset of deformation by an amount from 400 to 550 ° C below the temperature of the polymorphic transformation at a speed of from 10 '4 to 10 "2 s " 1 and the degree of deformation from 5 to 15% followed by annealing at a temperature of 400 to 550 ° C below the polymorphic transformation temperature and repeating this treatment cycle until a total degree of deformation of 75 to 95% is achieved. To prepare the structure, it is envisaged to pre-treat the billet in β and (α + β) regions before rolling. After such preliminary processing, the preform has a coarse-grained lamellar or partially recrystallized globular-lamellar structure.
При теплой прокатке по указанным режимам проходят процессы рекристаллизации и глобуляризации. Однако эти процессы по сечению листового полуфабриката наследственно развиваются неравномерно и не полностью. В результате получаемый полуфабрикат имеет неоднородную микроструктуру и, следовательно, неоднородные механические свойства. Неоднородность микроструктуры является недопустимым для дальнейшей сверхпластической деформации. Но даже при исключении неоднородности микроструктуры, недостаточно малый размер зерен не позволяет использовать полученный полуфабрикат для низкотемпературной сверхпластической деформации. Кроме того, колебания усилия прокатки, связанные с неоднородностью структуры, вызывают колебания по толщине прокатываемой заготовки.During warm rolling, recrystallization and globularization processes go through the indicated modes. However, these processes for the cross section of a semi-finished product are hereditarily developing unevenly and not completely. As a result, the resulting semi-finished product has an inhomogeneous microstructure and, therefore, inhomogeneous mechanical properties. The heterogeneity of the microstructure is unacceptable for further superplastic deformation. But even with the exclusion of heterogeneity of the microstructure, the insufficiently small grain size does not allow using the obtained semi-finished product for low-temperature superplastic deformation. In addition, fluctuations in the rolling force associated with the heterogeneity of the structure cause fluctuations in the thickness of the rolled billet.
Для осуществления теплой прокатки используется прокатный стан ДУО-
200. Для нагрева заготовок используется печь электросопротивления KS-300.For the implementation of warm rolling used rolling mill DUO- 200. An electric resistance furnace KS-300 is used to heat the workpieces.
Известен способ изготовления листового полуфабриката из титанового сплава [5], включающий предварительную обработку заготовки на структуру с субмикронным размером зерен и последующую прокатку. Прокатку начинают от температуры, выбранной в интервале температур на величину от 150 до 500°C ниже температуры полиморфного превращения, регламентируемой требуемым субмикронным размером зерен в готовом полуфабрикате. В результате может быть получен листовой полуфабрикат, пригодный для дальнейшей обработки в режиме низкотемпературной сверхпластичности. При этом непосредственно самапрокатка, хотя и предусматривает использование интервала температур, в который, как составная часть, входит интервал температур, характерный для низкотемпературной сверхпластичности, не осуществляется в режиме сверхпластичности. Режим сверхпластичности требует строгого соответствия таких параметров деформации, как температура деформации, скорость деформации и размер зерен в обрабатываемой заготовке при соблюдении изотермических условий в очаге деформации.A known method of manufacturing a sheet of a semi-finished product from a titanium alloy [5], including pre-processing the workpiece for a structure with a submicron grain size and subsequent rolling. Rolling starts from a temperature selected in the temperature range from 150 to 500 ° C below the polymorphic transformation temperature, which is regulated by the required submicron grain size in the finished semi-finished product. As a result, a semi-finished sheet product suitable for further processing in the low-temperature superplasticity mode can be obtained. In this case, self-rolling directly, although it involves the use of a temperature range, which, as part of the temperature range, which is characteristic of low-temperature superplasticity, is not carried out in the superplasticity mode. The superplasticity regime requires strict compliance with such deformation parameters as the deformation temperature, strain rate, and grain size in the workpiece under isothermal conditions in the deformation zone.
В известном способе [5] при пониженных температурах прокатку до необходимой толщины полуфабриката проводят за несколько проходов с частичными обжатиями 5-20%, причем после достижения суммарной степени деформации 40-65% осуществляют промежуточный отжиг при температуре ниже температуры полиморфного превращения сплава на величину от 150 до 500°C.In the known method [5] at reduced temperatures, rolling to the required thickness of the semi-finished product is carried out in several passes with partial reductions of 5-20%, and after reaching a total degree of deformation of 40-65%, intermediate annealing is carried out at a temperature below the polymorphic transformation temperature of the alloy by a value of 150 up to 500 ° C.
Предварительную обработку заготовки на структуру с субмикронным размером зерен осуществляют иными, чем прокатка, методами обработки давлением, поскольку считается, что осуществление интенсивной и равномерной пластической деформации материала по сечению заготовки для получения однородной субмикрокристаллической структуры в листовом полуфабрикате посредством только прокатки не представляется возможным. В качестве одного из методов, рекомендуется использовать многостороннюю деформацию, включающую совокупность операций осадки и протяжки со сменой осей деформирования.The pretreatment of the preform to a structure with a submicron grain size is carried out by methods other than rolling by pressure treatment, since it is believed that it is not possible to carry out intensive and uniform plastic deformation of the material over the cross section of the preform to obtain a homogeneous submicrocrystalline structure in the sheet prefabricated. As one of the methods, it is recommended to use multilateral deformation, which includes a set of operations of upsetting and drawing with the change of deformation axes.
В известном способе [5] прокатку предварительно обработанной на структуру с субмикронным размером зерен заготовки осуществляют в интервале
существования CMK структуры материала. Верхняя граница температурного интервала прокатки регламентируется требуемым субмикронным размером зерен в готовом листовом полуфабрикате. Нижняя граница ограничена технологической пластичностью обрабатываемого CMK материала. Таким образом, в процессе прокатки либо сохраняется исходная микроструктура предварительно обработанной заготовки, или зерна несколько измельчаются, или укрупняются в пределах субмикронного диапазона до требуемого размера зерен в готовом полуфабрикате. Но как уже отмечалось, любое изменение размеров зерен ведет к изменению пластичности прокатываемого материала, усилия прокатки, и как следствие колебаниям толщины листового полуфабриката.In the known method [5] rolling pre-processed on a structure with a submicron grain size of the workpiece is carried out in the range the existence of CMK material structure. The upper limit of the temperature range of rolling is regulated by the required submicron grain size in the finished sheet semi-finished product. The lower boundary is limited by the technological ductility of the material processed by CMK. Thus, during the rolling process, either the initial microstructure of the pre-processed billet is preserved, or the grains are slightly crushed, or coarsened within the submicron range to the required grain size in the finished semi-finished product. But as already noted, any change in grain size leads to a change in the ductility of the rolled material, the rolling force, and as a result, fluctuations in the thickness of the semi-finished sheet.
Также в известном способе может быть создана базисная текстура, обеспечивающая изотропию механических характеристик в двух направлениях в плоскости листа, благодаря использованию приема продольно-поперечной прокатки. Однако этот прием может быть использован в основном только для квадратных карточек.Also, in the known method, a basic texture can be created that provides isotropy of the mechanical characteristics in two directions in the plane of the sheet, due to the use of longitudinal-transverse rolling. However, this technique can only be used for square cards.
Также в известном способе для уменьшения подстуживания заготовки в процессе прокатки в неизотермических условиях и стабилизации условий прокатки используют подогрев валков. В случае подогрева валков до температуры деформации прокатка осуществляется в изотермических условиях. Однако этот прием при осуществлении способа не является обязательным. Хотя если прокатку согласно известному способу начинать от температуры меньшей чем температура полиморфного превращения на 500°C, то в результате подстуживания на холодных валках, особенно при прокатке тонколистовых полуфабрикатов, может случиться так, что прокатка станет невозможной из-за недостаточной пластичности сплава.Also in the known method, to reduce the undercooking of the workpiece during the rolling process in non-isothermal conditions and to stabilize the rolling conditions, roll heating is used. If the rolls are heated to a deformation temperature, rolling is carried out in isothermal conditions. However, this technique is not required when implementing the method. Although if rolling according to the known method starts from a temperature lower than the polymorphic transformation temperature by 500 ° C, as a result of cold-rolling, especially during the rolling of semi-finished products, it may happen that rolling becomes impossible due to insufficient ductility of the alloy.
Несмотря на то, что размер зерен остается в пределах субмикронного диапазона, при использовании температур в интервале на величину от 150 до 200°C ниже температуры полиморфного превращения происходит активное растворение кислорода и азота в титане с образованием насыщенного газами слоя и окалины. Для получения полуфабриката с заданной толщиной приходится либо осуществлять прокатку в вакууме, либо защищать исходную заготовку оболочкой. В случае использования последнего приема при изготовлении
тонколистового полуфабриката или фольги могут возникнуть трудности при отделении их от оболочки, вплоть до нарушения целостности. Кроме этого, оба приема представляются экономически не выгодными. Экономически не выгодным представляется также то, что, используя достаточно трудоемкие приемы можно добиться получения в заготовке CMK структуры и даже HK структуры, с конкретным размером зерен порядка долей микрона, а затем, осуществив прокатку в интервале на величину от 150 до 200°C ниже температуры полиморфного превращения (Tпп), потерять этот конкретный размер зерен.Despite the fact that the grain size remains within the submicron range, when using temperatures in the range of 150 to 200 ° C below the polymorphic transformation temperature, oxygen and nitrogen are actively dissolved in titanium with the formation of a gas-saturated layer and scale. To obtain a semi-finished product with a given thickness, it is necessary either to carry out rolling in a vacuum or to protect the original billet with a shell. In the case of using the last trick in the manufacture thin-sheet semi-finished product or foil, it may be difficult to separate them from the shell, up to a breach of integrity. In addition, both methods seem economically unprofitable. It also seems economically unprofitable that, using fairly laborious methods, it is possible to obtain CMK structures and even HK structures with a specific grain size on the order of fractions of a micron, and then rolling in the range from 150 to 200 ° C below the temperature polymorphic transformation (T pp ), lose this specific grain size.
Задачей изобретения является повышение качества листового полуфабриката из титанового сплав, предназначенного для дальнейшей низкотемпературной сверхпластической деформации за счет стабилизации размера зерен, достижения более полной изотропии свойств, а также за счет снижения разнотолщинности полуфабриката, улучшения качества его поверхности, при снижении экономических затрат на осуществление технологического цикла получения листового полуфабриката.The objective of the invention is to improve the quality of a semi-finished sheet of titanium alloy, intended for further low-temperature superplastic deformation by stabilizing grain size, achieving a more complete isotropy of properties, and also by reducing the thickness variation of the semi-finished product, improving the quality of its surface, while reducing the economic cost of the technological cycle receiving a sheet semi-finished product.
Другой задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет получения особо тонколистовых полуфабрикатов, в том числе, фольги с заданными геометрическими размерами, чистотой поверхности и размером зерен. Дополнительной задачей изобретения является снижение возможной поперечной разнотолщинности листового полуфабриката и повышение степени его планшетности.Another objective of the invention is to expand the technological capabilities of the method by producing particularly thin-sheet semi-finished products, including foil with predetermined geometric dimensions, surface cleanliness and grain size. An additional object of the invention is to reduce the possible transverse thickness difference of the sheet semi-finished product and increase the degree of flatness.
Другой дополнительной задачей изобретения является дальнейшее снижение затрат на осуществление технологического цикла получения листового полуфабриката, включая этап подготовки структуры в исходной заготовке.Another additional objective of the invention is to further reduce the cost of implementing the technological cycle of obtaining a sheet of semi-finished product, including the stage of preparation of the structure in the original workpiece.
Поставленные задачи решаются в случае, когда способ изготовления листового полуфабриката из титанового сплава, пригодного для низкотемпературной сверхпластической деформации, включающий прокатку заготовки с подготовленной структурой при температуре ниже температуры полиморфного превращения в изотермических или квазиизотермических условиях, обеспечиваемых за счет нагрева валков, отличается от известного тем, что прокатку осуществляют в режиме низкотемпературной сверхпластической
деформации, при этом, преимущественно, на первом проходе деформацию осуществляют со степенью ε > ε mjn, где ε mjn -минимальная степень, при которой в выбранном температурно-скоростном режиме прокатки формируется структурное состояние сплава, необходимое для обеспечения при деформации кооперированного зернограничного проскальзывания (КЗГП), кроме того, после каждого очередного прохода прокатки, непосредственно при выходе из очага деформации, заготовку охлаждают для фиксирования полученного при деформации структурного состояния, кроме того, при печном нагреве заготовки под очередной проход прокатки ограничивают время нагрева во избежание нарушения структурного состояния сплава, полученного на предыдущем проходе прокатки.The tasks are solved in the case when the method of manufacturing a semi-finished sheet of titanium alloy suitable for low-temperature superplastic deformation, including rolling a workpiece with a prepared structure at a temperature below the polymorphic transformation temperature in isothermal or quasi-isothermal conditions provided by heating the rolls, differs from the known that rolling is carried out in a low-temperature superplastic mode deformation, in this case, predominantly, in the first pass, the deformation is carried out with the degree ε> ε m j n , where ε m j n is the minimum degree at which the structural state of the alloy is formed in the selected temperature-speed rolling mode, which is necessary to ensure the cooperative grain-boundary slippage (KZGP), in addition, after each subsequent rolling pass, immediately upon exiting the deformation zone, the workpiece is cooled to fix the structural state obtained during deformation, except for t On the other hand, during furnace heating of the billet for the next rolling pass, the heating time is limited in order to avoid disturbing the structural state of the alloy obtained in the previous rolling pass.
Поставленные задачи решаются, также если:The tasks set are also solved if:
- прокатку осуществляют при температуре, выбираемой в интервале температур от Tпп-450 до Tпп-350°C; - прокатку осуществляют со скоростью деформации, выбираемой в интервале скоростей от 10"3 до 10'1 с'1;- rolling is carried out at a temperature selected in the temperature range from T PP -450 to T PP -350 ° C; - rolling is carried out with a strain rate selected in the speed range from 10 "3 to 10 '1 s '1;
- при прокатке до достижения степени обжатия 30-60 %, через каждые три- пять продольных проходов, поворачивают заготовку на 90° и проводят поперечный проход, а оставшуюся часть деформации набирают при прокатке в одном направлении;- when rolling to achieve a compression ratio of 30-60%, after every three to five longitudinal passes, turn the workpiece by 90 ° and conduct a transverse pass, and the rest of the deformation is gained during rolling in one direction;
- при изготовлении листового полуфабриката толщиной не более 1 мм нагрев заготовки осуществляют за счет контакта с рабочими валками;- in the manufacture of a semi-finished sheet with a thickness of not more than 1 mm, the workpiece is heated by contact with the work rolls;
- для прокатки используют заготовку с подготовленной глобулярной структурой, с размером зерен менее 1 мкм; - для прокатки используют заготовку с подготовленной пластинчатой структурой, с размером зерен в поперечном сечении менее 1 мкм;- for rolling use a workpiece with a prepared globular structure, with a grain size of less than 1 micron; - for rolling use a workpiece with a prepared lamellar structure, with a grain size in the cross section of less than 1 μm;
- подготовку структуры в заготовке под прокатку осуществляют посредством предварительной прокатки исходной заготовки с размером зерен, по крайней мере, в одном сечении, не более 10 мкм до достижения степени деформации не менее 80%, при этом прокатку начинают при температуре, выбираемой в интервале температур от Tпп - 300°C до Tпп - 200 °C, и заканчивают при температуре не ниже температуры основной прокатки со
скоростью деформации, выбираемой в интервале от 10 2 до 10°c "ι;- preparation of the structure in the billet for rolling is carried out by pre-rolling the initial billet with a grain size of at least one cross section, not more than 10 microns, until a degree of deformation of at least 80% is reached, while rolling starts at a temperature selected in the temperature range from T pp - 300 ° C to T pp - 200 ° C, and finish at a temperature not lower than the temperature of the main rolling with the strain rate selected in the range from 10 2 to 10 ° c "ι ;
- подготовку структуры в заготовке под прокатку осуществляют посредством, предварительной прокатки исходной заготовки с размером зерен от 10 до 80 мкм, осуществляемой за два этапа, причем на первом этапе прокатывают исходную заготовку до достижения степени деформации не более 60 %, при этом прокатку начинают при температуре, выбираемой в интервале температур от Tпп - 200°C до Tпп - 5O0C и заканчивают при температуре не ниже температуры основной прокатки со скоростью деформации, выбираемой в интервале от 10"2 до 10 с" , на втором этапе прокатывают заготовку в изотермических или квазиизотермических условиях при температуре и со скоростью деформации основной прокатки до достижения степени деформации 20-30%.- preparation of the structure in the billet for rolling is carried out by preliminary rolling of the initial billet with a grain size of 10 to 80 μm, carried out in two stages, and at the first stage, the initial billet is rolled to a degree of deformation of not more than 60%, while rolling starts at a temperature , selected in the temperature range of T pp - 200 ° c to T pp - 5O 0 c and finished at a temperature not lower than the temperature of the primary rolling at a strain rate is selected in the range of from 10 "2 to 10" is rolled on the second stage for otovku under isothermal or quasi-isothermal conditions at a temperature and strain rate with the main rolling to achieve the degree of strain 20-30%.
- прокатку осуществляют с использованием прокатного стана, имеющего два рабочих и, по крайней мере, четыре опорных валка;- rolling is carried out using a rolling mill having two workers and at least four backup rolls;
- изменяют величину прогиба опорных валков, непосредственно соприкасающихся с рабочими валками, путем изменения интенсивности охлаждения подшипниковых узлов опорных валков;- change the magnitude of the deflection of the backup rolls in direct contact with the work rolls by changing the cooling intensity of the bearing assemblies of the backup rolls;
- нагрев рабочих валков осуществляют посредством расположенных внутри валков нагревателей электросопротивления.- heating of the work rolls is carried out by means of electric resistance heaters located inside the rolls.
Одним из основных отличительных признаков изобретения является то, что способ не только предназначен для получения листового полуфабриката, пригодного для низкотемпературной сверхпластической деформации, но и непосредственно сама прокатка осуществляется в режиме низкотемпературной сверхпластичности. При этом усилия, направленные на подготовку структуры в заготовке под прокатку расходуются более строго по назначению. Однако для достижения поставленных задач важнее изменение, по сравнению с известным решением, технической сущности способа прокатки.One of the main distinguishing features of the invention is that the method is not only designed to produce a semi-finished sheet suitable for low-temperature superplastic deformation, but also the rolling itself is carried out in the low-temperature superplasticity mode. At the same time, efforts aimed at preparing the structure in the billet for rolling are spent more strictly for their intended purpose. However, to achieve the objectives it is more important to change, compared with the known solution, the technical essence of the rolling method.
Для пояснения технической сущности предлагаемого способа рассмотрим более подробно физику процесса деформации в условиях сверхпластичности.To clarify the technical nature of the proposed method, we consider in more detail the physics of the deformation process in superplastic conditions.
Известно, что деформация в условиях сверхпластичности происходит до достижения значительной степени без накопления остаточных напряжений, причем при значительно меньших усилиях деформирования, что является особенно важным при обработке мало пластичных материалов, в том числе
двухфазного титанового сплава.It is known that deformation under conditions of superplasticity occurs to a significant degree without the accumulation of residual stresses, and with significantly lower deformation forces, which is especially important when processing low plastic materials, including biphasic titanium alloy.
Основным механизмом деформации сплава в условиях сверхпластичности является зернограничное проскальзывание (ЗГП). При достижении определенной степени деформации, т.е. вовлечении в процесс деформации всего или большей части объема заготовки ЗГП приобретает кооперированный характер - КЗГП [6, 7]. В отличие от внутризеренного скольжения, играющего при деформации в условиях сверхпластичности второстепенную роль, в процессе проскальзывания по границам, зерна не вытягиваются и остаются равноосными или другими словами глобулярными. В результате в значительно меньшей степени происходит образование как металлографической, так и кристаллографической текстуры. Более того, если в исходной заготовке текстура имела место, то при деформации в условиях сверхпластичности, благодаря КЗГП, текстура рассеивается. Таким образом, развитие КЗГП при прокатке обеспечивает изотропию свойств листового полуфабриката в любом произвольно выбранном направлении на плоскости листа.The main mechanism of alloy deformation under conditions of superplasticity is grain boundary slippage (CGP). Upon reaching a certain degree of deformation, i.e. Involvement in the process of deformation of the entire or most of the volume of pre-fabricated ZGP takes on a cooperative character - KZGP [6, 7]. Unlike intragranular glide, which plays a secondary role in deformation under superplastic conditions, in the process of slipping along the boundaries, the grains do not stretch and remain equiaxed or in other words globular. As a result, the formation of both a metallographic and crystallographic texture occurs to a much lesser extent. Moreover, if the texture took place in the initial billet, then during deformation under conditions of superplasticity, due to KZGP, the texture is scattered. Thus, the development of KZGP during rolling provides an isotropy of the properties of the semi-finished sheet in any arbitrary direction on the sheet plane.
При приложении деформирующего усилия КЗГП начинают развиваться не сразу. Сначала формируется полоса сдвига, объединяющая большое количество последовательно сопряженных границ зерен. Этот процесс происходит по принципу самоорганизации и связан с увеличением углов в тройных стыках (спрямлением границ). На этой стадии, соответствующей 3-15% деформации, наблюдается интенсивный рост напряжения течения, что влечет увеличение усилия деформирования (фиг. 7, 8). После формирования полос сдвига напряжение течения устанавливается на стационарном уровне или постепенно снижаются. При этом конкретное значение степени деформации, необходимое для установления процесса, зависит от размера зерен в деформируемой заготовке, чем меньше размер зерен, тем меньшая потребуется степень деформации для формирования необходимого структурного состояния. Стадия стабильного течения соответствует режиму сверхпластичности, когда в качестве основного механизма деформации выступает КЗГП. О наличии сформированных полос сдвига, то есть КЗГП, судят, как отмечено выше, по диаграмме напряжение течения - деформация (далее упрощенно напряжение - деформация), которую снимают для самого простого и наглядного случая нагружения образца - одноосного растяжения (непрерывная линия на фиг. 7). Следует отметить, что при
малых степенях деформации (10-15 %) значения относительных деформаций при растяжении и при прокатке (по обжатию) близки, и сравнение правомочно.When a deforming force is applied, KZGP does not begin to develop immediately. First, a shear band is formed, combining a large number of consecutively conjugated grain boundaries. This process occurs according to the principle of self-organization and is associated with an increase in angles in triple joints (straightening of boundaries). At this stage, corresponding to 3-15% deformation, an intensive increase in the flow stress is observed, which entails an increase in the deformation force (Fig. 7, 8). After the formation of shear bands, the flow stress is established at a stationary level or gradually decreases. Moreover, the specific value of the degree of deformation required to establish the process depends on the grain size in the deformable workpiece, the smaller the grain size, the smaller the degree of deformation required to form the necessary structural state. The stage of stable flow corresponds to the superplasticity regime, when KZGP acts as the main mechanism of deformation. The presence of formed shear bands, that is, KZGP, is judged, as noted above, by the flow stress - strain diagram (hereinafter simplified stress - strain), which is removed for the simplest and most obvious case of sample loading - uniaxial tension (continuous line in Fig. 7 ) It should be noted that with small degrees of deformation (10-15%), the values of relative strains during tension and during rolling (compression) are close, and the comparison is valid.
Однако такое поведение материала справедливо для монотонной деформации. При прокатке деформация является дробной. Очаг деформации постоянно перемещается, прокатка осуществляется за несколько проходов, причем степень деформации на проходе составляет, как отмечено, всего 10-15 %.However, this material behavior is valid for monotonic deformation. During rolling, the deformation is fractional. The deformation zone is constantly moving, rolling is carried out in several passes, and the degree of deformation on the passage is, as noted, only 10-15%.
Поэтому становится важным сформировать полосы сдвига, преимущественно, на первом проходе, чтобы на последующих проходах, когда участок заготовки вновь попадет в очаг деформации уже иметь сформированные полосы сдвига, и как результат, по возможности, на всех последующих проходах стабилизировать пластические характеристики прокатываемого материала и усилие прокатки.Therefore, it becomes important to form shear bands, mainly in the first pass, so that in subsequent passes, when the workpiece section again falls into the deformation zone, already have formed shear bands, and as a result, if possible, in all subsequent passes to stabilize the plastic characteristics of the rolled material and the force rolling.
Если прокатке подвергается заготовка с подготовленной, глобулярной CMK или HK, структурой, уже после 5-7 % деформации достигается необходимое для реализации КЗГП, структурное состояние. Если прокатке подвергается заготовка с подготовленной, пластинчатой структурой с размером пластин в поперечном сечении менее 1 мкм, значение степени может быть большим, чем в предыдущем случае и составить 10-15 %.If a workpiece with a prepared, globular CMK or HK structure is subjected to rolling, already after 5-7% deformation, the structural state necessary for the implementation of KZGP is achieved. If a workpiece with a prepared, lamellar structure with a plate size in the cross section of less than 1 μm is subjected to rolling, the degree value can be larger than in the previous case and amount to 10-15%.
Другим необходимым приемом для осуществления прокатки в условиях сверхпластичности, становится охлаждение заготовки при выходе из очага деформации после очередного прохода, позволяющее сохранить размер зерен и сформированные полосы сдвига. Выдержка материала между проходами при температуре близкой к температуре деформации, даже не приводящая к росту зерен, приводит к изменению состояния границ зерен и частичному восстановлению исходной структуры. Тем более, отжиг между проходами приводит к полному восстановлению равновесной структуры и укрупнению зерен. В обоих случаях, т.е. после выдержки и отжига наблюдается увеличение напряжения, по сравнению с напряжениями при непрерывном нагружении для тех же степеней деформации (фиг. 7).Another necessary technique for rolling under superplasticity is cooling the workpiece upon exiting the deformation zone after the next pass, which allows maintaining grain size and formed shear bands. Exposure of the material between passes at a temperature close to the deformation temperature, which does not even lead to grain growth, leads to a change in the state of grain boundaries and a partial restoration of the initial structure. Moreover, annealing between passes leads to a complete restoration of the equilibrium structure and enlargement of the grains. In both cases, i.e. after holding and annealing, an increase in stress is observed compared with stresses under continuous loading for the same degrees of deformation (Fig. 7).
На фиг. 8 приведена диаграмма, снятая для непрерывного и дробного процесса нагружения образца с частичным (на 100°C) охлаждением при снятии нагрузки, на которой заметно сближение обоих графиков.In FIG. Figure 8 shows a diagram taken for a continuous and fractional process of loading a sample with partial (at 100 ° C) cooling during removal of the load, which shows the convergence of both graphs.
Чтобы сохранить сформированные полосы сдвига ограничивают и время
нагрева заготовки под очередной проход прокатки при использовании печного нагрева. Последнее условие не требует соблюдения при нагреве тонколистовой заготовки за счет контакта с рабочими валками.To preserve the formed shear bands limit the time heating the workpiece for the next rolling pass when using furnace heating. The last condition does not require compliance when heating the sheet preform due to contact with the work rolls.
Реализация нового и неочевидного приема, заключающегося в воздействии на пластические характеристики прокатываемого материала с целью их стабилизации за счет сохранения состояния границ зерен в процессе дробной немонотонной деформации прокатки, становится эффективной, именно, при теплой прокатке. При горячей прокатке величина этого воздействия теряется на фоне интенсивного температурного воздействия на жесткость валковой системы. Поэтому другим необходимым приемом становится проведение прокатки в условиях низкотемпературной сверхпластичности.The implementation of a new and non-obvious technique, which consists in influencing the plastic characteristics of the rolled material in order to stabilize them by maintaining the state of grain boundaries in the process of fractional non-monotonic deformation of rolling, becomes effective, namely, during warm rolling. During hot rolling, the magnitude of this effect is lost against the background of intense temperature effects on the stiffness of the roll system. Therefore, another necessary technique is to carry out rolling under conditions of low-temperature superplasticity.
К тому же, теплая прокатка обеспечивает получение листовых полуфабрикатов с высокой точностью и чистотой поверхности за счет практически полного исключения образования насыщенного газами слоя и окалины. Как следствие, появляется возможность получить широкий ассортимент тонколистовых полуфабрикатов, включая разнообразные по толщине фольги, причем без использования вакуума или защитных сред. Снижение усилий прокатки, характерное для сверхпластичности, и исключение операции дальнейшей обработки листового полуфабриката для удаления насыщенного газами слоя, а также отсутствие необходимости использования вакуума приводят к значительному снижению экономических затрат на осуществление технологического цикла получения листового полуфабриката высокого качества, несмотря на необходимость подогрева валков.In addition, warm rolling provides semi-finished sheet products with high accuracy and surface finish due to the almost complete elimination of the formation of a gas-saturated layer and scale. As a result, it becomes possible to obtain a wide range of thin-sheet semi-finished products, including foils of various thicknesses, and without the use of vacuum or protective media. The reduction in rolling forces characteristic of superplasticity, and the elimination of the further processing of the sheet prefabricated product to remove the gas-saturated layer, as well as the absence of the need for vacuum, result in a significant reduction in the economic costs of implementing the technological cycle of producing high-quality sheet prefabricated products, despite the need to heat the rolls.
Как уже отмечалось, отдельно взятый интервал температур, характерный для низкотемпературный сверхпластичности, является составной частью известного интервала температур. Однако этот прием используется в совокупности с другими приемами способа. При этом новая комбинация дает многочисленные преимущества. Поэтому, рассматривая прием, заключающийся в осуществлении прокатки в интервале температур, являющемся частью известного, как одно из слагаемых, можно судить о заявляемом техническом решении, как обладающем сверхсуммарным эффектом по сравнению с известным.As already noted, a single temperature range characteristic of low-temperature superplasticity is an integral part of the known temperature range. However, this technique is used in conjunction with other methods of the method. Moreover, the new combination offers numerous advantages. Therefore, considering the technique of rolling in a temperature range that is part of the known as one of the terms, one can judge the claimed technical solution as having an extra-cumulative effect compared to the known one.
Для соблюдения режима низкотемпературной сверхпластичности в целом
необходимы также наличие однородной, равноосной и мелкозернистой структуры обрабатываемого сплава, и изотермических условий осуществления деформации.To comply with the regime of low-temperature superplasticity in general the presence of a homogeneous, equiaxial and fine-grained structure of the alloy being processed, and isothermal conditions for the implementation of the deformation are also necessary.
Каждой конкретной температуре деформации, осуществляемой в режиме сверхпластичности, соответствует свой конкретный размер зерен. Для низкотемпературной сверхпластичности это размер зерен менее 1 мкм. Отсюда вытекает необходимость специальной подготовки структуры в заготовке, так как промышленный прокат сегодня не отвечает указанным требованиям.Each particular deformation temperature carried out in the superplasticity mode corresponds to its specific grain size. For low-temperature superplasticity, this is a grain size of less than 1 μm. This implies the need for special preparation of the structure in the procurement, since industrial steel today does not meet the specified requirements.
При прокатке изотермические условия означают постоянство температуры в очаге деформации. Поэтому прием, заключающийся в подогреве валков, при осуществлении способа становится необходимым для решения поставленных задач. Деформационньм разогревом благодаря протеканию деформации со скоростью, характерной для низкотемпературной сверхпластической деформации, можно пренебречь. Или же деформационный разогрев заготовки может быть полностью скомпенсирован выбором соответствующей, более низкой, температуры валков. Например, если при скорости деформации έ = 10"2 с"1 за время прокатки заготовка разогревается на 30°C, то при выборе температуры валков, равной 470°C против требуемых 500°C, в очаге деформации будут строго соблюдены изотермические условия.During rolling, isothermal conditions mean a constant temperature in the deformation zone. Therefore, the technique of heating the rolls during the implementation of the method becomes necessary to solve the tasks. Deformation heating due to the occurrence of deformation at a rate characteristic of low-temperature superplastic deformation can be neglected. Or, the deformation heating of the billet can be fully compensated by the choice of the corresponding lower roll temperature. For example, if the isothermal conditions are strictly followed at a strain rate έ = 10 "with 2" 1 during the rolling the preform is heated at 30 ° C, then for selecting a roll temperature equal to 470 ° C against the required 500 ° C, in the deformation zone.
Следует отметить, что при прокатке тонких листов набирается большая суммарная степень деформации, что в сочетании с условиями низкотемпературной сверхпластичности, влияет на конечную структуру, а именно, приводит к дополнительному измельчению зерен, что можно расценивать как преимущество способа.It should be noted that when rolling thin sheets, a large total degree of deformation is gained, which, in combination with the conditions of low-temperature superplasticity, affects the final structure, namely, leads to additional grinding of grains, which can be regarded as an advantage of the method.
Таким образом, поставленные задачи решаются всей совокупностью признаков заявляемого изобретения.Thus, the tasks are solved by the totality of the features of the claimed invention.
Далее сущность изобретения конкретизируется и дополняется. Приводятся экспериментально проверенные оптимальные температурный и скоростной интервалы деформации в условиях низкотемпературной сверхпластичности, пригодные для большинства титановых сплавов. Прием, заключающийся в том, что при прокатке до достижения степени обжатия 30-60 %, через каждые три-пять продольных проходов, поворачивают заготовку на 90° и проводят поперечный проход, а оставшуюся часть деформации
набирают при прокатке в одном направлении, позволяет повысить степень планшетности карточки. После 60% обжатия нарушение планшетности не существенно. Отличие от известного способа [5] состоит в том, что там подобный прием используется только для обеспечения анизотропии свойств карточки в соответствующих направлениях на её плоскости.Further, the invention is concretized and supplemented. Experimentally verified optimal temperature and speed strain intervals under conditions of low-temperature superplasticity are presented, which are suitable for most titanium alloys. The technique, which is that when rolling to achieve a compression ratio of 30-60%, after every three to five longitudinal passes, turn the workpiece through 90 ° and conduct a transverse passage, and the rest of the deformation typed during rolling in one direction, allows you to increase the degree of flatness of the card. After 60% reduction, platelet disturbance is not significant. The difference from the known method [5] is that there a similar technique is used only to ensure anisotropy of the properties of the card in the corresponding directions on its plane.
При изготовлении листового полуфабриката толщиной не более 1 мм нагрев заготовки осуществляют непосредственно за счет контакта с рабочими валками. Этот процесс можно считать квазиизотермическим. Благодаря малой толщине листа и медленной скорости прокатки в очаге деформации достаточно быстро, уже на начальной стадии прокатки, устанавливается необходимая температура. Заготовка большей толщины прогревается медленно, или вообще может не успеть прогреться до заданной температуры за время прокатки, поэтому такую заготовку непосредственно перед прокаткой нагревают в печи. При этом, как правило, используют проходную печь. Для реализации низкотемпературной сверхпластичности и КЗГП при прокатке используют заготовку с подготовленной структурой. Это должна быть однородная структура с равноосными (глобулярными) зернами, с размером менее 1 мкм. Причем, структура может быть такой в исходной заготовке, то есть заранее подготовленной известными методами [4, 5]. В этом случае, чтобы КЗГП « заработало)) достаточно только сформировать полосы сдвига между зернами, что соответствует, как было отмечено ориентировочно 5-10 % деформации.In the manufacture of prefabricated sheets with a thickness of not more than 1 mm, the workpiece is heated directly by contact with the work rolls. This process can be considered quasi-isothermal. Due to the small thickness of the sheet and the slow rolling speed in the deformation zone rather quickly, already at the initial stage of rolling, the required temperature is established. A workpiece of a greater thickness warms up slowly, or may not have time to warm up to a predetermined temperature during rolling, therefore, such a workpiece is heated in a furnace immediately before rolling. In this case, as a rule, use a continuous furnace. To implement low-temperature superplasticity and KZGP during rolling use a workpiece with a prepared structure. It should be a homogeneous structure with equiaxed (globular) grains, with a size of less than 1 micron. Moreover, the structure may be such in the initial procurement, that is, prepared in advance by known methods [4, 5]. In this case, in order for the KZGP to "work)), it is enough to form shear bands between the grains, which corresponds, as was noted, approximately 5-10% of the deformation.
Или же структура может быть подготовлена таким образом, чтобы трансформироваться в необходимую структуру при прокатке, преимущественно, на первом проходе. Такому требованию « отвечает пластинчатая структура с вытянутыми зернами, с размером в поперечном сечении от 0,9 до 1,5 мкм. Низкая температура прокатки и медленная скорость деформации при прокатке обеспечивают протекание процесса динамической рекристаллизации с делением пластин и образованием очень мелких, порядка 0,2 мкм, равноосных зерен. Изотермические условия обеспечивают равномерность протекания этого процесса и его плавный переход в процесс формирования полос сдвига. При этом потребуется ориентировочно 10-15% деформации. В последующем, когда развивается КЗГП, то есть в отсутствие динамической рекристаллизации, зерна сохраняют свою форму и размер.
Такую пластинчатую структуру можно получить путем проведения предварительной прокатки исходной заготовки.Or the structure can be prepared in such a way as to transform into the necessary structure during rolling, mainly in the first pass. This requirement “meets the lamellar structure with elongated grains, with a cross-sectional size of from 0.9 to 1.5 microns. The low rolling temperature and the slow deformation rate during rolling provide the dynamic recrystallization process with the division of the plates and the formation of very small, about 0.2 μm, equiaxed grains. Isothermal conditions ensure the uniformity of the course of this process and its smooth transition into the process of formation of shear bands. In this case, approximately 10-15% deformation is required. Subsequently, when KZGP develops, that is, in the absence of dynamic recrystallization, the grains retain their shape and size. Such a lamellar structure can be obtained by preliminary rolling the initial billet.
Если размер зерен в исходной заготовке не превышает 10 мкм, заготовку подвергают предварительной прокатке, которую начинают при температуре, которая ниже температуры полиморфного превращения на величину от 200 до 3000C, и закачивают при температуре не ниже температуры основной прокатки со скоростью деформации, выбранной в интервале скоростей от 10"2 до 10° с"1. Скорость деформации, выбранная в этом интервале, способствует активному протеканию процесса динамической рекристаллизации. Степень деформации превышает значение степени, порядка 70%, необходимой для развития динамической рекристаллизации. Последнее означает, что в процессе деформации зерна приобретают равноосную форму, а затем её снова теряют, то есть вытягиваются. В результате заготовка приобретает пластинчатую структуру, с размером в поперечном сечении пластин от 0,9 до 1,5 мкм. Если размер зерен в исходной заготовке превышает 10 мкм, заготовку подвергают предварительной прокатке за два этапа. Причем на первом этапе прокатывают исходную заготовку до достижения степени деформации не более 60%, при этом прокатку начинают в интервале температур от Tпп-300 0C до Tпп- 200°C и заканчивают при температуре не ниже температуры прокатки со скоростью деформации, выбранной в интервале от 10'2 до 10 с"1. На втором этапе прокатывают заготовку в изотермических условиях при температуре и со скоростью деформации основной прокатки до достижения степени деформации 20-30 %. Особенность такой двухэтапной прокатки состоит в том, что степень деформации на первом этапе должна быть меньше значения степени деформации, приводящей к образованию в заготовке равноосных (глобулярных) зерен в результате динамической рекристаллизации. Деформация со степенью менее 60 % приводит только к вытягиванию и утонению пластин. Если зерна приобретут равноосную форму и будут достаточно крупными, то в дальнейшем понадобиться значительная деформация для придания им пластинчатой формы. Не допуская развития процесса динамической рекристаллизации, можно получить тонкие пластины. Затем, деформируя тонкие пластины при более низкой температуре, а именно при температуре основной прокатки можно получить более мелкие
пластины с требуемым размером в поперечном сечении. Как в предыдущем случае, но только на втором этапе предварительной прокатки, при достижении суммарной степени деформации порядка 70% проходит процесс динамической рекристаллизации с образованием равноосных зерен. При этом зерна получаются достаточно мелкими, благодаря более низкой температуре деформации. Затем при продолжении деформации зерна снова вытягиваются. В результате, как в предыдущем случае, заготовка приобретает пластинчатую структуру, с размером в поперечном сечении пластин менее 1 мкм.If the grain size in the initial billet does not exceed 10 μm, the billet is subjected to preliminary rolling, which is started at a temperature that is lower than the polymorphic transformation temperature by 200 to 300 0 C, and injected at a temperature not lower than the temperature of the main rolling with a strain rate selected in velocities ranging from 10 "2 to 10 ° sec" 1. The strain rate selected in this interval contributes to the active process of dynamic recrystallization. The degree of deformation exceeds the degree, of the order of 70%, necessary for the development of dynamic recrystallization. The latter means that in the process of deformation, the grains acquire an equiaxed shape, and then they lose it again, that is, are elongated. As a result, the preform acquires a lamellar structure, with a cross-sectional size of the plates from 0.9 to 1.5 μm. If the grain size in the original billet exceeds 10 μm, the billet is subjected to preliminary rolling in two stages. Moreover, at the first stage, the initial billet is rolled to a degree of deformation of not more than 60%, while rolling starts in the temperature range from T pp -300 0 C to T pp -200 ° C and is completed at a temperature not lower than the rolling temperature with a strain rate selected in the range from 10'2 to 10 s "1. At the second stage, the workpiece is rolled under isothermal conditions at a temperature and with a strain rate of the main rolling until a strain of 20-30% is reached. A feature of such a two-stage rolling is that the degree of deformation at at the first stage, the degree of deformation should be less than that leading to the formation of equiaxed (globular) grains in the workpiece as a result of dynamic recrystallization. Deformation with a degree of less than 60% only leads to elongation and thinning of the plates. If the grains become equiaxed and are large enough, then Subsequently, significant deformation will be needed to give them a plate shape.To prevent the development of the process of dynamic recrystallization, thin plates can be obtained. Then, deforming the thin plates at a lower temperature, namely, at the temperature of the main rolling, you can get smaller plates with the required cross-sectional size. As in the previous case, but only at the second stage of preliminary rolling, when the total degree of deformation of about 70% is reached, the process of dynamic recrystallization undergoes the formation of equiaxed grains. In this case, the grains are obtained quite small, due to the lower deformation temperature. Then, with continued deformation, the grains are extended again. As a result, as in the previous case, the preform acquires a plate structure, with a cross-sectional size of the plates of less than 1 μm.
В обоих случаях нагрев под первый проход основной прокатки может сопровождаться статической рекристаллизацией, способствующей некоторому выравниванию структуры и глобуляризации зерен. Полностью структура выравнивается, а зерна приобретают равноосную форму уже в процессе основной прокатки.In both cases, heating for the first pass of the main rolling may be accompanied by static recrystallization, which contributes to some leveling of the structure and globularization of the grains. The structure is completely leveled, and the grains acquire equiaxed shape already during the main rolling process.
Наиболее высокая точность размеров листового полуфабриката может быть достигнута, если проводить прокатку с использованием прокатного стана, имеющего два рабочих и, по крайней мере, четыре опорных валка, например шестивалкового стана (фиг.l).The highest dimensional accuracy of a semi-finished sheet product can be achieved if rolling is carried out using a rolling mill having two workers and at least four backup rolls, for example a six-roll mill (Fig. L).
Охлаждение опорных валков, непосредственно соприкасающихся с рабочими валками, позволяет, во-первых, повысить, жесткость валковой системы. Во-вторых, неравномерное охлаждение опорных валков, непосредственно соприкасающихся с рабочими валками, позволяет создать по длине бочки рабочего валка незначительный градиент, достаточный снижения поперечной разнотолщинности листа. Наиболее оптимальным при этом является охлаждение опорных валков посредством охлаждения соответствующих подшипниковых узлов. Интенсивность охлаждения подшипниковых узлов при этом зависит от необходимой величины бочки валкаThe cooling of the backup rolls in direct contact with the work rolls allows, firstly, to increase the rigidity of the roll system. Secondly, the uneven cooling of the backup rolls directly in contact with the work rolls allows you to create a slight gradient along the length of the barrel of the work roll, sufficient to reduce the transverse thickness variation of the sheet. The most optimal is the cooling of the backup rolls by cooling the respective bearing units. The cooling intensity of the bearing units in this case depends on the required value of the roll barrel
Для нагрева рабочих валков рекомендуется использовать встроенный в валок регулируемый нагреватель электросопротивления, позволяющий устанавливать оптимальную температуру валка в зависимости от марки сплава и размера зерен в заготовке под прокатку.To heat the work rolls, it is recommended to use an adjustable electric resistance heater integrated in the roll, which allows you to set the optimum temperature of the roll depending on the grade of alloy and grain size in the workpiece for rolling.
Изобретение поясняется следующими графическими материалами:The invention is illustrated by the following graphic materials:
Фиг. 1 - схема осуществления способа;FIG. 1 is a diagram of a method;
Фиг. 2 - микроструктура (а) и электронограмма (б) исходной заготовки,
подготовленная иными, чем прокатка, методами (всесторонней ковкой);FIG. 2 - microstructure (a) and electron diffraction pattern (b) of the initial billet, prepared by methods other than rolling (comprehensive forging);
Фиг.З - микроструктура и электронограмма листового полуфабриката, полученного после прокатки исходной заготовки со структурой, подготовленной иными, чем прокатка, методами; Фиг.4 - микроструктура исходной заготовки, подготовленная прокаткой за один этап, x500;Fig.Z is the microstructure and electron diffraction pattern of the sheet semi-finished product obtained after rolling the initial billet with a structure prepared by methods other than rolling; Figure 4 - the microstructure of the initial billet prepared by rolling in one stage, x500;
Фиг.5 - микроструктура исходной заготовки, подготовленная прокаткой за два этапа, x500;Figure 5 - the microstructure of the initial billet prepared by rolling in two stages, x500;
Фиг.6 - микроструктура листового полуфабриката, полученного после прокатки исходной заготовки со структурой, подготовленной прокаткой;6 is a microstructure of a sheet of semi-finished product obtained after rolling the initial billet with the structure prepared by rolling;
Фиг. 7 - диаграммы напряжение-деформация для непрерывного и дробного процесса с промежуточными отжигами без нагрузки в течении 1 мин;FIG. 7 - stress-strain diagrams for a continuous and fractional process with intermediate annealing without load for 1 min;
Фиг.8 - диаграммы напряжение-деформация для непрерывного и дробного процесса с частичным (на 100°C) охлаждением при снятии нагрузки; Фиг.9 - расчетный прогиб опорного валка под действием экспериментально полученного усилия прокатки. Максимальная разность прогиба средней части и края бочки 0,054 мм. При KTP = 18x10"6 и диаметре волков 150 мм компенсируется разностью температур 40°C.Fig. 8 is a stress-strain diagram for a continuous and fractional process with partial (at 100 ° C) cooling during unloading; Fig.9 - the calculated deflection of the backup roll under the action of the experimentally obtained rolling force. The maximum difference in the deflection of the middle part and the edge of the barrel is 0.054 mm. At KTP = 18x10 "6 and a wolf diameter of 150 mm, it is compensated by a temperature difference of 40 ° C.
На фиг. 1 показаны: 1 - прокатываемая заготовка; 2 - рабочие валки со встроенными нагревателями (последние на фигуре не показаны); 3 - опорные валки (количество - четыре); 4 - проходная печь предварительного нагрева. Примеры конкретного выполнения способа:In FIG. 1 shows: 1 - rolled billet; 2 - work rolls with built-in heaters (the latter are not shown in the figure); 3 - backup rolls (number - four); 4 - feedthrough preheating furnace. Examples of specific performance of the method:
Примеры конкретного выполнения не охватывают всех возможных вариантов осуществления заявляемого способа, в части используемых титановых сплавов и типоразмеров листовых полуфабрикатов.Examples of specific performance do not cover all possible embodiments of the proposed method, in terms of used titanium alloys and sizes of sheet semi-finished products.
Примеры приводится на способы изготовления листового полуфабриката толщиной 0,3 мм и фольги толщиной 0,05 мм из титановых сплавов BT-6 и BT-22.Examples are given on methods for manufacturing a prefabricated sheet 0.3 mm thick and a 0.05 mm thick foil from titanium alloys BT-6 and BT-22.
Обработке подвергались двухфазные титановые сплавы BT22 и BT6. Температура полиморфного превращения и химический состав сплавов в масс. % приведены в таблице 1. Примеры даны на изготовление полос толщиной 0,1; 0,5 и 0,7 мм.
Таблица 1Two-phase titanium alloys BT22 and BT6 were processed. The temperature of the polymorphic transformation and the chemical composition of the alloys in mass. % are given in table 1. Examples are given for the manufacture of strips with a thickness of 0.1; 0.5 and 0.7 mm. Table 1
Пример 1. Необходимо получить прокаткой лист из двухфазного титанового сплава BT6 толщиной 0,5 мм. Исходную заготовку толщиной 14 мм и размером 6O x 100 мм, с размером зерен 0,4 мкм (фиг. 2) получили многоосной осадкой с понижением температуры до 6000C [5].Example 1. It is necessary to obtain by rolling a sheet of two-phase titanium alloy BT6 0.5 mm thick. The initial billet with a thickness of 14 mm and a size of 6O x 100 mm, with a grain size of 0.4 μm (Fig. 2) was obtained by multiaxial precipitation with decreasing temperature to 600 0 C [5].
Температуру прокатки выбрали 56O0C, что на 43O0C ниже температуры полиморфного превращения. Линейная скорость вращения валков 1 мм/с, что соответствовало скорости деформации в очаге 5xlO"3 с"1.The rolling temperature was chosen 56O 0 C, which is 43O 0 C lower than the temperature of the polymorphic transformation. The linear speed of rotation of the rolls 1 mm / s, which corresponded to the strain rate in the center 5xlO "3 s " 1 .
До прокатки из исходной заготовки вырезали образцы на растяжение для определения минимальной степени (εmjn), при которой в выбранном температурно-скоростном режиме прокатки достигается структурное состояние сплава, необходимое для обеспечения при деформации КЗГП. По максимальному значению напряжения течения, после которого оно постепенно снижаются (фиг.8), определили εmin = 9 %.Before rolling, tensile samples were cut from the initial billet to determine the minimum degree (ε m j n ) at which the structural state of the alloy is achieved in the selected temperature-speed rolling mode, which is necessary to ensure the KZGP during deformation. According to the maximum value of the flow stress, after which it gradually decreases (Fig. 8), ε m i n = 9% was determined.
Исходную заготовку прокатывали на шестивалковом стане ЛИC-6/200, с нагреваемыми рабочими валками диаметром 65 мм (фиг.l). Температура нагрева рабочих валков 5600C. Нагрев валков осуществлялся изнутри встроенными электронагревателями сопротивления. Нагрев опорных валков происходит в результате контакта с рабочими валками и достигает в середине бочки валка 120- 1800C. Охлаждение опорных валков осуществляется прокачкой жидкой смазки через подшипниковые узлы. Интенсивность охлаждения подобрана таковой, чтобы разница температур середины и края бочки опорных валков составляла 40±5°C, что обеспечивает компенсацию прогиба валков и получение однородной толщины листа. Контроль температуры опорных валков осуществляется тепловизором. На входе стана установлена проходная печь (фиг. 1), температура нагрева в которой была 5600C. Степень деформации на первом проходе составила 15%. По мере приближения к конечной толщине степень деформации за проход уменьшалась. Общее количество проходов 32.
После каждого прохода на выходе из очага деформации заготовка охлаждалась на воздухе до температуры от 400 до 45O0C. Перед началом каждого следующего прохода заготовку помещали в проходную печь. Время нагрева определяли из расчета 1 мин на 1 мм толщины, что достаточно только для прогрева заготовки и не предполагает выдержки заготовки при температуре. После достижения толщины полосы 5 мм длина заготовки становится больше длины проходной печи. Тогда, перед прокаткой в проходную печь помещают начало заготовки и нагревают в течение времени t = 0,9/z мин, где h толщина заготовки. После этого заготовка подается на валки. Остальная часть заготовки нагревается проходной печью по мере поступления полосы в зону деформации. Для обеспечения прогрева заготовки, длина нагретой зоны печи определяется как / > 54v-/г, где v - линейная скорость вращения валков. Так, при v = 1 мм/с и толщине заготовки h = 5 мм длина нагретой зоны печи должна быть не менее 250 мм. В то же время, длинную заготовку нельзя нагревать целиком, т. к. при малой скорости прокатки это приведет к выдержки при температуре прокатки. В данном примере длина нагретой зоны проходной печи была 300 мм. Данный прием обеспечивает прогрев, но ограничивает время пребывания заготовки при температуре прокатки, чем позволяет сохранить между проходами структурное состояние материала, необходимое для реализации основного механизма сверхпластичности.The initial billet was rolled on a six-roll mill LIS-6/200, with heated work rolls with a diameter of 65 mm (Fig. 1). The heating temperature of the work rolls is 560 0 C. The rolls were heated from the inside by built-in resistance electric heaters. The heating of the backup rolls occurs as a result of contact with the work rolls and reaches 120-180 ° C in the middle of the roll barrel. The cooling of the backup rolls is carried out by pumping liquid lubricant through the bearing units. The cooling rate is selected so that the temperature difference between the middle and the edge of the barrel of the backup rolls is 40 ± 5 ° C, which provides compensation for the deflection of the rolls and obtain a uniform sheet thickness. The temperature of the backup rolls is controlled by a thermal imager. A feed-through furnace was installed at the mill inlet (Fig. 1), the heating temperature in which was 560 0 C. The degree of deformation in the first pass was 15%. As we approach the final thickness, the degree of deformation per passage decreases. Total number of passes 32. After each pass at the exit from the deformation zone, the preform was cooled in air to a temperature of 400 to 45O 0 C. Before each subsequent pass, the preform was placed in a continuous furnace. The heating time was determined from the calculation of 1 min per 1 mm of thickness, which is sufficient only for heating the workpiece and does not imply holding the workpiece at a temperature. After reaching a strip thickness of 5 mm, the length of the workpiece becomes greater than the length of the continuous furnace. Then, before rolling, the beginning of the billet is placed in the continuous furnace and heated for a time t = 0.9 / z min, where h is the thickness of the billet. After that, the workpiece is fed to the rolls. The rest of the workpiece is heated by a continuous furnace as the strip enters the deformation zone. To ensure heating of the workpiece, the length of the heated zone of the furnace is defined as /> 54v- / g, where v is the linear speed of rotation of the rolls. So, with v = 1 mm / s and a workpiece thickness h = 5 mm, the length of the heated zone of the furnace should be at least 250 mm. At the same time, the long billet cannot be heated entirely, since at a low rolling speed this will lead to exposure at the rolling temperature. In this example, the length of the heated zone of the kiln was 300 mm. This technique provides heating, but limits the residence time of the billet at rolling temperature, which allows you to maintain the structural state of the material between passes, which is necessary for the implementation of the main mechanism of superplasticity.
По достижении толщины полосы 2 мм, с целью исключения отжига до подачи на валки, температуру печи устанавливали равной величине от 400 до 450°C, а окончательный нагрев осуществляли непосредственно от рабочих валков при входе полосы в зону контакта. Полученные листы были всесторонне исследованы. Отклонения толщины листа от заданных 0,5 мм не превышали 0,02 мм. Поверхность была покрыта плотной тонкой оксидной пленкой темно-синего цвета без признаков окалины. Методами микроструктурного анализа и измерением микротвердости показано отсутствие газонасыщения поверхностного слоя на глубине более 1 мкм. Микроструктура полосы однородная глобулярная, с размером зерен 0,2 мкм и коэффициентом вытянутости не более 1,45 (фиг.З), тогда как суммарная степень вытяжки полосы составила е = 13. Интенсивность текстурных максимумов,
характеризующая степень анизотропии, не превышала двух единиц полюсной плотности.Upon reaching a strip thickness of 2 mm, in order to prevent annealing before being fed to the rolls, the furnace temperature was set equal to 400 to 450 ° C, and the final heating was carried out directly from the work rolls when the strip entered the contact zone. The resulting sheets were thoroughly examined. Deviations of the sheet thickness from the specified 0.5 mm did not exceed 0.02 mm. The surface was covered with a dense thin oxide film of a dark blue color with no signs of scale. The methods of microstructural analysis and microhardness measurements showed the absence of gas saturation of the surface layer at a depth of more than 1 μm. The microstructure of the strip is uniform globular, with a grain size of 0.2 μm and an elongation coefficient of not more than 1.45 (Fig. 3), while the total degree of strip elongation was e = 13. The intensity of the texture maxima, characterizing the degree of anisotropy did not exceed two units of pole density.
Пример 2. Исходная заготовка двухфазного титанового сплава BT22 с размером зерен 0,6 мкм, полученная многоосной осадкой с понижением температуры [5], взята толщиной 15 мм и размером 60 х 80 мм. От нее на электроискровом станке вырезали образец на растяжение, по которому определяли минимальную степень деформации, необходимую для выхода на стационарное сверхпластическое течение при заданной температуре, εmjn =11%. Заготовку прокатывали до толщины 0,7 мм на шестивалковом стане ЛИC-6/200, с нагреваемыми рабочими валками диаметром 65 мм. Температура нагрева валков 5500C, что на 3100C ниже температуры полиморфного превращения. Температура проходной печи на входе стана была 5500C. Линейная скорость вращения валков 1 мм/с, что при 10% обжатия за проход обеспечивало скорость деформации в очаге 6x10"3 с"1. Это соответствует условиям низкотемпературной сверхпластичности для данного сплава. Применение проходной печи исключает подстуживание заготовки при столь малой скорости ее подачи. На выходе из очага деформации заготовка охлаждалась на воздухе. Полученные в результате полосы были покрыты плотной тонкой оксидной пленкой темно синего цвета. Методами микроструктурного анализа и измерением микротвердости показано отсутствие газонасыщения поверхностного слоя, по крайней мере, на глубине белее 1 мкм. Отклонения толщины листа от заданных 0,7 мм не превышали 0,01 мм. Микроструктура в продольном сечении полосы однородная, с размером зерен 0,3 мкм и коэффициентом вытянутости не более 1,4. При этом суммарная степень вытяжки полосы составила е = 20,4. Признаков интенсивной кристаллографической текстуры рентгеноструктурным методом не обнаружено.Example 2. The initial billet of a two-phase titanium alloy BT22 with a grain size of 0.6 μm, obtained by multiaxial precipitation with decreasing temperature [5], taken a thickness of 15 mm and a size of 60 x 80 mm. A tensile specimen was cut from it on an electric spark machine, which was used to determine the minimum degree of deformation required to reach a stationary superplastic flow at a given temperature, ε m j n = 11%. The billet was rolled to a thickness of 0.7 mm on a six-roll mill LIS-6/200, with heated work rolls with a diameter of 65 mm. The roll heating temperature is 550 ° C, which is 310 ° C lower than the temperature of polymorphic transformation. The temperature of the feed-through furnace at the inlet of the mill was 550 ° C. The linear speed of the rolls was 1 mm / s, which, at 10% compression during the passage, ensured a deformation rate in the center of 6x10 "3 s " 1 . This corresponds to the conditions of low temperature superplasticity for a given alloy. The use of a feed-through furnace eliminates the undercoating of the workpiece at such a low feed rate. At the exit from the deformation zone, the workpiece was cooled in air. The resulting stripes were coated with a dense dark blue oxide film. Microstructural analysis and microhardness measurements showed the absence of gas saturation of the surface layer, at least at a depth whiter than 1 μm. Deviations of the sheet thickness from the specified 0.7 mm did not exceed 0.01 mm. The microstructure in the longitudinal section of the strip is homogeneous, with a grain size of 0.3 μm and an elongation coefficient of not more than 1.4. In this case, the total degree of strip stretching was e = 20.4. No signs of intense crystallographic texture were detected by X-ray diffraction.
Пример 3. Аналогичен примеру 1 за исключением того, что температура прокатки выбрана равной 6000C, а деформация за проход на начальном этапе составила 20%. При той же скорости вращения валков (1 мм/с) скорость деформации в очаге составила 1,IxIO-2C"1. Это также соответствует условиям низкотемпературной сверхпластичности для сплава с данным размером зерен при данной температуре. В результате, число проходов уменьшено до 23 при сохранении геометрических параметров полученного листа. В этом случае
сохраняется размер зерен исходной заготовки. Данным приемом достигнуто существенное повышение производительности процесса. Температура в проходной печи, с учетом деформационного разогрева, выбрана 58O0C.Example 3. Similar to example 1 except that the rolling temperature was chosen equal to 600 0 C, and the deformation per pass at the initial stage was 20%. At the same roll rotation speed (1 mm / s), the deformation rate in the center was 1, IxIO -2 C "1. This also corresponds to the conditions of low-temperature superplasticity for an alloy with a given grain size at a given temperature. As a result, the number of passes is reduced to 23 while maintaining the geometric parameters of the resulting sheet. In this case the grain size of the original workpiece is preserved. This technique has achieved a significant increase in process productivity. The temperature in the continuous furnace, taking into account the deformation heating, was selected 58O 0 C.
Пример 4. Аналогичен примеру 1 за исключением того, что на начальной стадии прокатки через каждые 3 прохода заготовку поворачивали на 90° и выполняли поперечный проход. Этот прием выполняли до достижения степени обжатия 60%, при этом, ширина заготовки стала равной длине бочки валка (200 мм). Для достижения необходимого сочетания степени обжатия и ширины заготовки размеры исходной заготовки, в отличие от примера 1, были выбраны 16 х 60 х 80 мм, Данным приемом достигнуты следующие цели:Example 4. Similar to example 1 except that at the initial stage of rolling, after every 3 passes, the workpiece was rotated 90 ° and a transverse pass was made. This technique was performed until a reduction ratio of 60% was achieved, while the workpiece width became equal to the roll barrel length (200 mm). To achieve the necessary combination of the degree of compression and the width of the workpiece, the dimensions of the original workpiece, in contrast to example 1, were selected 16 x 60 x 80 mm, This method has achieved the following goals:
1) увеличение планшетности заготовки, обеспечивающая более равномерную деформацию на последующих проходах;1) increase the flatness of the workpiece, providing a more uniform deformation in subsequent passes;
2) увеличение ширины прокатываемой полосы, если исходная заготовка имела ограниченные размеры, например, в виде стандартного прутка; 3) уменьшение коэффициента вытянутости зерен до 1,2 (в плоскости листа) и снижение интенсивности текстурных максимумов.2) an increase in the width of the rolled strip, if the original billet had limited dimensions, for example, in the form of a standard bar; 3) a decrease in the coefficient of elongation of grains to 1.2 (in the plane of the sheet) and a decrease in the intensity of texture maxima.
Дальнейшую прокатку проводили в одном направлении до достижения заданных размеров полосы.Further rolling was carried out in one direction until the specified strip sizes were reached.
Пример 5. Аналогичен примеру 1, но направлен на получение листов толщиной менее 0,5 мм. Когда полоса достигает указанной величины, ее подают на горячие валки без предварительного нагрева, или температура входного устройства устанавливается не более Vi T прокатки. Данный прием максимально ограничивает время пребывания заготовки при температуре прокатки, чем позволяет сохранить состояние сверхпластичности материала между проходами и повышает точность окончательного проката по толщине. Пользуясь этим приемом необходимо несколько увеличивать мощность нагрева рабочих валков, чтобы компенсировать затраты тепла на нагрев заготовки. Если нагреватели валков имеют запас по мощности и снабжены терморегулятором с обратной связью, то компенсация мощности нагрева происходит автоматически. Работа нагревателей в автоматическом режиме требует запаса по мощности порядка 30% выше расчетной величины. Были получены образцы фолы толщиной 0,1 ±0,0 lмм.Example 5. Similar to example 1, but aimed at obtaining sheets with a thickness of less than 0.5 mm. When the strip reaches the specified value, it is fed to the hot rolls without preliminary heating, or the temperature of the input device is set to not more than Vi T rolling. This technique limits as much as possible the residence time of the workpiece at the rolling temperature, which helps to maintain the state of superplasticity of the material between the passes and increases the accuracy of the final rolling in thickness. Using this technique, it is necessary to slightly increase the heating power of the work rolls in order to compensate for the heat consumption for heating the workpiece. If the roll heaters have a power reserve and are equipped with a thermostat with feedback, then the heating power is compensated automatically. The operation of heaters in automatic mode requires a margin of power of about 30% above the calculated value. Samples of fouls with a thickness of 0.1 ± 0.0 lmm were obtained.
Пример 6. В качестве исходной заготовки взят промышленный пруток
сплава BT22 диаметром 60 мм с пластинчатой структурой со средним размером пластин 80 х 6 мкм. Заготовка нагревается до температуры 850°C, что на 30°C ниже температуры полиморфного превращения, и на 3000C выше температуры основной прокатки. Заготовка прокатывается на стане ДУО 300, на холодных валках, со скоростью 200 мм/с. При степени обжатия 20% за проход это соответствует скорости деформации в очаге 1,2 с"1. Прокатку проводят за несколько проходов до толщины 10 мм, что составляет 83% обжатия. После первых трех проходов заготовку поворачивают и выполняют один поперечный проход. В процессе предварительной прокатки температура заготовки понижается на каждом проходе на 10-150C вплоть до 7000C. По мере снижения температуры уменьшают степень обжатия за проход, что приводит к постепенному снижению скорости деформации в очаге до значений ниже 10 с"1. Затем с заготовки очищают окалину и удаляют газонасыщенный слой 0,12 мм с каждой стороны. В результате формируется пластинчатая структура с тонкими вытянутыми в направлении прокатки зернами, средний размер которых в поперечном направлении составляет 1,3 мкм (фиг.4). Окончательную прокатку проводили аналогично примеру 2. Но на первом проходе потребовалось повышенное нажимное усилие прокатной клети. Далее, пластинчатая структура постепенно преобразуется в глобулярную субмикрокристаллическую и процесс переходит в режим низкотемпературной сверхпластичности. Структура полученного листа менее однородна, чем в случае субмикрокристаллической заготовки, но также субмикрокристаллическая. С размером зерен 0,4-0,5 мкм и коэффициентом вытянутости в продольном сечении полосы 1,4. Кристаллографическая текстура слабо выражена.Example 6. As the initial billet taken industrial bar BT22 alloy with a diameter of 60 mm with a plate structure with an average plate size of 80 x 6 microns. The billet is heated to a temperature of 850 ° C, which is 30 ° C lower than the temperature of polymorphic transformation, and 300 0 C higher than the temperature of the main rolling. The workpiece is rolled on a DUO 300 mill, on cold rolls, at a speed of 200 mm / s. With a compression ratio of 20% per pass, this corresponds to a strain rate of 1.2 s "1. The rolling is carried out in several passes to a thickness of 10 mm, which is 83% reduction. After the first three passes, the workpiece is turned and one transverse pass is performed. In the process of preliminary rolling, the workpiece temperature decreases in each pass by 10-15 ° C up to 700 ° C. As the temperature decreases, the degree of compression per pass is reduced, which leads to a gradual decrease in the deformation rate in the center to values below 10 s "1 . Then the scale is cleaned from the preform and the gas-saturated layer of 0.12 mm on each side is removed. As a result, a lamellar structure is formed with thin grains elongated in the rolling direction, the average size of which in the transverse direction is 1.3 μm (Fig. 4). The final rolling was carried out analogously to example 2. But in the first pass, an increased pressing force of the rolling stand was required. Further, the lamellar structure is gradually transformed into a globular submicrocrystalline and the process goes into a low-temperature superplasticity mode. The structure of the obtained sheet is less uniform than in the case of a submicrocrystalline preform, but also submicrocrystalline. With a grain size of 0.4-0.5 microns and an elongation coefficient in the longitudinal section of the strip 1.4. The crystallographic texture is poorly expressed.
Пример 7. В качестве исходной заготовки взята заготовка сплава BT22 размером 100x60x60 мм со средним размером зерен 50 мкм. Заготовка нагревается до температуры 8200C. Заготовка прокатывается на стане ДУО 300, на холодных валках, со скоростью 100 мм/с. При степени обжатия 20% за проход это соответствует скорости деформации в очаге 0,7 с"1. Прокатку проводят в два этапа, с несколькими проходами на каждом. Первый этап - прокатка до толщины 27 мм, что составляет 55% обжатия. В процессе предварительной прокатки температура заготовки понижается на каждом проходе на 10-150C вплоть до 65O0C. По мере снижения температуры уменьшают степень обжатия за проход,
что приводит к постепенному снижению скорости деформации в очаге до значений ниже 10"1C"1. Затем с заготовки очищают окалину и удаляют газонасыщенный слой 0,12 мм с каждой стороны. В результате формируется вытянутые зерна, средний размер которых в поперечном направлении составляет 1,9 мкм. Второй этап прокатки осуществляли в изотермических условиях при температуре 550°C в несколько переходов с суммарной степенью деформации 28%. Полученная структура приведена на фиг.5. Средний размер зерен в поперечном сечении 0,9 мкм. Основную прокатку проводили аналогично примеру 6. Источники информации, принятые во внимание:Example 7. As the initial billet, a BT22 alloy billet with a size of 100x60x60 mm and an average grain size of 50 μm was taken. The workpiece is heated to a temperature of 820 0 C. The workpiece is rolled on a DUO 300 mill, on cold rolls, at a speed of 100 mm / s. With a compression ratio of 20% per pass, this corresponds to a strain rate of 0.7 s "1. The rolling is carried out in two stages, with several passes at each. The first stage is rolling to a thickness of 27 mm, which is 55% compression. In the preliminary process rolling temperature of the workpiece decreases at each pass by 10-15 0 C up to 65O 0 C. As the temperature decreases, the degree of compression per pass is reduced, which leads to a gradual decrease in the deformation rate in the focus to values below 10 "1 C " 1 . Then the scale is cleaned from the preform and the gas-saturated layer of 0.12 mm on each side is removed. As a result, elongated grains are formed, the average size of which in the transverse direction is 1.9 μm. The second stage of rolling was carried out in isothermal conditions at a temperature of 550 ° C in several transitions with a total degree of deformation of 28%. The resulting structure is shown in Fig.5. The average grain size in the cross section of 0.9 μm. The main rolling was carried out analogously to example 6. Sources of information taken into account:
1. «Texнoлoгия обработки давлением цветных металлов и cплaвoв» /Зиновьев A.B., Колпашников A.И., Полухин П.И., и др.- M.; Металлургия, 1992, 512с.1. "Technology of pressure processing of non-ferrous metals and alloys" / Zinoviev A.B., Kolpashnikov A.I., Polukhin P.I., and others - M .; Metallurgy, 1992, 512s.
2. Металлургия и технология сварки титана и его сплавов / Гуревич СМ., Замков B.H., Блащук В.Е. и др. - 2-е изд., доп. и перераб. - Киев: Наук. думка, 1986. - 24O c.2. Metallurgy and welding technology of titanium and its alloys / Gurevich SM., Zamkov B.H., Blaschuk V.E. et al. - 2nd ed., ext. and reslave. - Kiev: Science. Dumka, 1986. - 24O c.
3. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т.l Свариваемость материалов. Справ, изд./под ред. Э.Л. Макарова- M.: Металлургия, 1991, - 528 с.3. Welding and materials to be welded: In 3 tons. T.l Weldability of materials. Reference, ed. / Ed. E.L. Makarov- M .: Metallurgy, 1991, - 528 s.
4. Патент RU 2058418, МПК C22F 1/18, 1996 г. 5. Патент RU 2224047, МПК C22F 1/18, 2004 г.4. Patent RU 2058418, IPC C22F 1/18, 1996. 5. Patent RU 2224047, IPC C22F 1/18, 2004.
6. Соореrаtivе grаiп bоuпdаrу slidiпg апd suреrрlаstiс flоw паturе. V.V.Аstапiп, О. А. Каibуshеv / Маtеriаls Sсiепсе Fоrum VoIs. 170-172, Еdit. bу T. Lапgdоп, Тrапs Тесh Рubliсаtiоп, Switzеrlапd, (1994) рр. 23-286. Cooperative group baipdaru slidip apd superlastiс flow pature. V.V. Astapip, O. A. Kaibushev / Materiels Сiepse Forum VoIs. 170-172, Edit. b. T. Lapgdop, Traps Tes Publistiop, Switzerlapd, (1994) pp. 23-28
7. Suреrрlаstiсitу rеsultiпg frоm соореrаtivе grаiп bоuпdаrу slidiпg О.А. Каibуshеv, А.I. Рshепiсhпiuk апd V.V. Аstапiп. Асtа mаtеr., vоl. 46, No. 14, рр. 4911-7. Superrlastitresultiprom from cooperative baipdaru slidip OA Kaibushev, A.I. Rshepishpiuk apd V.V. Astapip. ASTA Mater., Vol. 46, No. 14, pp. 4911-
4916, 1998.
4916, 1998.
Claims
1. Способ изготовления листового полуфабриката из титанового сплава, пригодного для низкотемпературной сверхпластической деформации, включающий прокатку заготовки с подготовленной структурой при температуре ниже температуры полиморфного превращения в изотермических или квазиизотермических условиях, обеспечиваемых за счет нагрева валков, отличающийся тем, что прокатку осуществляют в режиме низкотемпературной сверхпластической деформации, при этом, преимущественно, на первом проходе деформацию осуществляют со степенью ε > ε mjn, где ε min - минимальная степень, при которой в выбранном температурно-скоростном режиме прокатки формируется структурное состояние сплава, необходимое для обеспечения при деформации кооперированного зернограничного проскальзывания, кроме того, после каждого очередного прохода прокатки, непосредственно при выходе из очага деформации, заготовку охлаждают для фиксирования полученного при деформации структурного состояния, кроме того, при печном нагреве заготовки под очередной проход прокатки ограничивают время нагрева во избежание нарушения структурного состояния сплава, полученного на предыдущем проходе прокатки.1. A method of manufacturing a semi-finished sheet of a titanium alloy suitable for low-temperature superplastic deformation, comprising rolling a billet with a prepared structure at a temperature below the polymorphic transformation temperature in isothermal or quasi-isothermal conditions provided by heating the rolls, characterized in that the rolling is carried out in the low-temperature superplastic mode strain, wherein, preferably, the first pass is carried out with a degree of deformation ε> ε m j n, rD ε m i n - minimum degree at which the selected temperature-speed rolling operation is formed structural condition of an alloy required for maintenance at the deformation cooperative grain boundary slip, in addition, after each successive pass rolling, directly at the exit of the deformation zone, the billet is cooled to fixing the structural state obtained during deformation, in addition, during furnace heating of the billet for the next rolling pass, the heating time is limited to avoid disturbance structural state of the alloy obtained in the previous rolling pass.
2. Способ по п.l, отличающийся тем, что прокатку осуществляют при температуре, выбираемой в интервале температур от Tпп-450 до °C до Tпп-350°C.2. The method according to p. 1, characterized in that the rolling is carried out at a temperature selected in the temperature range from T PP -450 to ° C to T PP -350 ° C.
3. Способ по п.l, отличающийся тем, что прокатку осуществляют со скоростью деформации, выбираемой в интервале скоростей от 10"3 до 10"1 с"1.3. The method according to p. 1, characterized in that the rolling is carried out with a strain rate selected in the speed range from 10 "3 to 10 " 1 s "1 .
4. Способ по п.l, отличающийся тем, что при прокатке до достижения степени обжатия 30-60%, через каждые три-пять продольных проходов, поворачивают заготовку на 90° и проводят поперечный проход, а оставшуюся часть деформации набирают при прокатке в одном направлении.4. The method according to p. 1, characterized in that when rolling to achieve a compression ratio of 30-60%, after every three to five longitudinal passes, turn the workpiece through 90 ° and conduct a transverse passage, and the remaining part of the deformation is gained during rolling in one direction.
5. Способ по п.l, отличающийся тем, что при изготовлении листового полуфабриката толщиной не более 1 мм нагрев заготовки осуществляют за счет контакта с рабочими валками. 5. The method according to p. 1, characterized in that in the manufacture of a semi-finished sheet with a thickness of not more than 1 mm, the workpiece is heated by contact with the work rolls.
6. Способ по п.l, отличающийся тем, что для прокатки используют заготовку с подготовленной глобулярной структурой, с размером зерен менее 1 мкм. 6. The method according to claim 1, characterized in that a preform with a prepared globular structure with a grain size of less than 1 μm is used for rolling.
7. Способ по п. I5 отличающийся тем, что для прокатки используют заготовку с подготовленной пластинчатой структурой, с размером зерен в поперечном сечении около 1 мкм.7. The method according to p. I 5 characterized in that for rolling use a workpiece with a prepared plate structure, with a grain size in the cross section of about 1 μm.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что подготовку структуры в заготовке под прокатку осуществляют посредством, предварительной прокатки исходной заготовки с размером зерен, по крайней мере, в одном сечении, не более 10 мкм до достижения степени деформации не менее 80 %, при этом прокатку начинают в интервале температур от TПП-ЗOO°C до Tпп -2000C и заканчивают при температуре не ниже температуры основной прокатки со скоростью деформации, выбираемой в интервале от 10 "2 до 10° с"1.8. The method according to claim 7, characterized in that the preparation of the structure in the billet for rolling is carried out by pre-rolling the original billet with a grain size of at least one section, not more than 10 microns, to achieve a degree of deformation of at least 80%, wherein rolling starts in the temperature range from T PP -ZOO ° C to T pp -200 0 C and ends at a temperature not lower than the temperature of the main rolling with a strain rate selected in the range from 10 "2 to 10 ° s " 1 .
9. Способ по п.7, отличающийся тем, что подготовку структуры в заготовке под прокатку осуществляют посредством, предварительной прокатки исходной заготовки с размером зерен от 10 до 80 мкм, осуществляемой за два этапа, причем на первом этапе прокатывают исходную заготовку до достижения степени деформации не более 60%, при этом прокатку начинают в интервале температур от Tпп-200 0C до Tпп-50 0C и заканчивают при температуре не ниже температуры основной прокатки со скоростью деформации, выбираемой в интервале от 10"2 до 10 с "\ на втором этапе прокатывают заготовку в изотермических условиях при температуре и со скоростью деформации основной прокатки до достижения степени деформации 20-30 %.9. The method according to claim 7, characterized in that the preparation of the structure in the billet for rolling is carried out by pre-rolling the initial billet with a grain size of 10 to 80 μm, carried out in two stages, and at the first stage, the initial billet is rolled until the degree of deformation is reached no more than 60%, while rolling starts in the temperature range from Tpp-200 0 C to T pp -50 0 C and ends at a temperature not lower than the temperature of the main rolling with a strain rate selected in the range from 10 "2 to 10 s " \ at the second stage of rolling t preform under isothermal conditions at a temperature and strain rate with the main rolling to achieve the degree of strain 20-30%.
10. Способ по п.l, отличающийся тем, что прокатку осуществляют с использованием прокатного стана, имеющего два рабочих и, по крайней мере, четыре опорных валка.10. The method according to p. 1, characterized in that the rolling is carried out using a rolling mill having two workers and at least four backup rolls.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, изменяют величину прогиба опорных валков, непосредственно соприкасающихся с рабочими валками, путем изменения интенсивности охлаждения подшипниковых узлов опорных валков.11. The method according to claim 10, characterized in that the deflection of the backup rolls directly in contact with the work rolls is changed by changing the cooling intensity of the bearing assemblies of the backup rolls.
12. Способ по п.l, отличающийся тем, что нагрев рабочих валков осуществляют посредством расположенных внутри валков нагревателей электросопротивления. 12. The method according to claim 1, characterized in that the heating of the work rolls is carried out by means of electrical resistance heaters located inside the rolls.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/912,649 US20080302451A1 (en) | 2006-07-06 | 2007-03-14 | Method of Manufacturing Semi-Finished Sheet Products From Titanium Alloy |
EP07747854A EP2048260A1 (en) | 2006-07-06 | 2007-03-14 | Method for producing sheet semifinished product from a titanium alloy |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006125691/02A RU2320771C1 (en) | 2006-07-06 | 2006-07-06 | Method for manufacturing of semi-finished sheet product from titanium alloy |
RU2006125691 | 2006-07-06 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2008004906A1 true WO2008004906A1 (en) | 2008-01-10 |
Family
ID=38894791
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2007/000123 WO2008004906A1 (en) | 2006-07-06 | 2007-03-14 | Method for producing sheet semifinished product from a titanium alloy |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20080302451A1 (en) |
EP (1) | EP2048260A1 (en) |
RU (1) | RU2320771C1 (en) |
WO (1) | WO2008004906A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102921731A (en) * | 2012-11-13 | 2013-02-13 | 西部钛业有限责任公司 | Warm-rolling process method of titanium alloy thin plate |
CN112916644A (en) * | 2021-01-18 | 2021-06-08 | 中国航发北京航空材料研究院 | Method for preparing TiAl alloy plate by sheath pack rolling |
CN113231469A (en) * | 2021-05-10 | 2021-08-10 | 贵州大学 | Method for hot rolling of aluminum alloy material sheath for zinc-based composite material |
CN114561533A (en) * | 2022-04-08 | 2022-05-31 | 攀钢集团研究院有限公司 | Processing method of pure titanium sheet surface crystal flower |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101414505B1 (en) | 2012-01-11 | 2014-07-07 | 한국기계연구원 | The manufacturing method of titanium alloy with high-strength and high-formability and its titanium alloy |
RU2639744C1 (en) * | 2016-11-14 | 2017-12-22 | Дмитрий Вадимович Гадеев | Method of thermomechanical treatment of sheets of two-phase titanium alloys to produce low values of thermal coefficient of linear expansion (tclp) in plane of sheet |
CN109750185B (en) * | 2019-03-20 | 2021-05-25 | 中国科学院金属研究所 | Preparation method of 650 ℃ high-temperature titanium alloy sheet for superplastic forming |
CN114309116B (en) * | 2021-11-18 | 2023-10-24 | 洛阳双瑞精铸钛业有限公司 | Preparation method of wide ultrathin titanium foil strip |
CN116637949B (en) * | 2023-06-16 | 2024-08-06 | 西北工业大学重庆科创中心 | Preparation method of high-temperature high-strength titanium alloy foil tape |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63230858A (en) * | 1987-03-20 | 1988-09-27 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Manufacture of titanium-alloy sheet for superplastic working |
RU2058418C1 (en) | 1992-09-13 | 1996-04-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method for manufacture of sheet semifinished products from titanium duplex alloys |
RU2224047C1 (en) | 2002-06-05 | 2004-02-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method for manufacture of semi-finished sheet products from titanium alloys |
RU2250806C1 (en) * | 2003-08-25 | 2005-04-27 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение (ВСМПО) | Method for making thin sheets of high-strength titanium alloys |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3795042A (en) * | 1972-08-22 | 1974-03-05 | United Aircraft Corp | Method for producing composite materials |
SU1623826A1 (en) * | 1988-08-25 | 1991-01-30 | Институт проблем сверхпластичности металлов АН СССР | Method of manufacturing parts from titanium alloys |
US5010756A (en) * | 1988-11-29 | 1991-04-30 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Method of and apparatus for controlling shape of rolled material on multi-high rolling mill |
SU1613505A1 (en) * | 1989-01-30 | 1990-12-15 | Днепропетровский государственный университет им.300-летия воссоединения Украины с Россией | Method of thermomechanical treating of large billets of titanium alloys |
RU2134308C1 (en) * | 1996-10-18 | 1999-08-10 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method of treatment of titanium alloys |
DE10122649C2 (en) * | 2001-05-10 | 2003-07-03 | Voith Paper Patent Gmbh | deflection roll |
-
2006
- 2006-07-06 RU RU2006125691/02A patent/RU2320771C1/en not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-03-14 WO PCT/RU2007/000123 patent/WO2008004906A1/en active Application Filing
- 2007-03-14 EP EP07747854A patent/EP2048260A1/en not_active Withdrawn
- 2007-03-14 US US11/912,649 patent/US20080302451A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63230858A (en) * | 1987-03-20 | 1988-09-27 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Manufacture of titanium-alloy sheet for superplastic working |
RU2058418C1 (en) | 1992-09-13 | 1996-04-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method for manufacture of sheet semifinished products from titanium duplex alloys |
RU2224047C1 (en) | 2002-06-05 | 2004-02-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method for manufacture of semi-finished sheet products from titanium alloys |
RU2250806C1 (en) * | 2003-08-25 | 2005-04-27 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение (ВСМПО) | Method for making thin sheets of high-strength titanium alloys |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
GUREVICH S.M.; ZAMKOV V.N.; BLASCHUK V.E. ET AL.: "Kiev. Naukova Dumka", 1986, article "Metallurgy and techniques of welding titanium and its alloys", pages: 240 |
MAKAROVA E.L.; M. METALLURGY: "Reference book", 1991, article "Welding and materials welded. 3 volumes, V.1 Weldability of materials", pages: 528 |
O.A.KAIBYSHEV; A.I.PSHENICHNIUK; V.V. ASTANIN: "Superplasticity resulting from cooperative grain boundary sliding", ACTA MATER, vol. 46, no. 14, 1998, pages 4911 - 4916 |
See also references of EP2048260A4 * |
V.V.ASTANIN; O.A.KAIBYSHEV: "Materials Science Forum", vol. 170-172, 1994, TRANS TECH PUBLICATION, article "Cooperative grain boundary sliding and superplastic flow nature", pages: 23 - 28 |
ZINOVIEV A.V.; KOLPASHNIKOV A.I.; POLUHIN P.I. ET AL.: "Methods of plastic working of non-ferrous metals and alloys", METALLURGIYA, 1992, pages 512 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102921731A (en) * | 2012-11-13 | 2013-02-13 | 西部钛业有限责任公司 | Warm-rolling process method of titanium alloy thin plate |
CN112916644A (en) * | 2021-01-18 | 2021-06-08 | 中国航发北京航空材料研究院 | Method for preparing TiAl alloy plate by sheath pack rolling |
CN113231469A (en) * | 2021-05-10 | 2021-08-10 | 贵州大学 | Method for hot rolling of aluminum alloy material sheath for zinc-based composite material |
CN113231469B (en) * | 2021-05-10 | 2023-04-18 | 贵州大学 | Method for hot rolling of aluminum alloy material sheath for zinc-based composite material |
CN114561533A (en) * | 2022-04-08 | 2022-05-31 | 攀钢集团研究院有限公司 | Processing method of pure titanium sheet surface crystal flower |
CN114561533B (en) * | 2022-04-08 | 2024-03-12 | 攀钢集团研究院有限公司 | Processing method of crystal flowers on surface of pure titanium sheet |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2048260A4 (en) | 2009-04-15 |
RU2320771C1 (en) | 2008-03-27 |
US20080302451A1 (en) | 2008-12-11 |
EP2048260A1 (en) | 2009-04-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2320771C1 (en) | Method for manufacturing of semi-finished sheet product from titanium alloy | |
CN1942595B (en) | In-line method of making heat-treated and annealed aluminum alloy sheet | |
KR101204245B1 (en) | Methods and apparatus for controlling texture of plates and sheets by tilt rolling | |
Beal et al. | Forming of titanium and titanium alloys | |
US7708845B2 (en) | Method for manufacturing thin sheets of high strength titanium alloys description | |
RU2555267C2 (en) | Method of fabrication of thin sheets from two-phase titanium alloy and product from these sheets | |
EP1411137B1 (en) | Method for processing of continuously cast aluminum sheet | |
EP2770072A2 (en) | Non-heat treated magnesium alloy sheet with excellent formability at room temperature in which segregation is minimized | |
Lee et al. | Novel forging technology of a magnesium alloy impeller with twisted blades of micro-thickness | |
McQueen | Substructural influence in the hot rolling of Al alloys | |
RU172685U1 (en) | SHEET PACKAGE | |
CN109487102B (en) | Preparation method of aluminum-magnesium-scandium alloy plate for superplastic forming | |
Yuwei et al. | Superplastic forming technology of aircraft structures for Al–Li alloy and high-strength Al alloy | |
US6485585B2 (en) | Method for making sheet metal components with textured surfaces | |
Galkin et al. | Development and experimental testing of the technology for producing deformed bars of alloy D16T from continuously casting billets of small diameter with low elongation ratios | |
RU2675011C1 (en) | Method of manufacturing flat products from hafnium-containing alloy based on titanium | |
RU2583567C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING HIGHLY THIN SHEET OF TITANIUM ALLOY Ti-6,5Al-2,5Sn-4Zr-1Nb-0,7Mo-0,15Si | |
JPS6053727B2 (en) | Method for manufacturing austenitic stainless steel sheets and steel strips | |
Esbolat et al. | Development of Asymmetric Rolling as a Severe Plastic Deformation Method: A Review | |
Naizabekov et al. | Evolution of the brass microstructure during rolling in relief and smooth rolls | |
Carsley et al. | Warm hemming of magnesium sheet | |
RU2224047C1 (en) | Method for manufacture of semi-finished sheet products from titanium alloys | |
US12053810B2 (en) | Methods of sheet metal production and sheet metal products produced thereby | |
Grydin et al. | Water Quenching of Hot-Rolled Aluminum Strips: Process Integrated Heat Treatment of the Alloy EN AW-6082 | |
Ren et al. | Surface plastic deformation distribution and microstructural evolution in the compound rolling of Ti–50Al billet |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2007747854 Country of ref document: EP |
|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 07747854 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 11912649 Country of ref document: US |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: RU |