Способ термической обработки титановых сплавов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОМЦИГПМСНИПРЕСПИэ ЛИК ае св Зс 50 С 22 Г 1/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1н дитсеснОмУ сИАетВЪСа Г.А ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 526676, кл. С 22 Р 1/18, 1975.2, Авторское свидетельство СССРУ 556186, кл, С 22 Р 1/18, 1976.3. Авторское свидетельство СССРВ 571525, кл, С 22 Г 1/18, 1976.(54)(57) 1, СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий многократное термоциклирование с нагревом и охлаждением в интервале +30 С от температуры полиморфногоьпревращения, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения механических свойств за счет устранения текстуры сплава, нагрев и охлаждение проводят со скоростью 150-200 град/мин,2, Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что термоциклирование с нагревом и охлаждением проводят 30-100 раз.45 1 11240Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке сплавов наоснове титана,и может быть использовано для повышения конструкционной прочности иэделий иэ этих сплавов.Известен способ термической обработки сплавов на основе титана,заключающийся в том, что для измельчения зерна сплавов со структурой 10Ф Фазы проводят 1-10 циклов нагрева до температуры-области с выдержкой, достаточной для прохождениярекристаллизации, с охлаждением после кащцого нагрева до 0-500 С И . 15Недостатком данного способа является невозможность получения бестекстурного материала с однородной иизмельченной субструктурой с размеромэлементов структуры до 1 мкм, приводящей к значительному повышениюмеханических свойств.Известен также способ термической обработки титана и его сплавов,включающий циклическую термообработку, в которой для ликвидации аниэотропии Физико-механических свойств(олучения однородной измельченнойструктуры) нагрев проводят на 5060 С выше температуры полиморфного ЗОопревращения с временным интерваломмежду концом и началом следующегоцикла 10-30 С и с последующим охлаждением в воде 2.Недостаток такого способа - так35же невозможность получения бестекстурного материала с размером элементовсубструктуры до 1 мкм.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предложенному является способ термической обработки, включающий5-50-кратное термоцнклирование снагревом и охлаждением в интервалео45ф 20"30 С от температуры полиморфного превращения 31.Однако известный способ не обеспечивает получения однородной мелкодисперсной структуры, что не позволяет получить бестекстурный сплав,обладающий высокими механическимисвойствами. Цель изобретения - повышение механических свойств за счет устранения текстуры сплава.ЙПоставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки титановых сплавов, включающему многократное термоциклированиес нагревом и охлаждением в интервале Ф 30 С от температуры полиморфного превращения, нагрев и охлаждение проводят со скоростью 150- 200 град/мин.Причем термоциклирование с нагревом и охлаждением проводят в течение 30-100 раз.Способ осуществляется. следующим образом.Процесс фазового перехода зависит от скорости изменения температуры и требует для своего завершения некоторого характерного времени. Ноэтому при ограничении времени для роста зародышей новой Фазы их размер будетменьше, чем при очень медленном или равновесном процессе. Для размера зерна г имеем соотношениелЭТ , где равно времени, по истечении которого два соседнихзародыша придут в соприкосновение друг с другом.л Ь Т( ЖвЧ+ а,где Ь - числовой коэффициент,а - величина размерности, град/с.ЬТСледовательно 5 , и с увеЧ+ аличением скорости Ч размер зернауменьшается, однако только до техпор, пока скорость Ч не окажется настолько большой, что значительная .доля второй Фазы не будет претерпевать превращения и перейдет в низкотемпературное состояние в исходномвиде. В этом случае будет сохраняться первоначальный размер зерна.Таким образом, существует оптимальная скорость процесса межфазного циклирования, приводящая к наименьшемусубструктурному размеру. При малыхскоростях измельчение невелйко, прискорости процесса, большей оптимальной, иэмельчение то же, что и прималых скоростях.В интервале скоростей изменениятемпературы 50-100 град/мин в сплаве образуется неоднородная структуракрупноигольчатого мартенсита, гдесохраняется исходная ориентировка (1120 ), что связано с эффектом наследования исходной структуры,т.е. эпитаксиальиым ростом новойфазы на базе старой,При скоростях циклирования 150200 град/мин наследствейного зарож1124 дения новых зерен не происходит и после 20 циклов происходит заметное нзмельчение субструктуры титановых сплавов и полное растекстурирование материала. Размер элементов струк.5 турц порядка 0,7 мкм. При этом отмечается значительное повышение механических свойств. Конечной структурой в этом случае является мелкодисперсный, равномерно распределен ный в поле мартенсит.При скоростях циклирования 250 град/мин и более иэмельчение субструктуры не происходит, так как превращение при столь высоких ско, ростях пройден не успевает, и в результате.цнклирования сохраняется исходная текстура.П р и м е р 1. Титановый сплав ВТЗс двухФазной Ы +структу рой подвергают межфазной цикличес.:кой обработке со скоростью циклирования 150 град/мин в интервале ф 300 С от температуры фазового перехода. После 30 циклов начинается растек стурирование материала и измельченне структуры. Размер элементов структуры (размер областей когерентного рассеяния рентгеновских лучей, определяемый из угловой зависимости З 0 ширины рентгеновских рефлексов) .составляет 0,15 - 0,2 мкм. Интенсивное измельчение исходной структуры отмечается при 60 циклах обработки и достигает максимального значения . при 100 циклах (минимальный размер элементов структуры). Увеличение ,числа циклов обработки более 100 практически не изменяет полученной структуры и, следовательно; нецелесообразно. После 100 циклов обработки происходит полное растекстурирование материала (рефлекс 1120 на дифрактограмме отсутствует); Полученный размер элементов структуры не превьппает 1 мкм.П р и м е р 2, Титановый сплав марки ВТЗподвергают межфазной циклической термообработке со скоростью термоциклирования 170 град/ьян , в интервале ф 30 оС от температуры фазового перехода, После 30 циклов начинается растекстурирование материала и измельчение структуры. После 60 циклов указанной обработки наблюдается близкое к максимальному 045 4измельчение структуры, а после 100 циклов происходит максимальное измельчение структуры и полное растекстурированив материала. Размер элементов структуры после 100 циклов составляет 0,5 - 0,7 мкм.П р и м е р 3. Титановый сплав "одержащий титан и небольшие добавки циркония и ванадия с однофазной структурой, подвергают межфазной циклической обработке со скоростью циклиронания 200 град/мин в интерва" ле + 30 С от температуры фазовогооперехода и Ы, +/ . Процесс растек стурирования и измельчения зерна при данной скорости термоциклированияначинается после 30 циклов обработки, При 60-80 циклах процесс измельчения структуры идет более ин-. тенсивно и достигает максимума при 100 циклах. Размер элементов структуры 500-700 А, Во всех случаях обработки растекстурирование сплйва наблюдается после 60 циклов обработки.В табл,1 приведены механические свойства сплава ВТ 3-1, обработанного известным и предложенным способа- мие В табл.2 приведены режимы обработки сплава ВТ 3-1, обработанного предложенным способом с различной скоростью. нагрева и охлаждения в процессе термоциклической обработки. Из табл. 1 следует, что при использовании предлагаемого способа значительно повышаются механические свойства сплава, при этом исключает-. ся двухступенчатый отжиг в течение 1 ч при 870 С и 2 ч при 650 С, необходимый в известном способе, что заметно упрощает технологию обработки е Из табл. 2 видно, что только при скорости нагрева и охлаждения 150-200 град/мин в процессе термоциклической обработки достигается высокий уровень механических свойств.Технико-экономическая эффективность предложенного способа заключается в том, что за счет повышения механических свойств обеспечивается повьппенная конструкционная прочность и надежность изделий.1124045 Т аблица 1 Иехаиические свойства ВТЗСпособ обработкикги/си Э 161 50 00 а 50-1 Извес 77 ОЛредлагаеиь лица корость наг ойства е ехаиические е О 9,0 15 9,0 2 16 150 0 12 5 О О ставитель А.Зенцовхред А,Бабинец ректор О.Б актор И.Ковальчук Заказ 8213/ 02 ПодписСР КИПИ 130 Филиал ППП "Патент", г.Ужгород. ул,Проектна и охлаждения териоцикликой обработТирам Государствен алаи изобрете Москва, Ж"3