Способ обработки титановых сплавов с малым и средним содержанием -стабилизаторов

(71) Институт металлургии им,А.А.Байкова и Смоленский авиационный завод(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЪХ СПЛАВОВ С МАЛЫМ И СРЕДНИМ СОДЕР- жАНИЕМ ф-СТАБИЛИЗАТОРОВ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к способу ббработки титановых сплавов с малым и средним содержанием ф-стабилизаторов, и может найти применением в машиностроении, авиапромышленности и судостроении. Цель - обеспечение возможности управления механическими свойствами за счет регулирования величины наследственного ф-зерна. Способ включает определение температуры рекристаллизации Р -фазы путем нагрева деформированных образцов до температуоы полиморфногО превращения и выше, выдержку, охлаждение до комнатной температуры, рентгенографическое определение, текстуры низкотемпературной а -фазы, причем температуру нагрева, при которой наблюдают переход от одного типа текстуры а-фазы к другому, принимают эа температуру рекристаллизацииР-фазы, после чего по этой температуре задают режим последующей термической обработки, соответствующий требуемой степени рекристаллиза ции последней. Способ обеспечивает возможность регулирования величины наследственного ф-зерна. Изобретение относится к металловедению цветных сплавов и может быть использовано в различных областях машиностроения, авиапромышленности и судостроения,Предлагаемый способ обработки сплавов титана включает в себя их деформацию, последующую термообработку при разных температурах выше Т(Тпп-температура полиморфного превращения) и охлаждение на воздухе. Термообработки при указанных температурах позволяют регулировать ве" личину наследственного,В-зерна и тем самым управлять мехатитановых сплавов,тура рекристаллизацной фазы (тр) ф Эбыть отождествленаобработки (отжига), ися переход от одногок другому ее типу,-зерен одних ориендругих ориентаций.Известен спостемпературы началащения при де ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР РСКОМУ СВИДЕТЕЛ ническими свойствами сли известна темпераии высокотемпература температура может с температурой термори которой наблюдает- типа текстуры а -фазы ыэванный ростом,д аций за счет 3-зерен об определения (М"дмартенситного превра- формации сплавовтитана, заключающийся в деформации материала при разных температурах ниже Тлп охлаждения на воздухе и анализетекстуры, выявляющем температуры формирования текстуры мартенситного превращения, В предлагаемом способе обработки по сравнению с аналогом исследуется другое состояние материала (не после деформации, а после отжигов), тем самым выявляются другие его характеристики,Для определения (тр) ф в титановых сплавах с высоким содержанием ф-стабилизаторов(количествор-фазы в них составляют 50;6 и выше от общего объема) применяется рентгеновский метод анализа кристаллографической текстуры остаточной 3-фазы в катаных листах, подвергнутых отжигам при разных температурах. Общими существенными признаками определения 1 Р в предлагаемом способе обработки и в прототипе является то, что в обоих случаях исследуется кристаллографическая текстура. Недостатком прототипа применительно к титановым сплавом с малым и средним количеством 3 - стабилизаторов является малое количество фиксируемой в них ф-фазы, вследствие чего возникают трудности или даже полная невозможность изучения ее текстуры,Положительный эффект и новизна определения тр высокотемпературной фазы в предлагаемом способе обработки титановых сплавов заключается в том, что предлагается определять 1 Р Р -фазы по изменениям текстуры низкотемпературной фазы (а), что не составляет больших технических трудностей.Цель изобретения - в возможности управления механическими свойствами титановых сплавов за счет регулирования величины наследственного 3-зерна, для чего необходимы сведения о температуре рекристаллиза ции высокотемпературной фазы,Определение температуры рекристаллизации достигается путем исследования эволюции кристаллографической текстуры фазового превращения фа после проведения ряда отжигов с повышением температуры нагрева от Тп примерно через каждые 20-30 С и охлаждением на воздухе. Известно, что отжиг титановых сплавов при температурах, когда происходит переход всего объема сплава в ф-структуру, с последующим охлаждением приводит к формированию кристаллографических ориентировок а -фазы, обусловленных ориентированным переходом ф -а. При этом тип кристаллографической текстуры а -фазы, образующейся из. Р-фазы, зависит от типа исходной кристаллографической текстуры 3- фазы.Рекристаллизация металла в состояниифструктуры при нагреве происходит с погло щением одних ориентировок другими, темсамым меняется текстура металла, что при охлаждении до комнатной температуры сопровождается появлением текстуры ориентированного фазового превращения Р-а 10 уже нового типа, отличного от того, что формируется при фазовом превращении перекристаллизованной 3-фазы. Это явление и положено в.основу определения температуры рекристаллизации 3-фазы сплавов тита на с малым и средним содера.анием3-стабилизаторов.Для этого катаные листовые образцысплавов толщиной 1,5-3,0 мм нагревают до температур, превышающих Тпп, выдержива ют при этих температурах в течение 20-15 си охлаждают на воздухе. После ряда таких термообработок методом построения обратных полюсных фигур (ОПФ) по данным рентгеновских спектров, полученных в Со=К а излучении при комнатной температуре, определяют текстуру а -фазы сплавов в направлении НН-нормали к плоскости прокатки. На основе рассмотренных закономерностей превращения р - а в сплавах 30 титана с характерными ориентировками 3 фазы в изделиях из них:(111) 3- (1124) а+ (1120) а + (2130) а (001) Р- (1012) а+ (1120) аопределяют по типу текстуры а - фазытекстуру ф -фазы. Температуру выдержки, после которой наблюдается переход от одного типа текстуры а -фазы к другому ее типу, отождествляют с температурой тр ффазы.П р и м е р 1. Листовые образцы сплаваОТ 4 толщиной 1,5 мм, содержащие 1-2 3-фазы, с базисной и отклоненной базисной текстурой (0001) и (1013) а-Фазы выдерживали в соляных ваннах при температурах 940, 970, 1000, 1100,1150, 1200 и 1260 ОС в 0 течение 20 с, охлаждали на воздухе и определяли текстуру поверхностных слоев металла. Изучали изменение полюсной плотности Р(11221-текстурного компонента а -фазы, Формирующегося при ф(11 а -а переходе, а также изменение Р(ооо 11. Зависимость их, отношения от температуры отжига выявляеттемпературу начала рекристаллизации ффазы (фиг.2). Радикальное изменение текстуры а -фазы при переходе от температуры отжига 940 С к температуреотжига 970 С соответствует точке Тпп при которой происходит смена текстуры прокатки а - фазы текстурой фазового превраще- . ния а -ф 3-ф а.Идентичность полюсных фигур при тем пературах отжига 970-1150 С говорит о том, что процесс рекристаллизации 3-фазы с ориентациями (011) и (112) в этом температурном интервале еще не начался. Повышение температуры нагрева до. 1200 С 10 приводит к усилению текстуры фазового перехода (011) ф-а и ослаблению ориентировки (1122) а, что вызвано поглощением ориентировок(112) ф ориентировками(011) ф в процессе начавшейся рекристаллиза ции ф - фазы,. Выдержка сплава при 1260 С приводит к завершению укаэанного процесса. Таким образом, выявлен интервал температур рекристаллизации р - фазы сплава ОТ 4 1200-1260 С, При рекристаллизации ф-фазы сплава имеет место текстурное превращение (011) + (112) (011)Микроструктурный айализ образцов показал, что в интервале температур отжига 1200-1260 С происходит рост величины на следственного ф - зерна со 100-120 мкм до 200-300 мкм. Таким образом, температура 1200 С для сплава ОТ 4 может рассматриваться кэк температура начала роста зерен 3-фазы.30П р и м е р 2. Листовые образцы сплава ВТ 23 толщиной 3 мм, содержащие 20% 3- фазы, с текстурой (0001)+(1013) а - фазы на поверхности листов подвергали выдержкам в соляных ваннах при температурах 35 895, 930, 970, 1000, 1200 и 1260 С, охлаждали на воздухе и определяли текстуру а-фазы в поверхностных слоях.В сплаве ВТ 23 о температурах начала и конца рекристаллизации высокотемпера турной фазы, а также об особенностях протекания процесса рекристаллизации в ф-фазе можно судить по изменению текстуры обеих фаз а и ф. Первичная рекристаллизация ф-фазы начинается сразуже после перехода через точку Тпп (920 С), что обнаруживается по появлению и последующему усилению текстурного компонента (011) в. ф-фазе, В текстуре а-фазы этому явлению соответствует усиление базисного компонента (0001), Максимальные значения йолюсных плотностей Ррю 1) в текстуре а -фазы и Р(о 11) в текстуре Р-фазы наблюдаются при температуре отжига 1000 ОС, При .отжиге на 1100 С значения указанных по-. люсных плотностей заметно падают, при этом в ф-фазе растут зерна ориентира.вок (112) и (113). Микроструктурно этот процесс обычно выглядит как разнозернистость,ф При 1200 С наблюдается их второй максимум, т.е. зерна с ориентировкой (011) вновь поглощают зерна с другими ориентациями, что сказывается на росте.полюсной плотности Ррю 1) в текстуре а.-фазы.Таким образом, процесс рекристаллизации зерен Р -фазы в сплаве ВТ 23 происходит в широком интервале температур (930-1260 С) и характеризуется неоднократной сменой ориентировок. При этом с повышением температуры отжига наблюдается два цикла изменений текстуры как в остаточной 3-фазе, так и в а - фазе, образующейся при 3-фа переходе.Если текстурные превращения при повышении температуры отжига отождествить с таковыми, имеющими место при увеличении времени отжига при постоянной температуре, то можно говорить о развитии в /3-фазе сплава ВТ 23 первичной и вторичной рекристаллизации. Начало и конец процессов первичной и вторичной рекристаллизации 3 - фазы сплава по перегибам на кривых зависимостей Р(ооо 1) и Р(о 1 1) от температуры отжига оцениваются в 930, 1000 и 1150 +50, 1230 +30 С соответственно,Микроструктурные исследования сплава ВТ 23 показывают, что в интервале температур отжига 920-1260 С в сплаве постоянно присутствует разнозернистость. Текстурный анализ показывает, что эта разнозернистость есть отражение последовательной смены разных стадий рекристаллизации, на которых происходит рост одних ориентаций за счет вторых, затем вторых эа счет первых. Таким образом, рентгеновский метод дает возможность, установить режим термообработки сплава ВТ 23, обеспечивающий как нужную морфологию, так и определенную текстуру ф и а - фаз,Полученные сведения о температурах начала рекристаллизации,8-фазы, а также о особенностях протекания процесса рекристаллизации при отжигах выше Тп могут быть эффективно использованы при разработке режимов термообработки титановых сплавов для получения в них определенных структурных характеристик, в том числе нужной .величины наследственного зерна высокотемпературной фазы. Регулирование этих характеристик позволяет повышать уровень механических свойств материала изделий. Формула изобретения Способ обработки титановых сплавов смалым и средним содержанием 3-стабили1719458 Составитель О.СидороваТехред М.Моргентал Корректор А.Осауленко Редактор С.Лисина Заказ 743 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101 заторов, включающий деформацию и последующую термическую обработку, о тл и ч э ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности управления механическими свойствами за счет регулирования величины наследственного Р -зерна, предварительно определяют температуру рекристаллизации р -фазь путем нагрева деформированных образцов до температуры полиморфного превращения и выше, выдержки, охлаждения до комнатной температуры и рентгенографического определения текстуры низкотемпературной йфазы, причем температуру нагрева, при которой наблюдают переход от одного тйпа 5 текстуры а-фазы к другому, принимают затемпературу рекристаллизации р-фазы, после чего по этой температуре задают режим термической обработки, соответствующий требуемой степени рвкристаллизации по следней.