Способ термической обработки титановых сплавов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР 1,ГОСПАТЕНТ СССР)дг) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНк авторскому свидетельству Ия ности включ лежа ного(71) Московский авиационный технологическийинститут им.КЭ.Циолковского(56) Авторское свидетельство СССР М 1382036, кл.С 22 Г 1/18, 1986.(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХСПЛАВОВ(57) Изобретение относится к металлургии и можетбыть использовано в любой отрасли промышлен(19) Я 3 (11) 1788783 (13) А 1 (51) 6 С 22 Р 1 18 где.применяются титановые сплавы Способ ет в себя нагрев в вакууме до температуры, щей в интервале от температуры попиморфревращения 1 до 1 50 ОС, выдержку непп пп1 ч, охлаждение до 1 насыщение водороо 05 - 1,0 масЪ охлаждение в атмосферен да в интервале температур от 1 до(напф пп женного сплава) и последующии вакуумный при 700 - 800 С, Способ позволяет повыастичность и ударную вязкость при сохранеовня прочносщ 1 таба. менее дом д водоро водоро обжиг сить пл нии урме того, для а и псевдо-а сплавов, претерпевающих эвтектоидное превращение Р - -ф У+ф . в наводороженном состоянйи, необходима строгая регламентация количества вводимого водорода. Недо статочная концентрация водорода не позволяет преобразовать литую структуру, а насыщение выше определенного предела приводит к возникновению микротрещин в отливках вследствие больших объемных эф фектов, сопровождающих выделение гидридов при превращении в процессе охлаждения, Это также приводит к снижению пластических характеристик и может Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где применяются титановые сплавы.Литые а и псевдо-а титановые сплавы имеют невысокую прочность и пластичность, что обусловлено крупнозернистой структурой и грубопластинчатым внутризеренным строением, Эти сплавы термически не упрочняются., Известен способ обработки литых полуфабрикатов из й и псевдо-а титановых сплавов, включающий нагрев заготовки до температур (а+/3) или 3 -области, пластическую деформацию,охлаждение и последующий рекристаллизационный отжиг. Способ позволяет осуществить необходимое,формоизменение заготовки, устранить микродефекты литейного происхождения (поры, трещины) и преобразовать литую микроструктуру вмелкозернистую рекристаллизованную, что приводит к повышению комплекса прочностных и пластических свойств, Однако этот способ не применим для фасонных отливок.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ термической обработки псевдо- а титановыхсплавов, включающий нагрев в вакууме до температуры 0,9 температуры полиморфного превращения сплава (Асз), насыщение водородом с одновременным охлаждением от температуры 0,9 Асз до температуры 0,9 температуры полиморфного превращения наводороженного сплава (Асз ) со скоро.стью не более 0,05 С/с, а далее со скоростью не менее 250 С/с и последующий вакуумный отжиг. Способ позволяет повысить твердость и прочность сплавов при сохранении пластичности.Однако применение этого способа для литых полуфабрикатов и фасонных отливок не позволяет устранить химическую микро- неоднородность структуры, характерную для литого состояния, которая снижает плэстичность и ударную вязкость отливок. Кро 5 101520253035 4045 привести к разрушению отливки в процессе эксплуатации.Цель изобретения состоит в разработке способа термической обработки литых а и псевдо- й титановых сплавов, позволяющего повысить пластичность, ударную вязкость и прочность за счет устранения химической микронеоднородности и преобразования литой грубопластинчатой структуры в мелкодисперсную и при этом исключить образование микротрещин.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе термической обработки псевдо-а титановых сплавов, включающем нагрев в вакууме до температуры 0,9 Асз, насыщение водородом с одновременным охлаждением до температуры 0,9 Асз", охлаждение до нормальной температуры и последующий вакуумный отжиг, перед насыщением водородом проводят нагрев в вакууме до температуры, лежащей в интервале от температуры конца а+3/3 перехода (Асз) до температуры Асз - 50 С, выдерживают в течение не менее 1 ч, охлаждают в вакуумной печи до температуры начала наводороживания (0,9 Асз), насыщают, водородом до концентрации 0,5-1,0 опо массе, а вакуумный отжиг проводят при температуре 700 - 800 С.Нагрев до температуры 1 н, лежащей в интервале от(АсзС) до Асз, и выдержкапродолжительностью не менее 1 ч позволяет устранить химическую микронеоднородность в структуре, а также дефекты, связанные с неоднородным распределением примесей, вследствие интенсивного протекания диффузионных процессов. Это обеспечивает более высокую пластичность и особенно ударную вязкость сплава, которые сохраняются и при последующей упрочняющей обработке. При нагреве до более низких температур процессы гомогенизации протекают крайне медленно, и для достижения химической однородности требуется недопустимо длительное время (десять и более часов). Перегрев выше температуры Асз (в 3-область) приводит к росту ф -зерна и образованию при последующем охлаждении крупной а-оторочки, что снижает пластичность и прочность сплава, При выдержках менее 1 ч химическая микронеоднородность структуры не устраняется. полностью, а увеличение Г до 1,5 ч и более не приводит к дополнительному улучшению свойств, а лищь увеличивает общее время обработки и ее энергоемкость.Измельчение литой структуры при введении водорода обусловлено понижениеми более), а в сечениях более 10 мм его концентрация превышает допустимую. Это приводит к снижению пластических и ударных характеристик. При повышении температуры вакуумного отжига более 800 С 30 происходитукрупнение и коагуляция частиц а-фазы, что приводит к разупрочнению сплава.Предложенный способ был опробован на литых цилиндрах диаметром 12 мм из 35 сплавов ВТ 5 Л и ВТ 20 Л. Образцы имели грубопластинчатую литую структуру с низкими прочностными и пластическими характеристиками. После обработки по известному и предлагаемому способам образцы подвер гали рентгеноструктурному и металлографическому анализу. Далее из цилиндров изготавливали образцы для испытания на растяжение и ударную вязкость. Испытания проводили по стандартныМ методикам. Ре жимы обработки приведены ниже,Время вакуумного отжига, исходя из необходимости полной дегазации, составляло 3 ч. Температура Асз для сплава ВТ 20 Л исследованной плавки составляла 1010 С, а 50 для сплава ВТ 5 Л 980 С. Температура Асз" при концентрации водорода 0,5% составляла: для ВТ 20 Л 750 С; для ВТ 5 Л 770 оС, а при концентрациях от 0,8 до 1,0% 700 С(ВТ 20 Л) и 730 С (ВТБЛ), Охлаждение после вакуум ного отжига проводили в вакуумной печи до нормальной температуры.Результаты определения механических свойств приведены в таблице.температуры а +ЩИ перехода, увеличением объемного эффекта Р в - а+3 превращения и протеканием эвтектоидногор - - а+у превращения, также сопровождающегося большими объемными изменениями. Концентрация водорода должна обеспечивать снижение температуры Асз не менее чем на 150 - 200 С, величину объемного эффекта .5 - 10% и наличие в псевдо- а сплаве эвтектоидного распада, При концентрации водорода (Ся) менее 0,5% эти условия не выполняются и необходимого преобразования литой структуры не происходит. При повышении Сн более 1,0% объемные эффекты превращений настолько высоки (12-14%), что в процессе наводороживания в образцах образуются микротрещины, что приводит к резкому снижению пластичности и ударной вязкости,Температура вакуумного отжига должна обеспечивать сохранение преобразованной мелкодисперсной структуры и удаление водорода до безопасной концентрации. При температурах ниже 700 С водород удаляется крайне медленно (процесс длится 8 - 10 ч 5 10 15 20 25 1, Известный способ. Режим 1.Нагрев в вакууме до температуры 0,9Асз, насыщение водородом с охлаждениемдо температуры 0,9 Асз", далее охлаждениесо скоростью 250 С/с и стандартный вакуумный отжиг.11. Предлагаемый способ в заявляемыхпределах,Режим 2. Нагрев до 1 Н=АсзС(ВТ 20 Л990 С, ВТ 5 Л 960 С), выдержка 1 1 ч, насыщение водородом до Сн=0,9% при температуре от 0,9 Асз (ВТ 20 Л 910 С, ВТ 5 Л 880 С),до 0,9 Асз", (ВТ 20 Л 620 С, ВТ 5 Л 660 С), ваКууМНЫй ОтжИГ ПрИ 1 в.о=750 С.Режим 3. Нагрев до 1 Н=Асз - 50 С (ВТ 20 Л960 СВТ 5 Л 930 С), г =1 ч, Сн=0,8%,1 в.о=750 С.Режим 4, Нагрев до 1 н=Асз, (ВТ 20 Л1010 С, ВТ 5 Л 980 С), 1 ч, Сн=0,8%,1 в,о=750 С.Режим 5; Нагрев до 1 н=АсзС, 1 ч,СН=0,5%, 1 в,о=750 С.Режим 6. Нагревдо 1 н=Асз - 20 С, 1 ч,Сн=1,0%, 1 в.о=750 С.Режим 7. Нагревдо 1 Н=Асз - 20 С, тч,Сн=0,8%, 1 в.о=700 СРежим 8. Нагрев до 1 н=Асз - 20 С, 1 ъ 1 ч,Сн=0,8%, 1 в.о=800 С.П 1. Предлагаемый способ с выходом зазаявляемые пределы,Режимы 9. Нагрев до 1 Н=АсзС,(ВТ 20 Л 1060 оС, ВТ 5 Л 1030 С), 1 =1 чСн=-0,8%, 1 в.о=750 С.Режим 11, Нагрев до 1 н=АсзС,Т=О,5 ч, Св=0,8%, 1 в.о=750 С.Режим 12. Нагрев до 1 н=АсзС, 1-1 ч,Сн=0,4%, 1 в.о=750 С.Режим 13. Нагрев до 1 н=АсзС, 1 ч,Сн=1,1%, 1 в.о=750 С.Режим 14. Нагрев до 1 Н=АсзС, т=1 ч,Сн=0,8%, 1 в.о=850 С,Режим 15. Нагревдо 1 Н=АсзС, т=1 ч,Сн 0,8%,1 в,о 650 С,Обработка по предлагаемому способупозволяет повысить пластичность и ударную вязкость листовых полуфабрикатов изсплавов ЦТ 20 Л и ЦТ 5 Л за счет достиженияхимической неоднородности структуры ивыбора оптимальных значений концентрации водорода и температуры вакуумного от-,,жига,Технико-экономическая эффективностьспособа состоит в повышении пластическихи ударных свойств фасонного литья иэ а ипсевдо- а титановых сплавов..Формула изобретенияСПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, преимущественно литых а и псевдо- а, включающий нагрев. насыщение водородом, охлаждения в атмосфере водорода в интервале температур 0,9 тп,п,94 п и последующий вакуумный отжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности и ударной вязкости при сохранении прочности, перед насыщением сплава водородом проводят нагрев в вакууме до температуры, лежащей в интервале тп,п - (тп,о - 50 С), выдерживают не менее 1 ч, охлаждают в вакуумной печи до температуры начала наводороживания 0,9 Ь насыщают водородом до концентрации 0,5 - 1,0 мас., а вакуумный отжиг проводят при 700; 800 С, где то,в - температура конца полиморфного превращения сплава; 4, - температура конца полиморфного превращения наводорожен ного сплава,Составитель А,ИльинТехред М. Моргентал РедакторЗаказ 414 Корректор Л.Ливринц Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 1 2 3 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 920 910 910 900 890 920 920 900 900 850 900 820 890 820 910 13 19 18 20 17 16 20 18 11 10 11 17 5 15 8 10 16 15 17 18 18 16 19 10 11 13 16 7 17 5 0,21 0,38 0,36 0,38 0,33 0,30 0,37 0,36 0,19 0,20 0,21 0,30 0,10 0,31 0,11 0,50 0,70 0,69 0,69 0,70 0,69 0,65 0,70 0,52 0,50 0,60 0,65 0,44 0,67 0,29