Способ термомеханической обработки -титановых сплавов

Союз СоветскнкСоцналнстнческ наРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ1742483 а(22) Заявлено 11.01.78 (21) 2569429/22.02с присоединением заявки РЙпо пенам изобретений н открытийДата опубликования описания 25.06.80 И. И, Новиков, Ю. В. Гусев, В. К, Портной, О. В. Панфиловаи С. Ю. Спирин(72) Авторы изобретения Калининградский машиностроительный завод и Московскийордена Трудового Красного Знамени институт стали и сплавов(54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ (й + ф) - ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Изобретение относится к металлургии сплавов и машиностроению в частности к термоме. ханической обработке (й+ р) - титановых сплавов, используемых для обработки давлением в сверхпластичном состоянии, Способ может быть применен на металлургических заводах, производящих полуфабрикаты в виде прутков, лент, листов, а также на машиностроительных пред приятиях для получения сверкпластичных поковок и заготовок,:служащих полуфабрикатом для изотермической штамповки. Известен способ термомеханической обработки (й+ р) титановых сплавов,.в котором, сцелью получения мелкозернистой структуры,необходимой для реализации сверхпластическойдеформации сплава, проводят горячую деформацию его при температуре на 50-150 С вышетемпературы полиморфного превращения, закалку с этой температуры и повторную горячуюдеформацию в (й+ Д области 1,Недостаток известного способа заключаетсяв том, что полученная структура недостаточнодисперсна, поскольку способ не позволяет по. лучить структуру с размером зерна менее 3 мкм.При изотермической штамповке такого ме. талла максимальное относительное удлинение (1000%) при сопротивлении деформации 1,1 кгс/мм и температуре 825.850 С соответствует скорости деформации 4,2 10 "с, а при скорости 8,3 10си температуре 850- 875 С максимальное относительное удлинение составляет только 500%. При таких малых скоростях сверхпластнческой деформации (10 " .10с) и сравнительно невысоких относительных удлинениях не только недостаточна производительность процессов, использующих сверхпластичность, но и ухудшается качество изделий. Длительное пребывание металла при высоких температурах приводит к образованию значительного альфированного слоя из-за взаимодействия с атмосферой, кроме того усиливается схватывание детали с инструментом, а из-за невысокой деформационной способности ограничена сложность изготовляемых изделий В конечном счете все это уменьщает коэффициент использования металла. Использование742483 сплавов с такими показателями сверхпластич.ности для иэотермической штамповки огратптчено тем, что скорости деформации, обеспечивае.мые гидравлическими прессами, используемымив промышленности для изотермической объемной штамповки, соответствуют интервалу 10 -.-10 о с , что на 2.3 порядка выше оптимума сверхпластичности. При таких скоростяхдеформации различие в удельном давлении,необходимом ля штамповки, между сплавами 10с мзлозернистой структурой и сплавамисо структурой в состоянии поставки не сущест.венно, это давление составляет 30-60 кгс/мм,Иначе говоря, на имеющихся прессах не удается использовать главноепреимущество объемной15иэотермической штамповки в состоянии, сверк.пластичности - производство сложных изделийс минимальными припусками при пониженномрасходе мощности из-эа небольших удельныхдавлений.Цель изобретения - повышение пластичности,20снижение усилия деформирования и повышение скорости сверхпластической деформации.Поставленная цель достигается тем, что го.рячую деформацию заканчивают в области су 25шествования переохлаждений 13-фазы, а закалкупроводят с температуры конца деформации.Металл в состоянии поставки нагреваетсядо температур,3-области на 50-150 вышетемпературы перехода а + 13 13, затем деформируется на 30-80% во время охлаждения заго 30тонки в интервале существования переохлажденной ф-фазы и затем закаливается с температурыдеформации без дополнительного нагрева;повторная горячая деформаци на 50-80% нроводится в (а+ Я области. Сущность предложеннойзтермомеханической обработки заключается втом, что первая деформация в температурноминтервале существования переохлажденной рфазы и закалка обеспечивает получение мелкОигольчатого мартенсита (й-фаза), который привторичном нагреве в (й + Д-область и деформации распадается на мелкодисперсную смесьй-и 3-фаз, с размером зерна 1,0-1,5 мкм.Принципиальное отличие предложенного спо.соба состоит в том, что сначала формируютструктуру мелкоигольчатого мартенсита, а затемполучают равноосные а и ф-зерна во времягорячей деформации сплавов со структуроймелкоигольчатого мартенсита,Первая горячая деформация охлаждающейсязаготовки заканчивается при температурах нижеравновесной линии перехода 13 чьа + Р в период существования переохлажденной 13-фазы.Необходимость этой обработки вызвэна стремлением измельчить образовавшиеся при нагревав ф-область зерна р-фазы, так как в объемеэтих 3-зерен при закалке возникают мартенсит.иые иглы. 4При горячей обработке давлением сплавовсо структуроймелкоигольчатого мартенсита в(й+ Д-области происходит дробление игл мар.тенсита и диффузионное перераспределениекомпонентов с образованием дисперсных частицй и 3 фаэ, тогда как по известным режимамдисперсная равноосная структура образуетсядроблением пластин а и 3.фаэ и их коагуляцией,Горячая обработка давлением а + ф -титановых сплавов для получения оптимальной структуры по предлагаемому способу может проводиться прокаткой, прессованием или открытойковкой.П р и м е р, Термомеханическую обработкупроводят на сплаве ВТ 14 с температуройй + Дф -перехода 950 С,Прутки сплава диаметром 70 мм нагреваютв 13-область до температуры 1000-1020 С, прокатывают в четыре прохода во время охлаждения на воздухе на сортовом стане до диаметра 45 мм (деформация 57,5%) и затем закаливают в воде. Прутки, прошедшие деформацию,имеют структуру мелк оигольчатого мартенсита, Прокатанные прутки разделяют на две партии, которые затем нагревают в (а+ Д-об.ласть отдельно до 750 и 850 С и прокатыва.ют каждую патрию до квадрата 15 х 15 мм(деформация 89%) за восемь проходов. Иолученные прутки имеют ультрамелкоэернистуюравноосную структуру со средним размеромзерна 1-1,5 мкм. Для сопоставления часть исходных прутков прокатывают в (й + Яобласти тюсле нагрева до 900-920 С с диаметра70 мм до квадрата 22 х 22 мм (деформация92%) за девять проходов. После чего образцызакаливают с температурой выше температурыполиморфного превращения.Указанный режим обработки обеспечиваетнаибольшую их известных способов дисперсность структуры. Для определения показателейсверхпластичности из прутков вытачиваютразрывные образцы с диаметром 5 мм и длиной расчетной части 2,5 мм (2,5.кратные).Испытания проводят на воздухе в трубчатойэлектропечи на установке Р,5 при темпера.туре 875 С, которая для сплава ВТ 14 соответствует равенству объемов а и рфаз, чтоопределяет ее оптимальность для сверхпластической деформации, Иэ зависимости относительного удлинения и напряжения течения от скорости деформации видно (см. таблицу),чтопоказатели сверхпластичности сплава, обработан.ного по предлагаемому режиму, существеннопревосходят свойства сплава, обработанного поизвестному режиму. А именно: относительныеудлинения сплава, обработанного по предлагаемому способу, в области скоростей деформа.ции 10 -10"э сболее 2000%, так что хода42483 6танного по известному способу, в интервалескоростей от 110до 1 10сначальноенапряжение течения возрастает от 8,5 кгс/мм,У сплава, обработанного по предлагаемомуспособу, в этом интервале скоростей напряжение течения возрастает от 2-3 до 8.10 кгс/мм,т.е. уровень его в 1,5-2 раза меньше,Энергетические затраты на деформациюсплава в разных состояниях оценивают величи.ной работы осадки до деформации 50%.Работу осадки определяют . планиметрированиемплощади под кривыми усилие-деформация. Обработка по предлагаемому способу в 1,5-2 разаснижает работу деформации по сравнению с работой деформации после обработки по известной схеме.Исследование предлагаемого способа термомеханической обработки (а + Д-титановыхсплавов для получения ультрамелкозернистойструктуры, обеспечивающей сверхпластичность,позволяет проводить операции пневмоформовкисложных полых деталей при скоростях деформации 11010" с , что в 10-100 разбыстрее по сравнению со сверхпластической де.формацией сплава, обработанного по известномуспособу, Это позволяет существенно повыситьпроизводительность процессов пневмоформовки; Удельные Способобработк корость Огноситель- Напряже деформа- ное удлине течения, ции, сние, % кг/мм абота деформации, кг/мм усилия,кт/мм 45-55 Известны й 1400 0 20-13 4006- 9 00 - 2 0" 170-1 5 - 16 3 - 1 Предлагаемый) 2 10 40 1,5 - 3,0 - 130 8 - 1 900 4 - 7 использовать все преимущества объемной изо.термической штамповки в состоянии сверхпластичности по точюсти изготовления и слож. ффности формы детали на нижнем пределе скороетей деформации, имеющихся в промышленности гидравлических прессов для объемной штами ацни прие ьэова.5 7 подвижного захвата машины на хватает, чтобы довести образцы до разрушения. Поэтому в этой части кривые проведены пунктиром, И даже при скорости 110с", относительные удлинения составляют 600-900%. Обработка по известному режиму при увеличении скорости от 10до 10собеспечивает понижение относительного удлинения с 1400% до 40,. а при скорости деформации 110" сотно. сительное удлинение составляет только 100- 200%.Напряжение течения после обработки по предлагаемому способу в области .скоростей 10 ф св 2-3 раза ниже, чем после обработки по известному способу,Испытания сплава на осадку Образцы диаметром 12 мм и высотой 18 мм, обрабатывают с поверхности пескоструйным аппаратом и покрывают стеклосмаэкой для уменьшения трения и защиты поверхности от окисления. Испытывали на машине УМЭТМ при разных скоростях траверсы в электроизлучательной печи при температуре 875 С. Начальное напряжение течения при осадке у сплава, обработанного по известному способу заметно превышают напряжение течения прутков обработанных по предлагаемому способу, У материала, обраболовки, учитывая, что предлагаемый способв 1,5-3 раза снижает напряжение течения уменьшает в 1,5-2 раза работу деформ осадке в интервале скоростей 1 10 1 1110 ф Это позволяет повысить коэффициент испо ния металла до 0,7-0,9.Способ термомеханической обработки(а+Я-.титановых сплавов, включающий горя.чую деформацию р.области, закалку, повторную5горячую деформацию в (а + Д области, о т.личающийся тем,что,сцельюповышения пластичности, снижения усилиядеформирования и повышения скорости сверх.пластической деформации, горячую деформацию Редактор 3. Шубенко Заказ 3589/7 Тираж 694 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент",г., Ужгород, ул, Проектная, 4 7Формула изобретения 742483 8заканчивают в области существования пере.охлажденной 3-фазы, а закалку проводятс температуры конца деформации.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Алагина Л. А, Кудряшова В. Г. Браиновская Б, Ф., Дубенков В. М. Сверхппастичность(й + Д-титановых сплавов. Бюллетень ВИЛСТехнология легких сплавов, 1975, Мо 11,с. 30.39. Составитель А. Зенцов Техред О. Андрейко Корректор Н. Стец