Патент на изобретение №2318076

(54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке изделий из титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической технике для изготовления обшивки, оболочек, емкостей, перегородок, днищ. Для повышение уровня механических свойств изделий предложен способ термомеханической их обработки. Способ включает многократные нагревы до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения Т_пп и деформации. Термомеханическую обработку проводят в девять стадий, при этом на первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Т_пп+230÷Т_пп+270)°С, деформацию со степенью 50-90%; на второй стадии – нагрев до температуры (Т_пп-20÷Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 30-60%; на третьей стадии – нагрев до температуры (Т_пп+60÷Т_пп+160)°С, деформацию со степенью 40-70%; на четвертой стадии – нагрев до температуры (Т_пп-10÷Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 40-70%; на пятой стадии – нагрев до температуры (Т_пп-40÷Т_пп+200)°С, деформацию со степенью 65-95%; на шестой стадии – нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 40-70%; на седьмой стадии – нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 20-50%; на восьмой стадии – нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 15-40%; на девятой стадии – нагрев до температуры (Т_пп-150÷Т_пп-190)°С, деформацию со степенью 2-5%. 1 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической технике для изготовления обшивки, оболочек, емкостей, перегородок, днищ.

Известен способ термомеханической обработки, применяемый при изготовлении полуфабрикатов и деталей из титановых сплавов (температура полиморфного превращения Т_пп=920°С), включающий:

– нагрев до температуры (1050-1200)°С (Т_пп+120÷Т_пп+270)°С, деформацию в процессе охлаждения до 850°С (Т_пп-80)°С;

– нагрев до температуры (880-1050)°С (Т_пп-50÷Тпп+120)°С, охлаждение в процессе деформации до температуры 750°С(Т_пп-180°)С (Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Белозеров А.П. Полуфабрикаты из титановых сплавов. М.: ОНТИ ВИЛС, 1996 г., с.371).

Известен способ термомеханической обработки, применяемый при изготовлении полуфабрикатов и деталей из титановых сплавов, включающий: нагрев в -области выше температуры полиморфного превращения, деформацию в процессе охлаждения до температуры на (30-70)°С ниже температуры полиморфного превращения, охлаждение, повторный нагрев в двухфазной области, повторную деформацию в этой области в процессе охлаждения, повторное охлаждение, окончательный нагрев в двухфазную область, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что с целью повышения механических свойств деформацию проводят в – и (–)-областях с одинаковой степенью (40-60)%, повторный нагрев осуществляют до температуры на (20-40)°С ниже температуры полиморфного превращения, повторную деформацию проводят со степенью (25-35)% при охлаждении до температуры на (100-130)°С ниже температуры полиморфного превращения, повторное охлаждение после деформации осуществляют до температуры на (180-280)°С ниже температуры полиморфного превращения, после чего дополнительно повторяют последний цикл нагрева и деформации в процессе охлаждения в тех же условиях, а охлаждение после деформации в этом цикле проводят до комнатной температуры, окончательный нагрев осуществляют до температуры на (100-300)°С ниже температуры полиморфного превращения (а.с. СССР № 1740487).

Недостатком известных способов является низкий уровень механических свойств сплавов и изделий из них обработанных данным способом.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому является способ термомеханической обработки титановых сплавов, включающий многократные нагревы изделий из титановых сплавов до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения и деформацию в процессе охлаждения до температуры ниже температуры полиморфного превращения. Термомеханическую обработку проводят в шесть стадий, при этом на первых пяти стадиях осуществляют:

нагрев до температуры (Т_пп+120÷Т_пп+270)°С, деформацию со степенью 50-70% при охлаждении до (Т_пп-40÷Т_пп-100)°С;

нагрев до температуры (Т_пп+60÷Т_пп+160)°С, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Т_пп-100÷Т_пп-180)°С;

нагрев до температуры (Т_пп-20÷Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 10-30% при охлаждении до (Т_пп-140÷Т_пп-160)°С;

нагрев до температуры (Т_пп+20÷Т_пп+50)°С, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Т_пп-110÷Т_пп-130)°С;

нагрев до температуры (Т_пп+20÷Т_пп+50)°С, деформацию со степенью 30-70% при охлаждении до (Т_пп-110÷Т_пп-130)°С;

затем на шестой стадии проводят нагрев до температуры (Т_пп-400÷Т_пп-500)°С с выдержкой в течение (5-20) ч, где Т_пп – температура полиморфного превращения (патент РФ № 2219280).

Сплавы на основе титана и изделия из них, термообработанных данным способом, имеют пониженные механические свойства.

Технической задачей изобретения является повышение уровня механических свойств изделий из титановых сплавов.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ термомеханической обработки изделий из титановых сплавов, включающий многократный нагрев изделий из титановых сплавов до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения и деформацию в котором термомеханическую обработку проводят в девять стадий:

– нагрев до температуры (Т_пп+230÷Т_пп+270)°С, деформация со степенью 50-90%;

– нагрев до температуры (Т_пп-20÷Т_пп-40)°С, деформация со степенью 30-60%;

– нагрев до температуры (Т_пп+60÷Т_пп+160)°С, деформация со степенью 40-70%;

– нагрев до температуры (Т_пп-10÷Т_пп-40)°С, деформация со степенью 40-70%;

– нагрев до температуры (Т_пп-40÷Т_пп+200)°С, деформация со степенью 65-95%;

– нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформация со степенью 40-70%;

– нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформация со степенью 20-50%;

– нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформация со степенью 15-40%;

– нагрев до температуры (Т_пп-150÷Т_пп-190)°С, деформация со степенью 2-5%, где Т_пп – температура полиморфного превращения.

Предложенный способ термомеханической обработки обеспечивает создание однородной мелкозернистой структуры, что позволяет повысить механические свойства сплава и изделий, выполненных из них.

Примеры осуществления

Были изготовлены листы из титановых сплавов, например ВТ23 (Т_пп=900°С) и ВТ19 (Т_пп=780°С) и обработаны предлагаемым способом термомеханической обработки и способом-прототипом, затем исследованы механические свойства листов.

1 пример:

– нагрев до температуры (Т_пп+230)°С, деформация со степенью 50%;

– нагрев до температуры (Т_пп-20)°С, деформация со степенью 30%;

– нагрев до температуры (Т_пп+60)°С, деформация со степенью 40%;

– нагрев до температуры (Т_пп-10)°С, деформация со степенью 40%;

– нагрев до температуры (Т_пп-40)°С, деформация со степенью 65%;

– нагрев до температуры (Т_пп-100)°С, деформация со степенью 40%;

– нагрев до температуры (Т_пп-100)°С, деформация со степенью 20%;

– нагрев до температуры (Т_пп-100)°С, деформация со степенью 15%;

– нагрев до температуры (Т_пп-150)°С, деформация со степенью 2%.

2 пример:

– нагрев до температуры (Т_пп+270)°С, деформация со степенью 90%;

– нагрев до температуры (Т_пп-40)°С, деформация со степенью 60%;

– нагрев до температуры (Т_пп+160)°С, деформация со степенью 70%;

– нагрев до температуры (Т_пп-40)°С, деформация со степенью 70%;

– нагрев до температуры (Т_пп+200)°С, деформация со степенью 95%;

– нагрев до температуры (Т_пп-160)°С, деформация со степенью 70%;

– нагрев до температуры (Т_пп-160)°С, деформация со степенью 50%;

– нагрев до температуры (Т_пп-160)°С, деформация со степенью 40%;

– нагрев до температуры (Т_пп-190)°С, деформация со степенью 5%.

3 пример:

– нагрев до температуры (Т_пп+250)°С, деформация со степенью 70%;

– нагрев до температуры (Т_пп-30)°С, деформация со степенью 40%;

– нагрев до температуры (Т_пп+110)°C, деформация со степенью 60%;

– нагрев до температуры (Т_пп-25)°С, деформация со степенью 55%;

– нагрев до температуры (Т_пп+100)°C, деформация со степенью 70%;

– нагрев до температуры (Т_пп-130)°С, деформация со степенью 55%;

– нагрев до температуры (Т_пп-130)°С, деформация со степенью 35%;

– нагрев до температуры (Т_пп-130)°С, деформация со степенью 30%;

– нагрев до температуры (Т_пп-170)°С, деформация со степенью 3%.

В таблице представлены механические свойства листов из титановых сплавов, полученных по предлагаемому способу и способу-прототипа.

Таблица.
Способ	Механические свойства
	В, Па		, %		Угол гиба при r=t
	ВТ23	ВТ19	ВТ23	ВТ19	ВТ23	ВТ19
Заявка	1460	1340	8,2	6,5	22	14
	1520	1390	7,5	6,0	18	12
	1535	1370	8,0	6,3	20	13
Прототип	1220	1130	6,5	5,2	18	10

Предлагаемый способ термомеханической обработки титановых сплавов позволит повысить механические свойства изделий, полученных этим способом: предела прочности (_В) на 20%, относительного удлинения () на 25% и пластичности по углу гиба на 27%.

Использование предлагаемого способа термомеханической обработки позволит снизить массу на 20% и повысить полезную нагрузку изделий авиакосмической техники, а также повысить эксплуатационную надежность за счет высокого уровня механических свойств применяемых титановых сплавов.

Формула изобретения

Способ термомеханической обработки изделий из титановых сплавов, включающий многократные нагревы до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения Т_пп и деформации, отличающийся тем, что термомеханическую обработку проводят в девять стадий, при этом на первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Т_пп+230÷Т_пп+270)°С, деформацию со степенью 50-90%; на второй стадии нагрев до температуры (Т_пп-20÷Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 30-60%; на третьей стадии нагрев до температуры (Т_пп+60÷Т_пп+160)°С, деформацию со степенью 40-70%; на четвертой стадии нагрев до температуры (Т_пп-10÷Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 40-70%; на пятой стадии нагрев до температуры (Т_пп-40÷Т_пп+200)°С, деформацию со степенью 65-95%; на шестой стадии нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 40-70%; на седьмой стадии нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 20-50%; на восьмой стадии нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 15-40%; на девятой стадии нагрев до температуры (Т_пп-150÷Т_пп-190)°С, деформацию со степенью 2-5%.