СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF THERMOMECHANICAL PROCESSING OF TITANIUM ALLOYS

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической и ракетной технике для изготовления, например, обшивки, оболочек, емкостей, перегородок, днищ.
Известен способ термомеханической обработки титановых сплавов, включающий:
пп
пп
пп
- нагрев до температуры (1050-1200)°С (Т+120÷Т+270)°С, деформацию в процессе охлаждения до 850°С (Т-80)°С;
пп
пп
пп
пп
- нагрев до температуры (880-1050)°С (Т-50÷Т+120)°С, охлаждение в процессе деформации до температуры 750°С (Т-180)°С, где Т=920°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 титановых сплавов, включающий нагрев в β-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 β- и (α+β)-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 технологических характеристик титановых сплавов, обработанных данными способами.
Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому является способ термомеханической обработки титановых сплавов, включающий многократные нагревы до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения и деформации в процессе охлаждения до температуры ниже температуры полиморфного превращения, в котором термомеханическую обработку проводят в шесть стадий, при этом на первых пяти стадиях осуществляют:
пп
пп
пп
пп
- нагрев до температуры (Т+120÷Т+270)°С, деформацию со степенью 50-70% при охлаждении до (Т-40÷Т-100)°С;
пп
пп
пп
пп
- нагрев до температуры (Т+60÷Т+160)°С, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Т-100÷Т-180)°С;
пп
пп
пп
пп
- нагрев до температуры (Т-20÷Т-40)°С, деформацию со степенью 10-30% при охлаждении до (Т-140÷Т-160)°С;
пп
пп
пп
пп
- нагрев до температуры (Т+20÷Т+50)°С, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Т-110÷Т-130)°С;
пп
пп
пп
пп
- нагрев до температуры (Т+20÷Т+50)°С, деформацию со степенью 30-70% при охлаждении до (Т-110÷Т-130)°С;
пп
пп
пп
затем на шестой стадии проводят нагрев до температуры (Т-400÷Т-500)°С с выдержкой в течение (5-20) ч, где Т - температура полиморфного превращения (патент РФ №2219280).
Титановые сплавы, обработанные данным способом, имеют пониженные технологические характеристики.
выт
отбр
раб
Технической задачей изобретения является повышение уровня технологических характеристик титановых сплавов: коэффициента вытяжки (К), коэффициента отбортовки (К), рабочего радиуса гибки (r, t=толщине листа).
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ термомеханической обработки титановых сплавов, который осуществляют в одиннадцать стадий, при этом:
пп
пп
на первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Т+230÷Т+270)°С, деформацию со степенью 50-90%;
пп
пп
на второй стадии - нагрев до температуры (Т-20÷Т-40)°С, деформацию со степенью 30-60%;
пп
пп
на третьей стадии - нагрев до температуры (Т+60÷Т+160)°С, деформацию со степенью 40-70%;
пп
пп
на четвертой стадии - нагрев до температуры (Т-20÷Т-40)°С, деформацию со степенью 30-60%;
пп
пп
на пятой стадии - нагрев до температуры (Т+60÷Т+150)°С, деформацию со степенью 40-60%;
пп
пп
на шестой стадии - нагрев до температуры (Т-10÷Т-40)°С, деформацию со степенью 40-70%;
пп
пп
на седьмой стадии - нагрев до температуры (Т-40÷Т+200)°С, деформацию со степенью 65-95%;
пп
пп
на восьмой стадии - нагрев до температуры (Т-100÷Т-160)°С, деформацию со степенью 40-70%;
пп
пп
на девятой стадии - нагрев до температуры (Т-100÷Т-160)°С, деформацию со степенью 20-50%;
пп
пп
на десятой стадии - нагрев до температуры (Т-100÷Т-160)°С, деформацию со степенью 15-40%;
пп
пп
пп
на одиннадцатой стадии - нагрев до температуры (Т-150÷Т-190)°С, деформацию со степенью 2-5%, где Т - температура полиморфного превращения;
при этом от трех до семи деформаций, осуществляемых с третьей по десятую стадии, проводят с изменением направления деформации на 90°.
На первой стадии идет интенсивная деформация, уменьшение дендритной и зональной ликвации, усреднение химического состава и измельчение β-зерна.
На последующих двух фазовых перекристаллизациях, заключающихся в деформации в α+β-области на второй стадии и нагреве в β-области на третьей стадии (первая перекристаллизация), а затем деформации в α+β-области на четвертой стадии и нагреве в β-области на пятой стадии (вторая перекристаллизация), достигается формирование однородной мелкозернистой β-структуры.
На шестой стадии проводится деформация при температуре α+β-области и создается мелкозернистая α+β-структура.
При деформации при высокой температуре на седьмой стадии, а затем при более низкой температуре после нагревов в α+β-области с восьмой по одиннадцатую стадии создают сверхмелкозернистую α+β-структуру.
выт
отбр
Термомеханическая обработка в одиннадцать стадий обеспечивает получение структурно-фазового состояния сплавов, отличающихся высокими характеристиками штампуемости: коэффициенты вытяжки (К), отбортовки (К) и угла гиба.
Предложенный способ термомеханической обработки обеспечивает создание однородной сверхмелкозернистой структуры, что позволяет повысить технологические свойства титановых сплавов.
Примеры осуществления
Были изготовлены образцы из титановых сплавов, например ВТ23 и ВТ43, обработанные предлагаемым способом и способом-прототипом, которые были подвергнуты механическим испытаниям.
Пример 1
пп
На первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Т+230)°С, деформацию со степенью 50%;
пп
на второй стадии - нагрев до температуры (Т-20)°С, деформацию со степенью 30%;
пп
на третьей стадии - нагрев до температуры (Т+60)°С, деформацию со степенью 40%;
пп
на четвертой стадии - нагрев до температуры (Т-20)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 30%;
пп
на пятой стадии - нагрев до температуры (Т+60)°С, деформацию со степенью 40%;
пп
на шестой стадии - нагрев до температуры (Т-10)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 40%;
пп
на седьмой стадии - нагрев до температуры (Т-40)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 65%;
пп
на восьмой стадии - нагрев до температуры (Т-100)°С, деформацию со степенью 40%;
пп
на девятой стадии - нагрев до температуры (Т-100)°С, деформацию со степенью 20%;
пп
на десятой стадии - нагрев до температуры (Т-100)°С, деформацию со степенью 15%;
пп
на одиннадцатой стадии - нагрев до температуры (Т-150)°С, деформацию со степенью 2%.
Пример 2
пп
На первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Т+270)°С, деформацию со степенью 90%;
пп
на второй стадии - нагрев до температуры (Т-40)°С, деформацию со степенью 60%;
пп
на третьей стадии - нагрев до температуры (Т+160)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 70%;
пп
на четвертой стадии - нагрев до температуры (Т-40)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 60%;
пп
на пятой стадии - нагрев до температуры (Т+150)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 60%;
пп
на шестой стадии - нагрев до температуры (Т-40)°С, деформацию со степенью 70%;
пп
на седьмой стадии - нагрев до температуры (Т+200)°С, деформацию со степенью 95%;
пп
на восьмой стадии - нагрев до температуры (Т-160)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 70%;
пп
на девятой стадии - нагрев до температуры (Т-160)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 50%;
пп
на десятой стадии - нагрев до температуры (Т-160)°С, деформацию со степенью 40%;
пп
на одиннадцатой - нагрев до температуры (Т-190)°С, деформацию со степенью 5%.
Пример 3
пп
На первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Т+250)°С, деформацию со степенью 70%;
пп
на второй стадии - нагрев до температуры (Т-30)°С, деформацию со степенью 40%;
пп
на третьей стадии - нагрев до температуры (Т+110)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 60%;
пп
на четвертой стадии - нагрев до температуры (Т-30)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 40%;
пп
на пятой стадии - нагрев до температуры (Т+110)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 50%;
пп
на шестой стадии - нагрев до температуры (Т-25)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 55%;
пп
на седьмой стадии - нагрев до температуры (Т+100)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 70%;
пп
на восьмой стадии - нагрев до температуры (Т-130)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 55%;
пп
на девятой стадии - нагрев до температуры (Т-130)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 35%;
пп
на десятой стадии - нагрев до температуры (Т-130)°С, деформацию со степенью 30%;
пп
на одиннадцатой стадии - нагрев до температуры (Т-170)°С, деформацию со степенью 3%.
В таблице представлены механические свойства титановых сплавов, полученных по предлагаемому способу и способу-прототипу.
выт
отбр
раб
Предлагаемый способ термомеханической обработки титановых сплавов позволит повысить технологические характеристики: коэффициента вытяжки (К) на 30%, коэффициента отбортовки (К) на 25% и уменьшить рабочий радиус гибки (r в толщинах листа t) на 40-50%.
Использование предлагаемого способа термомеханической обработки позволит повысить надежность изготавливаемых деталей.
Таблица
Способ
Механические свойства
К<sub>выт</sub>
К<sub>отбр</sub>
Угол гиба на 90° при r в толщинах листа (t)
ВТ23*
ВТ43**
ВТ23
ВТ43
ВТ23
BT43
1
1,98
1,82
1,83
1,77
3t
4t
2
1,97
1,84
1,81
1,75
3t
4t
3
1,95
1,87
1,78
1,74
3t
4t
Прототип
1,5
1,45
1,4
1,35
5t
6t
* - ВТ23: Т<sub>пп</sub>=900°С
** - ВТ43: Т<sub>пп</sub>=910°С