СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДВУХФАЗНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
NETHOD OF THERMAL TREATMENT OF ARTICLES MADE FROM TWO-PHASE TUTANIUM ALLOYS

Заявляемое изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к термической обработке, в частности к термической обработке титановых сплавов.
В конструкции деталей машин и приборов широко применяются упрочняемые закалкой и последующим старением детали из термоупрочняемых двухфазных титановых сплавов, причем их использование имеет тенденцию к увеличению. Для упрочняющей термической обработки подобных деталей важную роль играют охлаждающие среды. Применение при закалке таких интенсивных охладителей, как вода, приводит к поводке, в особенности длинномерных деталей и деталей сложной формы, короблению и образованию трещин.
Использование в качестве закалочных сред таких менее резких охладителей, как минеральные масла, а также водные растворы полимеров, создает проблему утилизации и при этом не всегда обеспечивает требуемую скорость охлаждения. Поэтому представляется перспективным использование закалочной среды, не уступающей вышеперечисленным по закаливающей способности, уменьшающей поводку и трещинообразование и в то же время являющейся экологически чистой - пульсирующий водовоздушный поток.
Известен способ термической обработки, которому подвергают изделия или заготовки из двухфазных титановых сплавов (см. патент RU 2255137 С1, 27.06.2005 г. Бюл. №18). Образцы из сплава ВТ14 в исходном состоянии, предварительно подвергнутые отжигу, закалке с температуры 850-880°С в воде или закалке и старению при температуре 480-500°С в течение 12 часов, нагревают до температуры 0,5-0,8 от температуры старения и после выдержки помещают в камеру газоструйного генератора звука, где они охлаждаются под действием нестационарного воздушного потока и акустического поля звукового диапазона частот с уровнем звукового давления 140-160 дБ в течение 4-5 минут. В результате данного способа обеспечивается повышение прочности до 1,3 раза без снижения пластичности.
Основными недостатками способа являются закалка в таком интенсивном охладителе, как вода, создающем значительный градиент температур по объему изделия, что приводит к поводке, а также необходимость дополнительной технологической операции нагрева, делающей термическую обработку сложной и дорогостоящей.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ термической обработки изделия или заготовки из титанового сплава ВТ14 (см. Ю.М.Лахтин, В.П.Леонтьева. Материаловедение. М.: Машиностроение. 1990 г. С.384), принятый в качестве ближайшего аналога. Детали из сплава ВТ14 упрочняются закалкой от 850-880°С в воде и последующим старением при 480-500°С в течение 12-16 ч.
Основными недостатками данного известного способа являются поводка в результате закалки изделий в таком интенсивном охладителе, как вода, а также их недостаточно высокая твердость и износостойкость.
Перед заявляемым изобретением поставлена задача уменьшить поводку в ходе закалки двухфазных титановых сплавов, наблюдаемую у длинномерных изделий и изделий сложной формы при применении таких резких охладителей, как вода, а также повысить твердость после закалки и старения, благодаря чему увеличивается износостойкость изделий из данных сплавов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе термической обработки изделий из двухфазных титановых сплавов путем закалочного нагрева при температуре от 850 до 880°С, выдержки и закалочного охлаждения с последующим старением при температуре от 480 до 500°С продолжительностью от 12 до 14 час закалочное охлаждение осуществляют в среде, представляющей собой пульсирующий водовоздушный поток, обладающий скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 830 до 1000 Гц, импульсным воздушным давлением от 8 до 12 кПа и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ.
Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно уменьшить поводку при термической обработке изделий из двухфазных титановых сплавов, а также увеличить их твердость и износостойкость после закалки и последующего старения в сравнении со стандартной термической обработкой.
Заявляемое изобретение реализуется следующим образом: изделие из двухфазного титанового сплава ВТ14, нагретое в электропечи до температуры закалки от 850 до 880°С, после требуемой выдержки помещают в рабочую камеру, где охлаждают под действием пульсирующего водовоздушного потока, обладающего скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 830 до 1000 Гц, импульсным воздушным давлением от 8 до 12 кПа и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ, оказывающего на закаливающееся изделие комплексное воздействие. Расход воды при этом составляет от 1 до 1,5 л/мин.
Как следствие, при меньшей, чем в воде, скорости охлаждения получена твердость не выше, чем при закалке в воде, и более высокая твердость после старения. Пульсации водовоздушной смеси обеспечивают релаксацию напряжений, возникающих в результате закалочного охлаждения, и тем самым уменьшают поводку изделий. Более высокая твердость после старения титанового сплава, закаленного в пульсирующей водовоздушной смеси в сравнении с закаленным в воде, может быть объяснена более дисперсной мартенситной α"-фазой, образующейся при закалке под влиянием пульсаций водовоздушного потока, распад которой в процессе старения обеспечивает повышение твердости и прочности.
После закалки изделие подвергают искусственному старению в электропечи при температуре от 480 до 500°С.
Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно уменьшить поводку при термической обработке изделий из двухфазных титановых сплавов, а также повысить твердость и износостойкость в сравнении со стандартной упрочняющей термической обработкой подобных сплавов.