СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЛИННОМЕРНОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА
METHOD OF MANUFACTURE OF LONG-LENGTH WORK PIECE FROM TITANIUM ALLOY

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве длинномерных заготовок типа прутков и профилей из конструкционных титановых сплавов методом изотермической экструзии.
Уровень техники
Прутки и профили являются одними из наиболее востребованных для изготовления деталей силового набора и крепежа планера. Поэтому при их производстве особое внимание уделяется формированию регламентированной мелкозернистой структуры, обеспечивающей высокий уровень механических свойств, а также снижению трудоемкости и повышению выхода годного на конечном изделии.
В настоящее время в промышленности применяются следующие способы получения полуфабрикатов (прутков и профилей) из конструкционных титановых сплавов: многопереходная горячая прокатка или ковка слитков с последующим холодным волочением на необходимый размер; ковка слитка на пруток в β- и (α+β)-области с последующим прессованием в (α+β)-области. Однако прокаткой и прессованием как правило получают заготовки большого диаметра, а процесс холодного волочения, включающий в себя многократные промежуточные отжиги, обладает высокой трудоемкостью изготовления.
Из предшествующего уровня техники (патент US 7152448 B2, опубл. 26.12.2006) известен способ производства прутковых заготовок с ультрамелкозернистой структурой путем равноканального углового прессования (РКУП) по схеме «Конформ». Данный способ позволяет получать заготовки с ультрамелкозернистой структурой, которая обеспечивает высокий уровень механических свойств. Однако недостатками этого метода является необходимость в создании специального оборудования, низкая производительность процесса и целью РКУП является измельчение структуры без изменения поперечного сечения заготовки.
Известен способ получения полуфабрикатов из титановых сплавов, включающий в себя операции выплавки слитков, нагрева заготовок в рекуперативных нагревательных колодцах, прокатки слитков на блюминге, прокатки блюмов в обжимной клети крупносортового стана, прокатки заготовок на конечный профиль в клетях крупносортового стана, резки заготовок на мерные длины и охлаждения заготовок (см. Титановые сплавы. Полуфабрикаты из титановых сплавов. Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Белозеров А.П. - М.: ВИЛС, 1996, с.177-179). Этот способ позволяет получать полуфабрикаты из титановых сплавов на прокатном стане без применения специального оборудования. Несмотря на это, недостатками такого способа являются: невозможность получения требуемой структуры в промежуточной заготовке из-за того, что деформация на всех переходах проходит в β-области, а также большие потери металла при последующей резке и обточке из-за плохого качества поверхности и геометрии катаных прутков.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, и взятым за прототип, является способ изготовления промежуточных заготовок из α и (α+β) титановых сплавов, представленный ОАО «ВСМПО-Ависма» (патент РФ №2217260, МКП B21J 1/04, опубл. 27.11.2003). Сущность известного изобретения заключается в следующем: производят ковку слитка на пруток за несколько переходов при температуре β-области, промежуточную ковку при температуре (α+β)-области с вытяжкой 1,25-1,75, причем на окончательных переходах ковку проводят с вытяжкой 1,25-1,35, что приводит к разрушению большеугловых границ β-зерен и равномерной структуре по всему сечению, и окончательное прессование при температуре (α+β)-области. Недостатком данного способа является невозможность получения заготовок небольшого диаметра (изобретение направлено на получение промежуточной заготовки диаметром 100-150 мм).
Раскрытие изобретения
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение прутков и профилей с высокой вытяжкой (величина вытяжки 50-100).
Технический результат выражается в получении длинномерных заготовок с равномерной регламентированной мелкозернистой структурой (менее 10 мкм), в снижении трудоемкости изготовления за счет применения изотермической экструзии, а также в уменьшении количества операций.
Указанный технический результат достигается тем, что способ изготовления длинномерных заготовок из титановых сплавов включает ковку или прокатку слитка на пруток в β-области c получением преутка, резку прутка на заготовки, промежуточную ковку при температуре (α+β)-области, механическую обработку заготовок, их нагрев до температуры (α+β)-области и деформирование, при этом деформирование заготовок осуществляют путем их экструдирования в матрице из жаропрочного никелевого сплава на прессе с получением прутка или профиля, механическую обработку заготовок производят путем их обтачивания с нарезанием на боковой поверхности продольных канавок или резьбы для смазки, на поверхность механически обработанных заготовок наносят смазку и помещают их в матрицу из жаропрочного никелевого сплава, а нагрев заготовок до температуры (α+β)-области производят вместе с указанной матрицей.
Предпочтительно для экструдирования применяют неразъемную литую матрицу из жаропрочного никелевого сплава.
Предпочтительно экструдирование осуществляют путем углового прессования.
Предпочтительно экструдирование производят на гидравлическом прессе с нагревательной установкой.
Предпочтительно экструдирование осуществляют с коэффициентом вытяжки более 50.
-3
-4
-1
Предпочтительно экструдирование осуществляют со скоростью деформации 10 - 10 с.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 представлена схема процесса получения профилей и прутков.
Осуществление изобретения
Для изготовления заготовок применяют матрицу (фиг.1), например неразъемную литую матрицу из жаропрочного никелевого сплава с боковым отверстием, выполненным в форме профиля или прутка соответствующих размеров для выдавливания металла. Составная матрица (фиг.1) состоит из обоймы (1) и подпора (3). Нагретую до температуры экструзии исходную заготовку (4) помещают в составную матрицу, затем на заготовку устанавливают пресс-шайбу (2). Для получения экструдируемой заготовки (5) деформацию проводят в (α+β)-области, предпочтительно, при условии равенства температуры металла температуре матрицы с низкими скоростями деформирования для предотвращения деформационного разогрева. Процесс экструзии характеризуется высокой степенью вытяжки и отсутствием промежуточных отжигов, что сокращает количество необходимых операций при изготовлении заготовок.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем:
Слиток из титанового сплава подвергают ковке или прокатке на пруток при температуре в β-области, что приводит к разрушению литой структуры слитка и формированию крупнозернистой структуры в деформированном полуфабрикате. Резку на мерные заготовки осуществляют, принимая в расчет геометрию матрицы и необходимую длину конечного полуфабриката.
Мерные заготовки подвергают всесторонней ковке на прессе, например на гидравлическом прессе с нагревательной установкой, с возможностью регулировки скорости деформирования по схеме «осадка-протяжка» при температуре (α+β)-области. Прокованные мерные заготовки подвергают механической обработке до необходимого диаметра и наносят на цилиндрическую поверхность продольные канавки или резьбу. На обточенные заготовки наносят стеклосмазку по всей поверхности, помещают в литую матрицу из жаропрочного никелевого сплава и нагревают до температуры (α+β)-области. Процесс экструзии проходит на прессе, что позволяет получать мелкозернистую структуру с размером β-зерна менее 10 мкм и глобулярной α-фазой. Использование гидравлического пресса, оборудованного изотермическими установками, позволяет проводить экструзию при низких скоростях деформирования (0,05-0,1 мм/с). Особенностью процесса экструзии по данной схеме является смена направления деформирования (угловое прессование). Данный процесс экструзии является предпочтительным, но необязательным.
Пример осуществления
Слиток из сплава ВТ6 прокатали в β-области на пруток диаметром 100 мм. Далее была проведена обточка прутков на диаметр 90 мм. Прутки разрезали на мерные заготовки и нанесли канавки на их боковую поверхность в виде резьбы с шагом 1-2 мм с целью сохранения смазки в процессе прессования. Далее была проведена всесторонняя ковка заготовок на гидравлическом прессе в условиях изотермии в (α+β)-области на диаметр 65 мм с целью проработки структуры и повышения пластичности заготовки.
пп
пп
пп
Полученные цилиндрические заготовки обточили на диаметр 60 мм и высоту 50 мм, поместили в литую матрицу из жаропрочного никелевого сплава и нагревали до определенных температур. Были проведены эксперименты при трех разных температурах: T - 20°C, T - 40°C и T - 60°C.
Далее проводилась экструзия заготовки на гидравлическом прессе, оборудованном изотермической установкой, на пруток диаметром 6 мм за одну операцию. Скорость деформирования составила 0,1 мм/с.
В результате работы получены полуфабрикаты из сплава ВТ6 длиной 3-5 м с диаметром 6 мм с регламентированной мелкозернистой структурой.
Полученные результаты представлены в таблице 1.
Из таблицы видно, что по сравнению с прототипом предлагаемый способ изготовления длинномерных заготовок обеспечивает получение регламентированной структуры с размером зерна менее 10 мкм.