СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ (α+β)-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF PRODUCING INTERMEDIATE BILLET FROM (α+β)-TITANIUM ALLOYS

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении промежуточных заготовок из слитков (α+β) - титановых сплавов ковкой.
Известен способ горячей прокатки прутков из (α+β)-титановых сплавов, включающий нагрев заготовок до температуры выше температуры полиморфного превращения, предварительную прокатку в β-области, охлаждение, промежуточный нагрев в двухфазную область и окончательную прокатку в (α+β)-области со степенью деформации 20-50% за проход со скоростью 3,0-5,0 м/с (Авторское свидетельство СССР №713625, кл. В21В 3/00, 1980 г.).
Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает получение поковок из слитков с механическими свойствами необходимого уровня, а также однородной мелкозернистой структуры по всему поперечному сечению в поковках диаметром более 80 мм.
Известен также способ изготовления промежуточной заготовки из (α+β)-титановых сплавов, включающий горячую ковку слитка на ковочном прессе, охлаждение и последующую ковку при температуре ниже температуры полиморфного превращения титанового сплава (АЛЕКСАНДРОВ В.К. и др. Титановые сплавы. Полуфабрикаты из титановых сплавов, М., ВИЛС, 1996, с.184-185, 189).
Недостатком известного способа является его низкая производительность.
В основу изобретения поставлена задача, путем изменения схемы и режимов деформирования, повысить производительность процесса, не ухудшая качества заготовки.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления промежуточной заготовки из (α+β)-титановых сплавов, включающего горячую ковку слитка на ковочном прессе, охлаждение и последующую ковку при температуре ниже температуры полиморфного превращения, новым является то, что горячую ковку слитка осуществляют в четырехбойковом ковочном устройстве путем одновременного обжатия с четырех сторон со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии при температуре, лежащей в интервале от температуры на 120°С ниже температуры полиморфного превращения до температуры на 100°С выше температуры полиморфного превращения, с суммарной степенью деформации не менее 35%, а ковку при температуре ниже температуры полиморфного превращения осуществляют с суммарной степенью деформации не менее 25%.
Поставленная задача достигается также тем, что ковку при температуре ниже температуры полиморфного превращения осуществляют на ковочном прессе в четырехбойковом ковочном устройстве со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.
Слиток нагревают до температуры на 10-100°С выше температуры полного полиморфного превращения. Затем производят ковку слитка на ковочном прессе в четырехбойковом ковочном устройстве (Патент РФ №2242322, кл. В21J 13/02, 2003 г.). Ковку осуществляют путем одновременного обжатия с четырех сторон со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии при температуре, лежащей в интервале от температуры на 120°С ниже температуры полиморфного превращения до температуры на 100°С выше температуры полиморфного превращения, с суммарной степенью деформации не менее 35%. Этим достигается интенсивная деформационная проработка литой структуры металла по всему поперечному сечению слитка и, одновременно, интенсивная вытяжка металла в направлении продольной оси заготовки, что существенно повышает производительность процесса. При такой предварительной деформации слитка происходит рекристаллизация литой структуры путем ее наклепа с последующим прохождением статической рекристаллизации структуры, что создает хотя и однородную, однако довольно крупнозернистую рекристаллизованную структуру, которая изменяется в результате последующей заключительной деформации при температуре ниже температуры полиморфного превращения с суммарной степенью деформации не менее 25%. В начальный период ковки из-за перегрева слитка в β-область, происходит измельчение β-структуры путем повторной рекристаллизации. Для эффективного протекания процессов измельчения β-структуры и формирования (α+β)-структуры без разрушения слитка, необходимо, чтобы ковка на этом этапе проходила при температуре, лежащей в интервале от температуры на 120°С ниже температуры полиморфного превращения до температуры на 100°С выше температуры полиморфного превращения. При этом суммарная степень деформации должна быть не менее 35%. При суммарной степени деформации менее 35% качество конечной структуры металла ухудшается. Верхнее граничное значение температуры ковки слитка обусловлено интенсивным газонасыщением и огрублением структуры, нижнее граничное значение температуры ковки заготовки на первом этапе - возможностью формированием разнозернистой, неоднородной структуры. На втором, заключительном этапе ковки происходит формирование окончательной микроструктуры заготовки при температурах (α+β)-области и суммарной степени деформации не менее 25%, при которой происходит дробление и глобуляризация α-фазы. Суммарная степень деформации менее 25% при ковке на этом этапе не обеспечивает получение требуемой мелкозернистой структуры заготовки. Возможно также ковку при температурах ниже температуры полиморфного превращения осуществлять на ковочном прессе в четырехбойковом ковочном устройстве со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии. За счет этого еще более увеличивается производительность процесса при одновременном достижении высокого качества металла заготовки.
Пример реализации способа.
Слиток диаметром 740 мм из титанового сплава Ti6A14V с температурой полиморфного превращения 990°С нагревали до температуры 1070°С (на 80°С выше температуры полиморфного превращения), а затем осуществляли ковку слитка на ковочном прессе усилием 20МН в четырехбойковом ковочном устройстве путем одновременного обжатия с четырех сторон со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии, до получения заготовки диаметром 400 мм. Ковку на этом этапе закончили при температуре 930°С (на 60°С ниже температуры полиморфного превращения), а суммарная степень деформации на этом этапе ковки составляла 39,5%. Затем полученную заготовку диаметром 400 мм охладили до температуры 600°С, а после этого нагрели повторно до температуры 950°С (на 40°С ниже температуры полиморфного превращения) и проковали на том же прессе в четырехбойковом ковочном устройстве со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии с суммарной степенью деформации 35%. Полученная заготовка диаметром 260 мм имела хорошее качество поверхности и правильную геометрическую форму.
Для сравнения, по способу-прототипу проковали такой же слиток на заготовку диаметром 260 мм.
Производительности процесса по заявляемому способу, по сравнению со способом-прототипом, увеличилась в 1,38 раза. При этом заявляемый способ, так же как и способ-прототип, позволил получить заготовки с однородной микроструктурой 2-4 типа и одинаковый уровень механических свойств.
Еще одну заготовку диаметром 400 мм, полученную по заявляемому способу из слитка диаметром 740 мм, проковали на молоте с суммарной степенью деформации 35% до диаметра 260 мм. По этой технологии производительность процесса увеличилась в 1,25 раза по сравнению со способом-прототипом, без ухудшения качества металла.
Таким образом, заявляемый способ изготовления промежуточной заготовки из (α+β)-титановых сплавов позволяет повысить производительность процесса в 1,25-1,38 раза и получать заготовки высокого качества.