СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖАРОПРОЧНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
METHOD FOR OBTAINING HEAT-RESISTANT TITANIUM ALLOYS

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения жаропрочных титановых сплавов с использованием горячего изостатического прессования (ГИП), для изготовления лопаток и дисков компрессора высокого и низкого давления, силовых и энергетических установок.
Известен способ получения слитков из титановых сплавов вакуумно-дуговым переплавом. Способ заключается в выплавке слитка в вакуумно-дуговой печи методом расходуемого электрода с последующим, по крайней мере, двойным переплавом. Слитки для изготовления дисков, валов, а также лопаток вентиляторов всех типов авиационных двигателей получают методом тройного переплава одного прессованного электрода (Патент РФ №2244029).
Недостатком известного способа является необходимость тройного переплава для получения однородного химического состава, возникновение дефектов в виде раковин и внутренних пор, большая потеря металла из-за необходимости глубокой обточки слитка.
Известен способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка, проведение горячего изостатического прессования (ГИП) и термическую обработку, в котором ГИП проводят до и после термической обработки по следующему режиму - нагрев до температуры 1260°С, выдержка в течение 4 часов при давлении 1590 атм в аргоне, а термическую обработку по режиму - нагрев до температуры 890°С с выдержкой в течение 16 часов (Патент США №5354351).
Недостатками способа является невозможность полного удаления микро- и макропористости и несплошностей. Данный способ получения жаропрочных титановых сплавов является более продолжительным и энергозатратным.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка и проведение горячего изостатического прессования отливок по следующему режиму: нагрев до температуры (0,9÷0,95)Тпп, выдержка 2÷4 часов при давлении 640÷960 атм (Патент США №4482398).
Недостатком способа являются недостаточно высокий уровень механических свойств.
Технической задачей изобретения является разработка способа получения жаропрочных титановых сплавов, обеспечивающего повышение механических свойств и сокращение количества переплавов при получении слитка.
Для достижения поставленной технической задачи предложен способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка и проведение горячего изостатического прессования, в котором горячее изостатическое прессование проводят в три ступени: I ступень - нагрев до температуры Тпп-(235÷285)°С, выдержка 1÷1,5 часа при давлении 680÷730 атм, II ступень - нагрев до температуры Тпп+(125÷155)°С, выдержка 1÷2 часа при давлении 960÷1010 атм, III ступень - охлаждение до температуры Тпп-(5÷35)°С, выдержка 2÷3 часа при давлении 870÷920 атм, где Тпп - температура полиморфного превращения.
Установлено, что при получении жаропрочных титановых сплавов с использованием трехступенчатого горячего изостатического прессования с заявленными режимами происходит устранения пористости в слитках, формирование бездендритной мелкопластинчатой структуры, равномерной по всему объему слитка, что обеспечивает повышение механических свойств.
Примеры осуществления
По предлагаемому способу были изготовлены жаропрочные титановые сплавы марок ВТ8-1, ВТ3-1, ВТ-25У.
Слиток сплава ВТ8-1, имеющего температуру полиморфного превращения (Тпп) 1000°С, получали двойным вакуумно-дуговым переплавом с последующим горячим изостатическим прессованием, которое проводили в три ступени: I ступень - нагрев в контейнере до температуры 1000-235=765°С, выдержка 1 час при давлении 730 атм, II ступень - нагрев до температуры 1000+155=1155°С, выдержка 2 часа при давлении 960 атм, III ступень - охлаждение до температуры 1000-5=995°С, выдержка 2 часа при давлении 920 атм.
Примеры 2 и 3 аналогичны примеру 1.
β
Определение механических свойств, таких как предел прочности (σ), относительные удлинение и сужение (δ, ψ), проводили на образцах в соответствии с ГОСТ 1497 по стандартной методике. Режимы горячего изостатического прессования и полученные механические свойства сплава ВТ8-1 приведены в таблице 1.
β
Слиток сплава ВТ3-1, имеющего температуру полиморфного превращения 970°С, получали двойным вакуумно-дуговым переплавом с последующим горячим изостатическим прессованием, которое проводили в три ступени: I ступень - нагрев в контейнере до температуры 970-235=735°С, выдержка 1 час при давлении 730 атм, II ступень - нагрев до температуры 970+155=1125°С, выдержка 2 часа при давлении 960 атм, III ступень - охлаждение до температуры 970-5=965°С, выдержка 2 часа при давлении 920 атм. Примеры 2 и 3 аналогичны примеру 1. Определение механических свойств, таких как предел прочности (σ), относительные удлинение и сужение (δ, ψ), проводили на образцах в соответствии с ГОСТ 1497 по стандартной методике. Режимы горячего изостатического прессования и полученные механические свойства сплава ВТ3-1 приведены в таблице 2.
β
Слиток сплава ВТ25У, имеющего температуру полиморфного превращения 1020°С, получали двойным вакуумно-дуговым переплавом с последующим горячим изостатическим прессованием, которое проводили в три ступени: I ступень - нагрев в контейнере до температуры 1020-235=785°С, выдержка 1 час при давлении 730 атм, II ступень - нагрев до температуры 1020+155=1175°С, выдержка 2 часа при давлении 960 атм, III ступень - охлаждение до температуры 1020-5=1015°С, выдержка 2 часа при давлении 920 атм. Примеры 2 и 3 аналогичны примеру 1. Определение механических свойств, таких как предел прочности (σ), относительные удлинение и сужение (δ, ψ), проводили на образцах в соответствии с ГОСТ 1497 по стандартной методике. Режимы горячего изостатического прессования и полученные механические свойства сплава ВТ25У приведены в таблице 3.
Из таблиц 1, 2 и 3 видно, что применение предлагаемого способа получения жаропрочных титановых сплавов (ВТ8-1, ВТ3-1, ВТ25У) обеспечивает повышение предела прочности на ~10%, относительного удлинения и сужения на 12-15%.
Применение предлагаемого способа получения жаропрочных титановых сплавов с использованием горячего изостатического прессования позволит повысить ресурсные и эксплуатационные характеристики (более длительный ресурс работы изделия), надежность изделий авиационной техники.
Таблица 1
№№ п/п
Ступени
ГИП
σ<sub>β</sub>, МПа
δ, %
ψ, %
Температура, °C
Давление, атм
Выдержка, ч
I
765
730
1
1
II
1155
960
2
1183
16
29
III
995
920
2
I
740
705
1
Предлагаемый
2
II
1140
985
2
1180
17
32
способ
III
980
895
3
I
715
680
1,5
3
II
1125
1010
1
1177
16
30
III
965
870
3
Прототип
4
925
770
3
1078
13
26
Таблица 2
№№ п/п
Ступени
ГИП
σ<sub>β</sub>, МПа
δ, %
ψ, %
Температура, °С
Давление, атм
Выдержка, ч
I
735
730
1
1
II
1125
960
2
1129
17
30
III
965
920
2
I
710
705
1
Предлагаемый
2
II
1110
985
2
1131
16
29
способ
III
950
895
3
I
685
680
1,5
3
II
1095
1010
1
1126
15
31
III
935
870
3
Прототип
4
895
770
3
1029
12
25
Таблица 3
№№ п/п
Ступени
ГИП
σ<sub>β</sub>, МПа
δ, %
ψ, %
Температура, °C
Давление, атм
Выдержка, ч
I
785
730
1
1
II
1175
960
2
1198
9,8
26,4
III
1015
920
2
I
760
705
1
Предлагаемый
2
II
1160
985
2
1205
10
26
способ
III
1000
895
3
I
735
680
1,5
3
II
1145
1010
1
1200
9,6
25
III
985
870
3
Прототип
4
945
770
3
1100
8
22