Способ обработки заготовок из металлов и сплавов

Способ обработки заготовок из металлов и сплавов

Реферат

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханической обработке заготовок с литой крупнозернистой, крупнозернистой пластинчатой микроструктурой, в частности из титана и его сплавов, с целью получения в них заданной микроструктуры. Способ обработки заготовок из металлов и сплавов включает получение микроструктуры с требуемым размером зерен посредством пластической деформации, осуществляемой за один или несколько этапов, причем количество этапов задают, исходя из размеров зерен в исходной заготовке и требуемого размера, температурно-скоростные условия на этапе выбирают обеспечивающими трансформацию структуры в процессе динамической рекристаллизации, кроме этого, этап проводят за несколько переходов для наиболее полной трансформации структуры в объеме заготовки, при этом при обработке осесимметричной заготовки на переходах прорабатывают регламентированные по объему слои заготовки, используя сложное нагружение, включающее, по крайне мере, на первом переходе первого этапа в качестве единственной или преимущественной компоненты кручение, а на последующих переходах сжатие или растяжение или сочетание сжатия или растяжения с кручением, кроме того, обработку осуществляют в изотермических условиях. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности измельчения микроструктуры, а именно достижения размера зерен 5,0-10,0 мкм и менее в крупногабаритных, в том числе более 200 кг, заготовках. 49 з.п.ф-лы, 31 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханической обработке заготовок с литой крупнозернистой, крупнозернистой пластинчатой микроструктурой, в частности из титана и его сплавов, с целью получения в них заданной микроструктуры.

Изобретение может быть использовано при получении поковок и предзаготовок для изготовления изделий, предназначенных для эксплуатации в различных областях промышленности, в том числе авиакосмической.

Получение высоких технологических и эксплуатационных характеристик в большинстве сплавов, как правило, связано с получением определенного типа микрокристаллической структуры с одной стороны и ее однородности с другой. При этом оптимальной с точки зрения низких значений напряжения течения и максимальной пластичности является микрокристаллическая структура микродуплексного типа со средним размером зерен d=1,0-10,0 мкм. В то же время сочетание удовлетворительной пластичности, высокой ударной вязкости и длительной прочности возможно получить, имея микроструктуру типа корзиночного плетения. Известно, что основным методом получения такой микроструктуры является термическая обработка материала, который в исходном состоянии имеет микрокристаллическую структуру микродуплексного типа. Таким образом актуальность проблемы получения максимальных прочностных характеристик материала в изделиях, непосредственным образом связана с проблемой получения высоких технологических характеристик материала в заготовках.

В настоящее время известен целый ряд технологических методов, которые позволяют получать микрокристаллическую структуру, как в небольших образцах [1,2] , так и в крупногабаритных заготовках [3]. Анализ показывает, что все эти методы в своей основе имеют единую физическую природу: повышение внутренней энергии деформируемых образцов за счет упрочнения в результате интенсивной пластической деформации и переход ее в стабильное состояние за счет развития процессов разупрочнения, таких как возврат, рекристаллизация и т.п.

Известен способ обработки металлических материалов [1] при котором, используя интенсивную пластическую деформацию, реализуемую при деформировании осадкой с кручением тонких пластин между двумя плоскими бойками удается получить микроструктуру со средним размером зерен 50 нм. Этот способ обработки заготовок получил название "деформирование на наковальне Бриджмена". Интенсивная сдвиговая деформация заготовок из труднодеформируемых материалов, возможная в результате увеличения ресурса их пластичности при кручении, достигается созданием в заготовке напряженного состояния, близкого к квазигидростатическому сжатию.

К недостаткам этого способа относятся ограниченные возможности получения заготовок больших размеров. С увеличением размеров заготовки увеличивается неоднородность распределения накопленной деформации по сечению, что приводит к увеличению неоднородности распределения микроструктуры в заготовке. В связи с указанными недостатками, данный способ используют, как правило в лабораторных условиях.

Известен способ обработки материалов [2], который, также как и предыдущий, основан на сдвиговой деформации в условиях квазигидростатического давления, называемый "Равноканальное угловое прессование". В отличие от рассмотренного ранее способа, интенсивная сдвиговая деформация набирается здесь в результате многократного прессования, как правило осесимметричных и длинномерных заготовок в канале постоянного поперечного сечения с изломом. Угол излома выбирается равным или меньшим 90^o. В зависимости от величины сил трения между заготовкой и инструментом метод допускает использование прессования с противодавлением.

Основным достоинством метода "Равноканального прессования" по сравнению с "деформированием на наковальне Бриджмена" является возможность его применения для подготовки микроструктуры в заготовках большего объема.

Этот способ используют при обработке заготовок из металлов и сплавов с целью получения в них заданной микроструктуруры при низких температурах. При обработке заготовок из труднодеформируемых материалов, в частности из титана и его сплавов, при высоких температурах, возникает проблема защитно-смазочных покрытий, которая на сегодняшний день не решена.

Таким образом, известные способы [1,2] предназначены для получения заданной микроструктуры в небольших образцах в лабораторных условиях.

Кроме того, известные способы [1,2] не позволяют получить регламентировано неоднородную структуру по сечению заготовки.

Известен способ обработки заготовок из труднодеформируемых материалов, заключающийся в получении в заготовках микрокристаллической структуры [3], который выбран в качестве прототипа.

Способ включает в себя начальную горячую деформацию заготовок осадкой со степенью, приводящей к изменению площади поперечного сечения до значения 1:4 при температурах не выше 450 F (232,2^oC), но не ниже температуры рекристаллизации, и последующую горячую объемную штамповку при температуре 350 F(176,7^oC), но не ниже температуры рекристаллизации обрабатываемого сплава.

Формирование микрокристаллической структуры в заготовках при подобной обработке достигается за счет развития рекристаллизационных процессов после горячего наклепа при горячей обработке заготовок давлением.

Одним из главных достоинств рассматриваемого способа является возможность эффективной обработки полуфабрикатов среднего габарита, а также изделий сложной формы.

Вместе с тем способу присущи и недостатки.

Как известно, выбранная схема обработки заготовок сжатием характеризуется неоднородностью протекания деформации материала по сечению, которая выражается в образовании ковочного креста, а также застойных зон, непосредственно в области контакта штампового инструмента с заготовкой. С увеличением габаритов обрабатываемых заготовок усугубляется неравномерное распределение деформации по объему заготовок, которая приводит к появлению неконтролируемого градиента по размеру зерен в объеме заготовок. В этой связи практически отсутствует возможность получения заданной микроструктуры по сечению заготовки.

Принципиально отсутствует возможность контролируемого получения регламентированной микроструктуры, характеризующейся различным размером зерна по сечению заготовки.

Труднодеформируемые материалы, особенно титановые сплавы, имеют довольно низкое значение коэффициента теплопроводности, который главным образом влияет на скорость нагрева и охлаждения. Особенно заметно это влияние при увеличении поперечных размеров обрабатываемых заготовок. Наличие операции сжатия на первом этапе обработки заготовок вносит ограничения по соотношению размера заготовки по высоте к поперечному размеру, из-за потери устойчивости заготовок при осадке. Следовательно, с увеличением массы увеличивается поперечный размер заготовок и длительность их нагрева под деформацию. Увеличением скорости нагрева можно снизить время, необходимое на прогрев заготовок, однако в этом случае увеличивается градиент температурного поля по сечению, который приводит к нарушению однородности распределения размеров зерен по объему заготовки.

Из экспериментов известно, что чем выше температура деформации и больше время нагрева заготовки под горячую деформацию, тем крупнее зерно, что наряду с неравномерностью структуры существенным образом ограничивает использование данного метода при обработке крупногабаритных заготовок.

Рассматриваемый способ предусматривает использование сжатия в изотермических условиях и, как следствие, применение нагреваемого штампового инструмента. Опыт показывает: масса штампового инструмента в десятки раз превышает массу обрабатываемой заготовки. Поэтому при увеличении габаритов обрабатываемой заготовки наряду с ростом расходов на материал и изготовление штампового инструмента возрастают и расходы на его нагрев, которые во много раз больше расходов на нагрев обрабатываемой заготовки.

Увеличение размеров обрабатываемой заготовки влечет за собой и увеличение потребных усилий прессового оборудования. Известно, что изменение поперечных размеров обрабатываемой заготовки в два раза приводит к изменению мощности потребного оборудования в четыре раза.

Таким образом, рассматриваемый способ обработки заготовок можно отнести к разряду высокоэнергоемких процессов. Причем степень энергоемкости пропорционально растет с ростом массы обрабатываемой заготовки.

Таким образом, анализ опубликованных в технической и патентной литературе данных показал, что обработка крупногабаритных заготовок из металлов и сплавов с целью получения однородной или регламентированной по сечению микрокристаллической структуры представляет собой актуальную технологическую проблему.

Задачей изобретения является повышение эффективности измельчения микроструктуры, а именно достижение размера зерен 5,0-10,0 мкм и менее в крупногабаритных, в том числе более 200 кг, заготовках. Задачей изобретения является обеспечение возможности получения в заготовках однородной, или регламентирование неоднородной в поперечном сечении микроструктуры. Задачей изобретения является снижение удельной энергоемкости с увеличением габаритов обрабатываемой заготовки. Дополнительной задачей изобретения является снижение трудоемкости процесса в целом.

Поставленная задача решается способом обработки заготовок из металлов и сплавов посредством пластической деформации со степенью и в температурно-скоростных условиях, обеспечивающих измельчение микроструктуры, отличающийся тем, что осуществляют обработку всей заготовки или ее регламентированной части за один или несколько этапов с использованием на одном, а если этапов несколько, преимущественно на первом этапе, в качестве преимущественной или единственной компоненты нагружения кручения, а на последующих, в качестве преимущественной или единственной компоненты нагружения растяжения или сжатия, кроме того, по крайней мере, этап, включающий нагружение кручением, выполняют за несколько переходов, а условия нагружения выбирают обеспечивающими трансформацию микроструктуры в процессе деформации и/или в процессе термообработки между переходами и/или этапами.

Поставленная задача решается также, если: - обработку проводят за несколько этапов, при этом на первом этапе обеспечивают трансформацию микроструктуры до выполнения условия протекания деформации в проработанном слое на последующих этапах в условиях сверхпластичности; - количество этапов и вид нагружения выбирают с учетом конфигурации исходной и конечной заготовки и размера зерен в исходной заготовке; - количество этапов и вид нагружения выбирают с учетом заданного распределения размера зерен в поперечном сечении заготовки; - при обработке заготовок из титана и его сплавов, степень и температурно-скоростные условия деформации на переходе выбирают обеспечивающими протекание динамической рекристаллизации в -фазе, а между переходами осуществляют термообработку, обеспечивающую протекание фазовых превращений; - при обработке заготовок из титана и его сплавов степень и температурно-скоростные условия деформации на переходе выбирают обеспечивающими протекание статической рекристаллизации в -фазе, а между переходами осуществляют рекристаллизационный отжиг с последующей термообработкой, обеспечивающей протекание фазовых превращений; - при обработке заготовок из (+) титановых сплавов, заготовку по крайней мере на одном из переходов деформируют при постоянной температуре, не выше [Т_Ас3-(2030)]^oС; - при обработке заготовок из - и псевдо -титановых сплавов, заготовку по крайней мере на одном из переходов деформируют при постоянной температуре в интервале температур Т_Ас3Т_Ar3 для обрабатываемого сплава; - термообработку осуществляют посредством охлаждения заготовки с регламентированной скоростью, обеспечивающей протекание прямого фазового превращения по диффузионному механизму; - скорость охлаждения выбирают не более скорости, соответствующей мартенситному превращению в -фазе и не менее скорости, соответствующей наибольшей интенсивности образования двойников отжига в -фазе; - охлаждение осуществляют до температуры последующего перехода; - температуру последующего перехода выбирают ниже температуры предыдущего перехода; - температуру последующего перехода выбирают равной температуре предыдущего перехода; - охлаждение осуществляют до температуры ниже температуры последующего перехода, с дальнейшим нагревом до температуры последующего перехода; - охлаждение осуществляют до комнатной температуры, с последующим нагревом до температуры последующего перехода; - по крайней мере после одного из переходов осуществляют нагрев до температуры выше температуры обработки на предыдущем переходе с последующим охлаждением до температуры последующего перехода; - по крайней мере на одном из переходов обработку заготовок выполняют при переменной температуре; - при обработке заготовок из титана и его сплавов с исходной литой структурой, перед первым этапом осуществляют дополнительную обработку, обеспечивающую протекание динамической рекристаллизации в -фазе и термическую обработку, обеспечивающую протекание обратных фазовых превращений; - при обработке заготовок из титана и его сплавов с исходной литой структурой, перед первым этапом осуществляют дополнительную обработку, обеспечивающую протекание динамической рекристаллизации в -фазе и термическую обработку, обеспечивающую протекание прямых фазовых превращений; - температуру деформации на последующих этапах выбирают ниже температуры деформации на первом этапе; - деформацию осуществляют за один этап, при этом количество переходов и величину накопленной деформации выбирают в зависимости от глубины прорабатываемого слоя и ресурса пластичности обрабатываемого материала; - деформацию осуществляют за два этапа, при этом величину накопленной деформации на первом этапе выбирают из условия обеспечения измельчения микроструктуры в объеме, который определяют из соотношения: где V₀ - объем всей заготовки; V₁ - объем трансформированной части заготовки; ₁ - напряжения течения материала с микрокристаллической структурой; ₂ - напряжения течения материала в исходной заготовке, кроме того, температуру второго этапа выбирают не выше температуры первого этапа деформирования; - деформацию осуществляют за три этапа, причем на третьем этапе при использовании осевой компоненты нагружения осуществляют формообразование заготовки; - в качестве исходной берут осесимметричную заготовку в виде прутка, размер которой в поперечном сечении выбирают тем меньшим, чем меньше заданный размер зерен, при этом в качестве осевой компоненты нагружения используют одноосное растяжение; - в качестве исходной берут осесимметричную заготовку в виде шайбы, высоту которой выбирают тем меньше, чем меньше заданный размер зерен, при этом на втором этапе, в качестве осевой компоненты нагружения используют одноосное сжатие.

- на первом этапе заготовку деформируют сочетанием кручения со сжатием; - на первом этапе заготовку деформируют сочетанием кручения с растяжением; - на первом этапе заготовку деформируют попеременно кручением, растяжением и сжатием; - на первом этапе кручение совмещают с воздействием знакопеременного осевого нагружения; - на первом этапе заготовку деформируют, совмещая осевое нагружение со знакопеременным кручением; - на первом этапе при монотонном двухкомпонентном нагружении отношение осевой компоненты деформирующего усилия к крутящей выбирают не более 0,2; - на втором этапе заготовку деформируют сочетанием сжатия с кручением; - на втором этапе заготовку деформируют сочетанием сжатия с растяжением; - заготовку деформируют в оболочке, изготовленной из материала, способного к сверхпластической деформации, при этом предварительно деформируют оболочку одноосным растяжением до обеспечения контакта между заготовкой и оболочкой по боковой поверхности заготовки, препятствующего их смещению друг относительно друга в процессе обработки; - при обработке полой заготовки, во внутрь заготовки устанавливают сердечник, а деформации подвергают заготовку; - при обработке полой заготовки многокомпонентным нагруженном во внутрь заготовки устанавливают сердечник, изготовленный из материала, который при температурно-скоростных режимах обработки заготовки деформируется в условиях сверхпластичности, а деформации, преимущественно на втором этапе, подвергают и сердечник и заготовку; - заготовку в сборе с сердечником деформируют в оболочке, изготовленной из материала, способного к сверхпластической деформации, при этом предварительно деформируют оболочку одноосным растяжением до обеспечения контакта между заготовкой и оболочкой по боковой поверхности заготовки, препятствующего их смещению друг относительно друга в процессе обработки; - сердечник выполняют полым; - сердечник выполняют сплошным; - заготовку и сердечник деформируют совместно; - заготовку и сердечник деформируют раздельно; - обработку заготовки выполняют в условиях раздачи сердечника путем подачи во внутреннюю полость сердечника под давлением рабочей среды.

- между заготовкой и сердечником размещают материал, который по крайней мере в процессе обработки заготовки приобретает вязкотекучие свойства.

- после обработки заготовки осуществляют раздачу заготовки путем подачи в полость между заготовкой и сердечником под давлением рабочей среды.

- обработку полых тонкостенных заготовок осуществляют в оболочке, при этом предварительно осуществляют раздачу заготовок до обеспечения контакта между заготовкой и оболочкой по боковой поверхности заготовки, препятствующего их смещению друг относительно друга в процессе обработки; - оболочку выполняют из материала, который при выбранных температурно-скоростных режимах обработки заготовки деформируется в условиях сверхпластичности; - полую заготовку устанавливают между оболочкой и сердечником, изготовленными из материала, не претерпевающего формоизменения при обработке заготовки, обеспечивают равномерный контакт по всей контактируемой поверхности заготовки и сердечника, препятствующий взаимному смещению заготовки, оболочки и сердечника при обработке, а деформирование заготовки выполняют путем смещения оболочки и сердечника друг относительно друга; - заготовку и контактируемые поверхности оболочки и сердечника изготавливают конусной формы; - контакт между полой заготовкой, оболочкой и сплошным сердечником обеспечивают за счет образования термического натяга; - контакт между полой заготовкой, оболочкой и сплошным сердечником обеспечивают за счет паяного соединения, при этом начальную толщину прослойки выбирают из условия 50,0 мкм<<200,0 мкм; - при обработке пластин, их размещают между оболочкой и стержнем с обеспечением контакта по всей поверхности посредством предварительной деформации пластин, а деформирование в процессе обработки осуществляют смещением оболочки и стержня друг относительно друга; - оболочку и стержень выполняют конусной формы, при этом предварительную деформацию пластин осуществляют при сборке; - при обработке заготовок в виде прутков кручение осуществляют путем приложения деформирующего усилия к торцевой поверхности, равномерно по площади, имеющей радиус r, равный 0,7<r<R, где R - радиус обрабатываемой заготовки; - деформирующее усилие на обрабатываемую заготовку передают за счет неразъемного соединения ее с инструментом; - неразъемное соединение выполняют сваркой плавлением; - неразъемное соединение выполняют сваркой в твердой фазе; - неразъемное соединение выполняют пайкой, при этом материал припоя выбирают из условия, что его температура плавления выше температуры обработки заготовки, а толщину прослойки выбирают из соотношения 50,0 мкм<<200,0 мкм; - деформирующее усилие на обрабатываемую заготовку передают за счет разъемного соединения ее с инструментом.

Эффективность измельчения микроструктуры в предлагаемом техническом решении достигается за счет использования мягких схем нагружения или их сочетания со средними и жесткими схемами нагружения, обеспечивающих достижение более значительных степеней накопленной деформации, и тем самым снижение температуры рекристаллизации, или при заданной температуре увеличение рекристаллизованного объема и скорости протекания процесса рекристаллизации. Причем сдвиговая деформация при обработке крупногабаритных заготовок эффективно используется за счет того, что сдвигу подвергается не сразу вся заготовка, а поверхностные слои.

Достигаемые при такой обработке степени деформации обеспечивают измельчение зерна: - или в процессе деформации только за счет динамической рекристаллизации; - или в результате деформации и развития процесса статической рекристаллизации в процессе термообработки после деформации; - или в результате деформации, развития динамической рекристаллизации в одной фазе и термообработки, обеспечивающей протекание прямых фазовых превращений; - или в результате деформации, развития статической рекристаллизации при термообработке после деформации и второго цикла термообработки, обеспечивающего протекание обратных фазовых превращений.

Выбор той или иной альтернативы зависит от физических свойств обрабатываемого материала, от структуры в исходной заготовке, температурно-скоростных условий деформации, а также заданной или максимально допустимой степени деформации.

Все вышеперечисленные условия принимаются во внимание при определении числа переходов при обработке на этапах. Например, когда обработке подвергается материал с низкими пластическими свойствами, требуемая проработка слоя достигается за счет использования многопереходной обработки, и рекристаллизационного отжига между переходами.

Развитие процесса пластической деформации в условиях развития интенсивной сдвиговой деформации при кручении, стимулирует формирование в материале устойчивых дислокационных скоплений, что само по себе или в сочетании с последующей термической обработкой обеспечивает контролируемое развитие либо динамической, либо статической рекристаллизации, или в сочетании с фазовыми превращениями ускоряет развитие процессов трансформации крупнозернистой, или грубой пластинчатой микроструктуры в глобулярную, в том числе микродуплексную в поверхностных слоях.

На втором этапе осевое нагружение растяжением либо сжатием создает однородное напряженное и деформированное состояние в поперечном сечении заготовки. Повышенная чувствительность напряжений течения к скорости деформации, типичная для материалов со сверхпластическими свойствами, трансформированного объема в поверхностных слоях, позволяет обработать на мелкое зерно при последующем деформировании уже центральную часть заготовки, обеспечивая протекание процесса деформации однородно по сечению, без образования шейки при растяжении или без образования ковочного креста при сжатии и преждевременного разрушения заготовки в целом.

Использование кручения на первом этапе и осуществление обработки за один этап позволяет получить регламентированно неоднородную по сечению микроструктуру за счет трансформации микроструктуры в поверхностных слоях заготовки. Обработка за два или более этапов позволяет получить однородную во всем объеме микроструктуру.

При обработке заготовок за два или более этапов, рекомендуемым условием является получение на первом этапе микроструктуры, обеспечивающей на последующих этапах протекание в проработанном слое деформации в условиях сверхпластичности.

Предлагаемая механическая схема нагружения позволяет увеличить габариты обрабатываемых заготовок, за счет преимущественного увеличения длинновых размеров, так как на втором этапе можно использовать растяжение или растяжение с кручением. Возможность увеличения массы заготовок за счет увеличения длиннового размера без изменения поперечного обеспечивает равномерный прогрев заготовок за меньшее время, что позволяет получить в заготовках весом 200 кг и более микрокристаллическую структуру со средним размером зерен 10,0-15,0 мкм.

С уменьшением поперечных размеров обрабатываемой заготовки возможно получение среднего размера зерен значительно менее 10,0-15,0 мкм.

Снижение удельной энергоемкости при увеличении массы обрабатываемых заготовок достигается за счет того, что схема нагружения - кручением, требует меньших энергетических затрат. В частности, они уменьшаются из-за отсутствия деформирующего инструмента в рабочей зоне. Причем, чем больше размеры обрабатываемых заготовок, тем выше становится эффективность предлагаемого способа по данному критерию.

Использование кручения в качестве основной компоненты нагружения при обработке заготовок позволяет в значительной степени (на порядок) по сравнению, например, со сжатием, увеличить скорость процесса при сохранении скорости деформации материала во всем объеме контролируемой, постоянной и оптимальной. Например, при подготовке структуры в заготовках диаметром 100,0 мм и длиной 250,0 мм, из титанового сплава ВТ6, в исходном состоянии имеющих литую структуру, при обеспечении скорости деформации на боковой поверхности 10^-3 с^-1, величина деформации е=3,6 была набрана за 12,0-15,0 минут. При этом 80% объема заготовки претерпело трансформацию в структуру типа микродуплекс. Аналогичная величина накопленной деформации, при сжатии такого же по размерам слитка, которая необходима для протекания полной трансформации, набирается за 4-7 рабочих смен и связана с необходимостью выполнения промежуточных подогревов.

Эффективность способа подтверждается также и таким критерием, как отсутствие деформирующего инструмента в рабочей зоне, исключающее появление сил трения и связанных с их преодолением затрат, величина которых в известных решениях также растет с увеличением габаритов обрабатываемых заготовок.

Кроме того, сохранение поперечных размеров и увеличение длинновых размеров заготовки уменьшает время ее прогрева до рабочих температур, и делает практически независимым время нагрева от габаритов обрабатываемой заготовки.

Количество этапов и вид нагружения выбирают с учетом конфигурации исходной и конечной заготовки и размера зерен в исходной заготовке. Форма, геометрические размеры заготовок, а также исходная микроструктура определяют режимы деформационно-термической обработки заготовок с целью получения в них микрокристаллической структуры, а также виды используемого нагружения. Например, полые заготовки целесообразно обрабатывать кручением. При обработке длинномерных заготовок на первом этапе используют кручение или кручение с растяжением, а на последующих - только растяжение. При обработке заготовок с малой длиной на первом этапе используют кручение или кручение со сжатием, а на последующих - только сжатие. В тех случаях, когда требуется обработать заготовку с малопластичной структурой, деформацию заготовок целесообразно осуществлять в оболочках.

Количество этапов и вид нагружения выбирают с учетом заданного распределения размера зерен в поперечном сечении заготовки. В тех случаях, когда необходимо выполнить лишь поверхностную обработку заготовок, целесообразно использовать только кручение. Заданный размер зерен в поперечном сечении обрабатываемых заготовок достигается благодаря заданному уровню величины накопленной в процессе кручения деформации, которая определяется углом закручивания, скоростью и возможностью реверсивного закручивания.

При обработке заготовок из титана и его сплавов, степень и температурно-скоростные условия деформации на переходе достаточно выбирать обеспечивающими протекание динамической рекристаллизации лишь в -фазе. Наличие многих равнозначных систем скольжения в объемоцентрированной кубической решетке высокотемпературной аллотропической модификации -фазы определяет развитие пластического течения материала за счет множественного скольжения. Сравнительно низкое значение энергии дефекта упаковки для -фазы Е~20 эрг/мм² [4], является причиной появления устойчивых, как плоских, так и пространственных дислокационных скоплений, преобразующихся при дальнейшей деформации в ячеистую микроструктуру с размером ячеек 1-2 мкм, с толщиной стенок 0.6-0.7 мкм и состоящих из объемных клубков с высокой плотностью дислокаций на границе и низкой плотностью дислокаций внутри ячеек. Дальнейшая деформация приводит к уменьшению толщины границ ячеек и увеличению их кривизны. На этом фоне происходит также увеличение кристаллографической разориентировки между соседними ячейками. Подобная эволюция дислокационной структуры, как известно, предшествует началу динамической рекристаллизации, следствием которой является образование высокоугловых межзеренных границ. Очевидно, что рекристаллизация в -фазе происходит при меньших степенях деформации, что в результате снижает общий уровень работы деформирования, необходимой для измельчения структуры. Выполнение между переходами термической обработки, направленной на обеспечение протекания прямого фазового превращения по диффузионному механизму, например при охлаждении заготовки с контролируемой скоростью, приведет к выделению -фазы в тройных стыках вновь образованных межзеренных границах -фазы. Преимущественное выделение -фазы на тройных стыках обусловлено повышенным значением коэффициента диффузии на межзеренной (-) - границе общего типа по сравнению со специальной когерентной межфазной (-) - границей, а также большей их протяженностью на единицу объема за счет малого размера зерен. С другой стороны, высокий уровень энергии межзеренной границы по сравнению с межфазной является причиной появления градиента химического потенциала, который определяет направленный диффузионный массоперенос. Таким образом, и с термодинамической и с кинетической точек зрения становится более выгодным выделение -фазы в тройных стыках, чем на межфазных границах. В итоге происходит формирование структуры микродуплекс.

При обработке заготовок из титана и его сплавов при такой же степени деформации, которая необходима для развития динамической рекристаллизации, температурно-скоростные условия деформации на переходе, выбирают обеспечивающими протекание статической рекристаллизации в -фазе при последующей термообработке, что позволяет включить в процесс трансфоромации структуры больший слой в обрабатываемой кручением или кручением с растяжением заготовке. Рекристаллизационный отжиг между переходами обеспечивает протекание в этих слоях статической и метадинамической рекристаллизации, что в сочетании с предшествующей на переходе пластической деформации динамической рекристаллизацией увеличивает равномерность и полноту образования межзеренных границ в -фазе. Последующая термическая обработка, направленная на прямое фазовое превращение, развивающееся по диффузионному механизму, как и в предыдущем случае обеспечивает получение структуры микродуплексного типа.

При обработке заготовок из (+) титановых сплавов, заготовку по крайней мере на одном из переходов деформируют при постоянной температуре, не более [Т_Ас3-(2030)] ^oС. При нагреве до указанной температуры микроструктура, как правило, представляет собой колонии тонких пластин -фазы в матричной -фазе. При этом достигаемое минимальное количество -фазы не меняет их пластинчатую морфологию, сохраняя способность ограничивать рост зерен рекристаллизующейся матричной -фазы. Выполняемая при этом деформационно-термическая обработка обеспечивает развитие трансформации грубой пластинчатой структуры по одной из трех, описанных выше схем. Эти режимы рекомендуются для заготовок с исходной структурой с достаточно большим размером -зерна, порядка 1 мм и более.

При обработке заготовок из -титановых сплавов, заготовку по крайней мере на одном из переходов деформируют при постоянной температуре в интервале температур Т_Ас3 и Т_Ar3 для обрабатываемого сплава. Обработка сплавов указанной группы в двухфазном + температурном интервале дает возможность с наибольшей интенсивностью реализовывать преимущества обработки -фазы, в условиях сдержанного роста зерен в двух фазной области.

Термическую обработку в заготовках, подвергаемых деформированию, на переходах или на этапах осуществляют посредством охлаждения с регламентированной скоростью, обеспечивающей протекание прямого фазового превращения по диффузионному механизму, обеспечивающего превращение преимущественно в тройных стыках и на межзеренных границах -фазы.

Скорость охлаждения выбирают не более скорости, скорости соответствующей мартенситному превращ