Способ обработки псевдо -титановых сплавов

Способ обработки псевдо -титановых сплавов

Реферат

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к обработке титановых сплавов. Предложен способ обработки псевдо -титановых сплавов, включающий многоступенчатые нагрев и штамповку и последующее охлаждение, а нагрев под окончательную штамповку производят до температуры ниже температуры превращения для исключения этого превращения, при этом нагрев под окончательную штамповку производят до температуры не ниже чем на 30°С температуры превращения и после этого проводят отжиг. Технический результат - получение качественных деталей за счет обеспечения равномерности и стабильности механических свойств деталей в результате обработки. 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к термической обработке титановых сплавов.

Известен способ обработки титановых сплавов (SU 396427, C 22 F 1/18, 1973), включающий нагрев, деформацию в -области, охлаждение со скоростью 0,1...4,0 град/мин до температуры на 100...300°С ниже температуры + - превращения, выдержку при этой температуре в течение 1 часа и дальнейшее охлаждение. Однако этот способ не обеспечивает стабильных механических свойств деталей.

Известен также способ обработки титановых сплавов (SU 324298, C 22 F 1/18, 1972), в котором нагрев производят до температуры на 30...70°С ниже температуры полиморфного превращения, охлаждение со скоростью 5...30°С в секунду, с последующим старением при 5000...600°С, что обеспечивает повышение прочностных свойств при комнатной и повышенной температурах при сохранении высоких пластических свойств. Недостатком этого способа является то, что термическая обработка в таком широком интервале скоростей охлаждения способна привести к образованию химической и структурной микронеоднородности, которые часто оказываются неустойчивыми по отношению к последующим нагревам. Наличие микронеоднородности определяет неравномерность механических свойств детали.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков и назначению является способ многоступенчатой обработки псевдо -титановых сплавов (SU 1740487 А1, C 22 F 1/18, 15.06.1992), включающий нагрев, деформацию и охлаждение. Однако способ не обеспечивает стабильных механических свойств деталей.

Предлагаемый способ направлен на получение качественных деталей за счет обеспечения в результате обработки равномерности и стабильности механических свойств деталей.

Сущность изобретения заключается в следующем. В способе обработки штамповок из псевдо--титановых сплавов, включающем многоступенчатые нагрев и штамповку и последующее охлаждение, нагрев под окончательную штамповку производят до температуры ниже температуры превращения для исключения этого превращения. Однако в отличие от прототипа нагрев под окончательную штамповку производят до температуры не ниже чем на 30°С температуры превращения и после этого проводят отжиг. Особое состояние фазового предпревращения характеризуется наименьшей устойчивостью атомов для обеих фаз. Тепловое воздействие на металл и сплав в интервале температур предпревращения приводит к максимальной диффузионной подвижности атомов. В этих условиях протекают многоуровневые релаксационные процессы, которые фиксируются при последующем охлаждении и обеспечивают повышенную прочность и пластичность заготовок и их высокую стабильность.

Изобретение поясняется графическими материалами. В таблице приведен сравнительный анализ механических свойств деталей, изготовленных по аналогу SU 396427, предлагаемому способу и по аналогу SU 324298. На фиг.1, 2 и 3 представлена микроструктура материала деталей из титанового сплава ВТ20, обработанных соответственно по аналогу SU 396427, предлагаемому способу и аналогу SU 324298.

Заготовки из сплава ВТ20 одной и той же плавки, с температурой полиморфного превращения Т=975°С после предварительной двухступенчатой штамповки подвергались окончательной третьей штамповке после нагрева их до температуры соответственно 1100°С, 970°С и 920°С и последующему охлаждению на воздухе. Все штамповки подвергались отжигу при температуре 880°С, 1 час. Штамповки подвергались всесторонним исследованиям механических свойств и микроструктуры. Результаты исследований влияния температуры окончательной штамповки на свойства титановых заготовок приведены в таблице, а также на фиг.1, 2 и 3. Как видно из данных таблицы, наилучшие механические свойства наблюдаются у заготовок, подвергавшихся окончательной штамповке в области существования -фазы, близкой к температуре предпревращения . Практически предел прочности у таких штамповок повысился на 8-10%, а характеристики пластичности в 1,5-2 раза по сравнению со штамповками, деформированными как в области -фазы, так и в области -фазы, на 30...70°С ниже температуры полиморфного превращения . Кроме того, наблюдается стабильность, малый разброс и меньшая зависимость показателей механических свойств от направления испытания у штамповок, деформированных в области -фазы, близкой к температуре полиморфного предпревращения.

Нагрев и деформация титановых заготовок в температурном интервале существования -фазы, близкой к температуре полиморфного предпревращения (фиг.2) приводят, к тому, что явных границ зерен исходной -фазы не наблюдается, структура характеризуется пластичным строением внутризеренной -фазы с переходом к глобулярной, т.е. образование структуры, связанной с процессами рекристаллизации, коагуляции и глобуляризации, что обеспечивает повышенную прочность и пластичность титановых заготовок.

Нагрев и деформация титановых заготовок в температурном интервале -фазы (фиг.1) приводят к образованию пластинчатой (-превращенной) структуры с четко выраженными зернами исходной -фазы, окаймленных -фазой, причем -зерна состоят из -колоний, являющихся пачками -пластин, разделенных прослойками -фазы. Такая структура и определяет пониженные характеристики и прочности и пластичности и значительную их нестабильность.

Нагрев и деформация титановых заготовок в температурном интервале существования -фазы, но на 30...70°С ниже температуры превращения (фиг.3) приводит к укрупнению толщины -пластин и накоплению деформационных напряжений, что существенно снижает прочность и пластичность металла и увеличивает их нестабильность.

Пример конкретного выполнения.

Заготовки одной плавки из сплава ВТ20 в виде катанных, обточенных прутков с размерами 130×202 мм нагревали до температуры 1100-20°С продолжительностью 75+30 мин и подвергали ковке. После зачистки дефектов заготовки нагревали до температуры 1000-20°С в течение 60+20 мин и подвергали заготовительной штамповке. Затем заготовительные штамповки нагревали до температуры 970°С в течение 40+10 мин и подвергали окончательной штамповке и охлаждали на воздухе.

После этого штамповки отжигали при температуре 850°С в течение 1 часа для снятия остаточных напряжений и подвергали всесторонним исследованиям механических свойств и микроструктуры. Результаты исследований приведены в таблице, пункт 2, и на фиг.2.

Предлагаемый способ по сравнению с аналогами позволяет повысить предел прочности на 8-10%, характеристики пластичности в 1,5-2 раза, уменьшить анизотропию свойств штамповок в зависимости от направления испытаний и улучшить качество деталей.

Формула изобретения

Способ обработки псевдо -титановых сплавов, включающий многоступенчатые нагрев и штамповку и последующее охлаждение, при этом нагрев под окончательную штамповку производят до температуры ниже температуры превращения для исключения этого превращения, отличающийся тем, что нагрев под окончательную штамповку производят до температуры не ниже чем на 30°С температуры превращения и после этого проводят отжиг.

РИСУНКИ