Способ получения жаропрочных титановых сплавов

Способ получения жаропрочных титановых сплавов

Реферат

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.

Определение механических свойств, таких как предел прочности (σ_β), 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.

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_β), 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.

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_β), 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	σβ, 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	σβ, 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	σβ, 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

Способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка и проведение горячего изостатического прессования, отличающийся тем, что горячее изостатическое прессование проводят в три ступени: I ступень - нагрев до температуры Тпп-(235÷285)°С, выдержка 1÷1,5 ч при давлении 680÷730 атм, II ступень - нагрев до температуры Тпп+(125÷155)°С, выдержка 1-2 ч при давлении 960÷1010 атм, III ступень - охлаждение до температуры Тпп-(5÷35)°С, выдержка 2÷3 ч при давлении 870÷920 атм, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава.