Горячая правка растяжением высокопрочного титанового сплава, обработанного в области альфа/бета-фаз

Горячая правка растяжением высокопрочного титанового сплава, обработанного в области альфа/бета-фаз

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ ТЕХНОЛОГИИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к способам правки высокопрочных титановых сплавов, состаренных в области α+β-фаз.

ОПИСАНИЕ ОБОСНОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

[0002] Титановые сплавы, как правило, обладают высоким соотношением прочности к массе, являются устойчивыми к коррозии и устойчивыми к ползучести при умеренно высоких температурах. По этим причинам титановые сплавы используются в аэрокосмической и авиационной технике, включая, например, элементы опоры шасси, рамы двигателей и другие критические детали конструкции. Титановые сплавы также используются в деталях реактивных двигателей, таких как роторы, лопатки компрессоров, детали гидравлической системы и обтекатели.

[0003] В последние годы β-титановые сплавы вызывают повышенный интерес и находят применение в аэрокосмической промышленности. β-титановые сплавы могут обрабатываться до весьма высоких прочностей, сохраняя приемлемые свойства вязкости разрушения и ковкости. Кроме того, низкое напряжение пластического течения β-титановых сплавов при повышенных температурах может приводить к улучшенной обрабатываемости.

[0004] Однако β-титановые сплавы могут плохо поддаваться обработке в области α+β-фаз, поскольку, например, температуры β-перехода сплавов, как правило, находятся в диапазоне от 1400°F до 1600°F (от 760°С до 871,1°С). Кроме того, чтобы достичь необходимых механических свойств продукции, после обработки на твердый раствор α+β требуется быстрое охлаждение, такое как закалка в воде или на воздухе, и старение. Обработанный на твердый раствор α+β и состаренный прямой пруток β-титанового сплава, например, может деформироваться и/или скручиваться в процессе закалки. («Обработка на твердый раствор и старение» время от времени будет называться здесь как «STA»). Кроме того, низкие температуры старения, которые должны использоваться для β-титановых сплавов, например, от 890°F до 950°F (от 477°С до 510°С), резко ограничивают температуры, которые могут использоваться для последующей правки. Чтобы предотвратить значимые изменения механических свойств в процессе операции правки, окончательная правка должна происходить ниже температуры старения.

[0005] Для α+β-титановых сплавов, таких как, например, сплав Ti-6Al-4V, в виде длинномерной продукции или прутка, чтобы свести к минимуму деформацию, традиционно применяются дорогостоящие процессы вертикальной термообработки на твердый раствор и старения. Типичный пример обработки STA в уровне техники включает в себя подвешивание длинномерной детали, такой как пруток, в вертикальной печи, термообработку прутка на твердый раствор при температуре в области α+β-фаз и старение прутка при меньшей температуре в области α+β-фаз. После быстрой закалки, например, закалки в воде, возможна правка прутка при меньших температурах, чем температура старения. При подвешивании в вертикальном положении напряжения в прутке являются по своей природе в большей степени радиальными, что приводит к меньшей деформации. Подвергнутый STA пруток из сплава Ti-6Al-4V (UNS (Универсальная система обозначений металлов и сплавов США) R56400) можно затем править, нагревая до температуры ниже температуры старения, например, в газовой печи, а затем выполнять правку, используя правильные машины с правкой в 2 плоскостях, в 7 плоскостях или другие, известные обычному специалисту. Однако операции вертикальной термообработки и закалки в воде являются дорогостоящими, и не все производители титановых сплавов обладают необходимыми мощностями.

[0006] Вследствие высокой прочности при комнатной температуре обработанных на твердый раствор и состаренных β-титановых сплавов обычные способы правки, такие как вертикальная термообработка, неэффективны для правки длинномерной продукции, такой как пруток. После старения при температурах от 800°F до 900°F (от 427°С до 482°С), например, подвергнутый STA метастабильный β-титановый сплав Ti-15Mo (UNS R58150) при комнатной температуре может иметь предел прочности на разрыв 200 тысяч фунтов на кв. дюйм (1379 МПа). Поэтому подвергнутый STA сплав Ti-15Mo не поддается традиционным методам правки, поскольку доступные температуры правки, которые не влияли бы на механические свойства, достаточно низки, так что состоящий из такого сплава пруток мог бы раскалываться под воздействием прилагаемых усилий правки.

[0007] Соответственно, желательным является процесс правки для обработанных на твердый раствор и состаренных металлов и сплавов металлов, который существенно не влияет на прочность состаренного металла или сплава металла.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения неограничительный вариант воплощения способа правки подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки, выбранной из одного из металла и сплава металла, включает нагрев подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки до температуры правки. В определенных вариантах воплощения температура правки находится в диапазоне температур правки от 0,3 температуры плавления в градусах Кельвина (0,3·Tm) подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки до температуры на по меньшей мере 25°F (13,9°C) ниже температуры старения, использованной для упрочнения (твердения) подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки. К подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовке прикладывают растягивающее напряжение при растяжении в течение времени, достаточного для растяжения и правки подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки, с получением выправленной, подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки. Выправленная, подвергнутая дисперсионному твердению металлическая заготовка отклоняется от прямой не более чем на 0,125 дюйма (3,175 мм) на любые 5 футов длины (152,4 см) или на более короткой длине. Выправленную, подвергнутую дисперсионному твердению металлическую заготовку охлаждают с одновременным приложением к выправленной, подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовке растягивающего напряжения при охлаждении, которое достаточно для уравновешивания возникающих при охлаждении термических напряжений в сплаве и сохранения отклонения от прямой не более чем 0,125 дюйма (3,175 мм) на любые 5 футов длины (152,4 см) или на более короткой длине выправленной, подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки.

[0009] Способ правки обработанной на твердый раствор и состаренной заготовки титанового сплава включает в себя нагрев обработанной на твердый раствор и состаренной заготовки титанового сплава до температуры правки. Температура правки включает температуру правки в области α+β-фаз обработанной на твердый раствор и состаренной заготовки титанового сплава. В определенных вариантах воплощения диапазон температур правки составляет от 1100°F (611,1°С) ниже температуры бета-перехода обработанной на твердый раствор и состаренной заготовки титанового сплава до 25°F (13,9°C) ниже температуры дисперсионного твердения обработанной на твердый раствор и состаренной заготовки титанового сплава. К обработанной на твердый раствор и состаренной заготовке титанового сплава прикладывают растягивающее напряжение при растяжении в течение времени, достаточного для растяжения и правки обработанной на твердый раствор и состаренной заготовки титанового сплава, с образованием выправленной, обработанной на твердый раствор и состаренной заготовки титанового сплава. Выправленная, обработанная на твердый раствор и состаренная заготовка титанового сплава отклоняется от прямой не более чем на 0,125 дюйма (3,175 мм) на любые 5 футов длины (152,4 см) или на более короткой длине. Выправленную, обработанную на твердый раствор и состаренную заготовку титанового сплава охлаждают с одновременным приложением растягивающего напряжения при охлаждении к выправленной, обработанной на твердый раствор и состаренной заготовке титанового сплава. Растягивающее напряжение при охлаждении достаточно для уравновешивания возникающего при охлаждении термического напряжения в выправленной, обработанной на твердый раствор и состаренной заготовке титанового сплава и сохранения отклонения от прямой не более чем 0,125 дюйма (3,175 мм) на любые 5 футов длины (152,4 см) или на более короткой длине выправленной, обработанной на твердый раствор и состаренной заготовки титанового сплава.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Признаки и преимущества раскрытых здесь способов будут лучше поняты при обращении к прилагаемым чертежам, на которых:

[0011] Фиг. 1 - блок-схема неограничительного варианта воплощения способа горячей правки растяжением заготовок титанового сплава в соответствии с настоящим изобретением;

[0012] Фиг. 2 - схематическое представление измерения отклонения от прямой материала металлического прутка;

[0013] Фиг. 3 - блок-схема неограничительного варианта воплощения способа горячей правки растяжением металлических заготовок продукции в соответствии с настоящим изобретением;

[0014] Фиг. 4 - фотография обработанных на твердый раствор и состаренных прутков сплава Ti-10V-2Fe-3Al;

[0015] Фиг. 5 - диаграмма зависимости температуры от времени для правки прутка серии №1 из неограничительного варианта примера 7;

[0016] Фиг. 6 - диаграмма зависимости температуры от времени для правки прутка серии №2 из неограничительного варианта примера 7;

[0017] Фиг. 7 - фотография обработанных на твердый раствор и состаренных прутков сплава Ti-10V-2Fe-3Al после горячей правки растяжением в соответствии с неограничительным вариантом воплощения настоящего изобретения;

[0018] Фиг. 8 включает микрофотографии микроструктур подвергнутых горячей правке растяжением прутков из неограничительного примера 7; и

[0019] Фиг. 9 включает микрофотографии неправленых, обработанных на твердый раствор и состаренных прутков из примера 9.

[0020] Читатель по достоинству оценит вышеописанные, а также другие подробности после рассмотрения последующего подробного описания некоторых неограничительных вариантов воплощения способов в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ НЕОГРАНИЧИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

[0021] В настоящем описании неограничительных вариантов воплощения, кроме как в рабочих примерах или там, где указано иное, все числа, выражающие количества или характеристики, следует понимать как корректируемые во всех случаях термином «примерно». Соответственно, если не указано иное, любые числовые параметры, изложенные в последующем описании, являются приблизительными величинами, которые могут изменяться в зависимости от желаемых свойств, которые стремятся получить способами в соответствии с настоящим изобретением. По меньшей мере, а не как попытка ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый числовой параметр должен по меньшей мере толковаться с учетом количества указанных значащих цифр с применением обычных методов округления.

[0022] Любые патенты, публикации или другие материалы раскрытия, которые указаны включенными сюда по ссылке, в целом или частично, включены сюда лишь в той степени, до которой включенная информация не противоречит существующим определениям, заявлениям или другим материалам раскрытия, изложенным в данном описании. Таким образом и в необходимой степени, изложенное здесь раскрытие заменяет собой любые противоречащие материалы, включенные сюда по ссылке. Любой материал или его часть, указанные включенными сюда по ссылке, но противоречащие существующим определениям, заявлениям или другим материалам раскрытия, изложенным здесь, включены только в той степени, в которой не возникают противоречия между включенным материалом и существующим материалом раскрытия.

[0023] Обращаясь теперь к блок-схеме на фиг. 1, неограничительный вариант воплощения способа 10 горячей правки растяжением обработанной на твердый раствор и состаренной заготовки титанового сплава в соответствии с настоящим изобретением включает в себя нагрев 12 обработанной на твердый раствор и состаренной заготовки титанового сплава до температуры правки. В неограничительном варианте воплощения температура правки является температурой в пределах области α+β-фаз. В другом неограничительном варианте воплощения температура правки находится в диапазоне температур правки от примерно 1100°F (611,1°С) ниже температуры бета-перехода титанового сплава до примерно 25° ниже температуры дисперсионного твердения обработанной на твердый раствор и состаренной заготовки сплава.

[0024] В данном контексте выражение «обработанный на твердый раствор и состаренный» (STA) относится к процессу термообработки титановых сплавов, который включает в себя обработку на твердый раствор титанового сплава при температуре обработки на твердый раствор в двухфазной области, т.е. в области α+β-фаз титанового сплава. В неограничительном варианте воплощения температура обработки на твердый раствор лежит в диапазоне от примерно 50°F (27,8°C) ниже температуры β-перехода титанового сплава до примерно 200°F (111,1°C) ниже температуры β-перехода титанового сплава. В другом неограничительном варианте воплощения время обработки на твердый раствор составляет в пределах от 30 минут до 2 часов. Следует признать, что в некоторых неограничительных вариантах воплощения время обработки на твердый раствор может быть меньше чем 30 минут, или больше чем 2 часа, и, как правило, зависит от размера и поперечного сечения заготовки титанового сплава. При данной обработке на твердый раствор в двухфазной области большая часть α-фазы, присутствующей в титановом сплаве, растворяется, но существует некая оставшаяся часть α-фазы, которая до некоторой степени подавляет рост зерна. После завершения обработки на твердый раствор титановый сплав закаливают в воде так, что значительная часть легирующих элементов остается в β-фазе.

[0025] Обработанный на твердый раствор титановый сплав затем подвергают старению при температуре старения, также упоминаемой здесь как температура дисперсионного твердения, в двухфазной области, лежащей в диапазоне от 400°F (222,2°C) ниже температуры обработки на твердый раствор до 900°F (500°С) ниже температуры обработки на твердый раствор, в течение времени старения, достаточного для выделения мелкодисперсных зерен α-фазы. В неограничительном варианте воплощения время старения может составлять в пределах от 30 минут до 8 часов. Следует признать, что в некоторых неограничительных вариантах воплощения время старения может быть меньше чем 30 минут, или больше чем 8 часов, и, как правило, зависит от размера и поперечного сечения заготовки титанового сплава. Процесс STA приводит к получению титановых сплавов, проявляющих высокий предел текучести и высокий предел прочности на разрыв. Общие методы, использующиеся при STA-обработке сплава, известны обычным специалистам-практикам и поэтому не излагаются здесь подробнее.

[0026] Снова обращаясь к фиг. 1, после нагрева 12 к STA-заготовке титанового сплава прикладывают 14 растягивающее напряжение при растяжении в течение времени, достаточного для растягивания и правки STA-заготовки титанового сплава и получения выправленной STA-заготовки титанового сплава. В неограничительном варианте воплощения растягивающее напряжение при растяжении составляет по меньшей мере примерно 20% от предела текучести STA-заготовки титанового сплава при температуре правки и не эквивалентно пределу текучести STA-заготовки титанового сплава при температуре правки или не больше него. В неограничительном варианте воплощения приложенное растягивающее напряжение при растяжении может быть увеличено в ходе этапа правки с тем, чтобы поддерживать растягивание. В неограничительном варианте воплощения растягивающее напряжение при растяжении увеличивается в 2 раза в ходе растягивания. В неограничительном варианте воплощения STA-заготовка продукции титанового сплава содержит сплав Ti-10V-2Fe-3Al (UNS 56410), который обладает пределом текучести примерно 60 тысяч фунтов на кв. дюйм (ksi) при 900°F (482,2°С), и приложенное растягивающее напряжение при растяжении составляет примерно 12,7 тысяч фунтов на кв. дюйм при 900Т в начале правки и примерно 25,5 тысяч фунтов на кв. дюйм - в конце этапа растягивания.

[0027] В другом неограничительном варианте воплощения, после приложения 14 растягивающего напряжения при растяжении, выправленная STA-заготовка титанового сплава отклоняется от прямой не более чем на 0,125 дюйма (3,175 мм) на любые 5 футов длины (152,4 см) или на более короткой длине.

[0028] Следует признать, что в объем неограничительных вариантов воплощения настоящего изобретения входит то, что растягивающее напряжение при растяжении можно прилагать, одновременно позволяя заготовке охлаждаться. Однако должно быть понятно, что, поскольку напряжение является функцией температуры, по мере того как температура уменьшается, необходимое растягивающее напряжение при растяжении должно быть увеличено для продолжения растягивания и правки заготовки.

[0029] В неограничительном варианте воплощения, когда STA-заготовка титанового сплава выправлена в достаточной степени, STA-заготовку титанового сплава охлаждают 16 с одновременным приложением 18 растягивающего напряжения при охлаждении к выправленной, обработанной на твердый раствор и состаренной заготовке титанового сплава. В неограничительном варианте воплощения растягивающее напряжение при охлаждении достаточно для уравновешивания возникающего при охлаждении термического напряжения в выправленной STA-заготовке титанового сплава, так что STA-заготовка титанового сплава не деформируется, не изгибается и не искажается никаким другим образом во время охлаждения. В неограничительном варианте воплощения возникающее при охлаждении напряжение эквивалентно напряжению при растяжении. Следует признать, что, поскольку температура заготовки продукции уменьшается в ходе охлаждения, приложение растягивающего напряжения при охлаждении, которое эквивалентно растягивающему напряжению при растяжении, не приводит к дальнейшему растягиванию (удлинению) заготовки продукции, но служит для предотвращения деформации заготовки продукции вследствие возникающих при охлаждении напряжений и сохраняет отклонение от прямой, которое было установлено на этапе растягивания.

[0030] В неограничительном варианте воплощения растягивающее напряжение при охлаждении достаточно для сохранения отклонения от прямой не более чем 0,125 дюйма (3,175 мм) на любые 5 футов длины (152,4 см) или на более короткой длине выправленной STA-заготовки титанового сплава.

[0031] В неограничительном варианте воплощения растягивающее напряжение при растяжении и растягивающее напряжение при охлаждении достаточны для того, чтобы сделать возможным формирование при ползучести STA-заготовки титанового сплава. Формирование при ползучести имеет место в режиме нормальной упругости. Не желая привязываться к какой-либо конкретной теории, предполагается, что приложенное напряжение в режиме нормальной упругости при температуре правки позволяет происходить зернограничному проскальзыванию или, иначе говоря, скольжению (ползучести) по границам зерен и динамическому возврату дислокации, что приводит к правке заготовки продукции. После охлаждения и компенсации возникающих при охлаждении термических напряжений посредством поддержания растягивающего напряжения при охлаждении на заготовке продукции сдвинутые дислокации и границы зерен принимают новое упругое состояние STA-заготовки продукции титанового сплава.

[0032] Обращаясь к фиг. 2, в методе 20 определения отклонения от прямой заготовки продукции, такой как, например, пруток 22, этот пруток 22 выравнивают по поверочной линейке 24. Кривизну прутка 22 измеряют в искривленных или скрученных местах с помощью устройства, используемого для измерения длины, например, мерной ленты, как расстояние кривой прутка от поверочной линейки 24. Расстояние каждого искривления или кривой от поверочной линейки измеряют вдоль предписанной длины 28 прутка для определения максимального отклонения от прямой (26 на фиг. 2), т.е. максимального расстояния прутка 22 от поверочной линейки 24 в пределах предписанной длины прутка 22. Такой же метод может использоваться для количественного определения отклонения от прямой для других заготовок (видов продукции).

[0033] В другом неограничительном варианте воплощения после приложения растягивающего напряжения при растяжении в соответствии с настоящим изобретением, выправленная STA-заготовка титанового сплава отклоняется от прямой не более чем на 0,094 дюйма (2,388 мм) на любые 5 футов длины (152,4 см) или на более короткой длине выправленной STA-заготовки титанового сплава. В еще одном неограничительном варианте воплощения, после охлаждения с одновременным приложением растягивающего напряжения при охлаждении в соответствии с настоящим изобретением, выправленная STA-заготовка титанового сплава отклоняется от прямой не более чем на 0,094 дюйма (2,388 мм) на любые 5 футов длины (152,4 см) или на более короткой длине выправленной STA-заготовки титанового сплава. В еще одном неограничительном варианте воплощения, после приложения растягивающего напряжения при растяжении в соответствии с настоящим изобретением, выправленная STA-заготовка титанового сплава отклоняется от прямой не более чем на 0,25 дюйма (6,35 мм) на любые 10 футов длины (304,8 см) или на более короткой длине выправленной STA-заготовки титанового сплава. В еще одном неограничительном варианте воплощения, после охлаждения с одновременным приложением растягивающего напряжения при охлаждении в соответствии с настоящим изобретением, выправленная STA-заготовка титанового сплава отклоняется от прямой не более чем на 0,25 дюйма (6,35 мм) на любые 10 футов длины (304,8 см) или на более короткой длине выправленной STA-заготовки титанового сплава.

[0034] Для равномерного приложения растягивающих напряжений при растяжении и при охлаждении в неограничительном варианте воплощения в соответствии с настоящим изобретением STA-заготовка титанового сплава должна быть выполнена с возможностью надежного захвата по всему поперечному сечению STA-заготовки титанового сплава. В неограничительном варианте воплощения форма STA-заготовки титанового сплава может быть формой любого проката, для которой могут изготавливаться соответствующие захваты для приложения растягивающего напряжения в соответствии со способом по настоящему изобретению. Используемый здесь термин «прокат» означает любую металлическую прокатную продукцию, т.е. изделие из металла или сплава металла, которая(ое) впоследствии используется в изготовленном виде или дополнительно перерабатывается в промежуточный продукт (полуфабрикат) или конечный продукт. В неограничительном варианте воплощения STA-заготовка титанового сплава включает один из следующих видов: биллет, блюм, пруток круглого сечения, пруток квадратного сечения, прессованный (выдавленный) профиль, труба, трубопровод, сляб, лист и плита. Захваты и механизмы для приложения растягивающего напряжения при растяжении и при охлаждении в соответствии с настоящим изобретением поставляются, например, компанией Cyril Bath Co., г. Монро, шт. Северная Каролина, США.

[0035] Неожиданной особенностью настоящего изобретения является возможность горячей правки растяжением STA-заготовок титанового сплава без существенного уменьшения прочностей STA-заготовок титанового сплава на разрыв. Например, в неограничительном варианте воплощения средний предел текучести и средний предел прочности на разрыв подвергнутой горячей правке растяжением STA-заготовки титанового сплава в соответствии с неограничительными способами по настоящему изобретению уменьшаются не более чем на 5 процентов от их значений перед горячей правкой растяжением. Наибольшее наблюдавшееся изменение в свойствах, обусловленное горячей правкой растяжением, касалось относительного удлинения. Например, в неограничительном варианте воплощения в соответствии с настоящим изобретением среднее значение относительного удлинения заготовки титанового сплава обнаружило абсолютное сокращение примерно на 2,5% после горячей правки растяжением. Без намерения привязываться к какому-либо принципу действия, предполагается, что уменьшение относительного удлинения может происходить вследствие растягивания STA-заготовки титанового сплава, которое возникает в неограничительных вариантах воплощения горячей правки растяжением в соответствии с настоящим изобретением. Например, в неограничительном варианте воплощения после горячей правки растяжением по настоящему изобретению выправленная STA-заготовка титанового сплава может быть удлинена на величину от примерно 1,0% до примерно 1,6% относительно длины STA-заготовки титанового сплава до горячей правки растяжением.

[0036] Для нагрева STA-заготовки титанового сплава до температуры правки в соответствии с настоящим изобретением может применяться любой из видов одноступенчатого или комбинированного нагрева, способных поддерживать температуру правки прутка, такой как, помимо прочего, нагрев в камерной печи, нагрев излучением и индукционный нагрев заготовки. Температура заготовки должна контролироваться для гарантии, что температура заготовки остается по меньшей мере на 25°F (13,9°C) ниже температуры старения, использованной в процессе STA. В неограничительных вариантах воплощения температуру заготовки контролируют, используя термопары или инфракрасные датчики. Однако другие средства нагрева и контроля температуры, известные обычным специалистам в данной области техники, также находятся в пределах объема настоящего изобретения.

[0037] В неограничительном варианте воплощения температура правки STA-заготовки титанового сплава должна быть сравнительно однородной по всей заготовке и не должна отклоняться от места к месту более чем на 100°F (55,6°C). Температура в любом месте STA-заготовки титанового сплава, предпочтительно, не увеличивается выше температуры старения STA, поскольку механические свойства, включая, но не ограничиваясь ими, предел текучести и предел прочности на разрыв, могут быть значительно ухудшены.

[0038] Скорость нагрева STA-заготовки титанового сплава до температуры правки не является критической, с предостережением, что увеличенные скорости нагрева могут привести к превышению температуры правки и, в результате, к потере механических свойств. При соблюдении мер предосторожности, чтобы не превысить заданную температуру правки или не превысить температуру на по меньшей мере 25°F (13,9°C) ниже температуры старения STA, увеличенные скорости нагрева могут привести к более коротким временам цикла правки между деталями и к улучшению производительности. В неограничительном варианте воплощения нагрев до температуры правки заключается в нагреве со скоростью нагрева от 500°F/мин (277,8°С/мин) до 1000°F/мин (555,6°С/мин).

[0039] Любой локализованный участок STA-заготовки титанового сплава, предпочтительно, не должен достигать температуры, равной или большей чем температура старения STA. В неограничительном варианте воплощения температура заготовки всегда должна быть по меньшей мере на 25°F (13,9°C) ниже температуры старения STA. В неограничительном варианте воплощения температура старения STA (также по-разному называемая температурой дисперсионного твердения, температурой дисперсионного твердения в области α+β-фаз и температурой старения) может находиться в диапазоне от 500°F (277,8°C) ниже температуры β-перехода титанового сплава до 900°F (500°C) ниже температуры β-перехода титанового сплава. В других неограничительных вариантах воплощения температура правки находится в диапазоне температур правки от 50°F (27,8°C) ниже температуры дисперсионного твердения STA-заготовки титанового сплава до 200°F (111,1°С) ниже температуры дисперсионного твердения STA-заготовки титанового сплава или находится в диапазоне температур правки от 25°F (13,9°C) ниже температуры дисперсионного твердения до 300°F (166,7°C) ниже температуры дисперсионного твердения.

[0040] Неограничительный вариант воплощения способа в соответствии с настоящим изобретением включает в себя охлаждение выправленной STA-заготовки титанового сплава до конечной температуры, при которой растягивающее напряжение при охлаждении может быть снято без изменения отклонения от прямой выправленной STA-заготовки титанового сплава. В неограничительном варианте воплощения охлаждение включает в себя охлаждение до конечной температуры, не большей чем 250°F (121,1°С). Возможность охлаждения до температуры большей, чем комнатная температура, при одновременной возможности ослабления растягивающего напряжения при охлаждении без отклонения от прямолинейности STA-заготовки титанового сплава позволяет сократить времена цикла правки между деталями и улучшить производительность. В другом неограничительном варианте воплощения охлаждение включает в себя охлаждение до комнатной температуры, которая здесь определяется как значение от примерно 64°F (18°C) до примерно 77°F (25°C).

[0041] Как будет видно, особенность настоящего изобретения состоит в том, что некоторые раскрытые здесь неограничительные варианты воплощения горячей правки растяжением могут использоваться на практически любой металлической заготовке, включая многие, если не все, металлы и сплавы металлов, включая, но не ограничиваясь этим, металлы и сплавы металлов, которые традиционно считают трудно поддающимися правке. Неожиданно, неограничительные варианты воплощения раскрытого здесь способа горячей правки растяжением оказались эффективными для титановых сплавов, которые традиционно считаются трудно поддающимися правке. В неограничительном варианте воплощения в пределах объема настоящего изобретения заготовка титанового сплава содержит псевдо α-титановый сплав. В неограничительном варианте воплощения заготовка титанового сплава содержит по меньшей мере один из сплавов Ti-8Al-1Mo-1V (UNS 54810) и Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Мо (UNS R54620).

[0042] В неограничительном варианте воплощения в пределах объема настоящего изобретения заготовка титанового сплава содержит α+β-титановый сплав. В другом неограничительном варианте воплощения заготовка титанового сплава содержит по меньшей мере один из сплавов Ti-6Al-4V (UNS R56400), Ti.6A1.4V ELI (UNS R56401), Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Мо (UNS R56260), Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr (UNS R58650) и Ti-6Al-6V-2Sn (UNS R56620).

[0043] В еще одном неограничительном варианте воплощения заготовка титанового сплава содержит β-титановый сплав. Используемое здесь понятие «β-титановый сплав» включает в себя, но не ограничиваясь ими, псевдо β-титановые сплавы и метастабильные β-титановые сплавы. В неограничительном варианте воплощения заготовка титанового сплава содержит по меньшей мере один из сплавов Ti-10V-2Fe-3Al (UNS 56410), Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (UNS не присвоен), Ti-5Al-2Sn-4Mo-2Zr-4Cr (UNS R58650) и Ti-15Mo (UNS R58150). В особом неограничительном варианте воплощения заготовка титанового сплава представляет собой заготовку сплава Ti-10V-2Fe-3Al (UNS 56410).

[0044] Следует отметить, что у некоторых R-титановых сплавов, например, сплава Ti-10V-2Fe-3Al, невозможно править STA-заготовки этих сплавов до раскрытых здесь допусков, используя традиционные процессы правки, одновременно сохраняя требуемые механические свойства сплава. Для β-титановых сплавов температура β-перехода по своей природе ниже, чем у технически чистого титана. Поэтому температура старения STA также должна быть ниже. Кроме того, подвергнутые STA β-титановые сплавы, такие как сплав Ti-10V-2Fe-3Al, но не ограничиваясь им, могут обладать большими пределами прочности на разрыв, чем 200 тысяч фунтов на кв. дюйм (1379 МПа). При попытке правки подвергнутых STA прутков β-титанового сплава, имеющих такую высокую прочность, используя традиционные способы растяжения, например, используя правильную машину с правкой в 2 плоскостях, при температурах, не превышающих 25°F (13,9°C) ниже температуры старения STA, прутки проявляют сильную склонность к раскалыванию. Неожиданно было обнаружено, что эти подвергнутые STA высокопрочные β-титановые сплавы можно подвергать правке до раскрытых здесь допусков, используя неограничительные варианты воплощения способа горячей правки растяжением в соответствии с настоящим изобретением, без разрушения и при средней потере пределов текучести и прочности на разрыв всего примерно 5%.

[0045] Хотя приведенное выше обсуждение касается, в первую очередь, выправленных заготовок титановых сплавов и способов правки STA-заготовок титановых сплавов, неограничительные варианты воплощения раскрытой здесь горячей правки растяжением могут успешно использоваться для практически любого вида подвергнутой дисперсионному твердению металлической продукции, т.е. металлического изделия, содержащего любой металл или сплав металла.

[0046] Обращаясь к фиг. 3, в неограничительном варианте воплощения согласно настоящему изобретению способ 30 правки обработанной на твердый раствор и подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки, содержащей один из металла и сплава металла, включает в себя нагрев 32 обработанной на твердый раствор и подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки до температуры правки, лежащей в диапазоне температур правки от 0,3 температуры плавления в градусах Кельвина (0,3·Т_m) подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки до температуры по меньшей мере на 25°F (13,9°C) ниже температуры старения, использованной для упрочнения подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки.

[0047] Неограничительный вариант воплощения согласно настоящему изобретению включает в себя приложение 34 растягивающего напряжения при растяжении к обработанной на твердый раствор и подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовке в течение времени, достаточного для растягивания и правки подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки, с получением выправленной, подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки. В неограничительном варианте воплощения растягивающее напряжение при растяжении составляет по меньшей мере примерно 20% от предела текучести подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки при температуре правки и не эквивалентно пределу текучести STA-заготовки титанового сплава при температуре правки или не больше него. В неограничительном варианте воплощения приложенное растягивающее напряжение при растяжении может быть увеличено в ходе этапа правки для того, чтобы поддерживать растягивание. В неограничительном варианте воплощения растягивающее напряжение при растяжении увеличивается в 2 раза в ходе растягивания. В неограничительном варианте воплощения выправленная, подвергнутая дисперсионному твердению металлическая заготовка отклоняется от прямой не более чем на 0,125 дюйма (3,175 мм) на любые 5 футов длины (152,4 см) или на более короткой длине. В неограничительном варианте воплощения выправленная, подвергнутая дисперсионному твердению металлическая заготовка отклоняется от прямой не более чем на 0,094 дюйма (2,388 мм) на любые 5 футов длины (152,4 см) или на более короткой длине выправленной, подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки. В еще одном неограничительном варианте воплощения выправленная, подвергнутая дисперсионному твердению металлическая заготовка отклоняется от прямой не более чем на 0,25 дюйма (6,35 мм) на любые 10 футов (304,8 см) длины выправленной, подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки.

[0048] Неограничительный вариант воплощения согласно настоящему изобретению включает в себя охлаждение 36 выправленной, подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки с одновременным приложением 38 растягивающего напряжения при охлаждении к выправленной, подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовке. В другом неограничительном варианте воплощения растягивающее напряжение при охлаждении достаточно для уравновешивания возникающего при охлаждении термического напряжения в выправленной, подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовке, так что выправленная, подвергнутая дисперсионному твердению металлическая заготовка не деформируется, не изгибается и не искажается никаким другим образом во время охлаждения. В неограничительном варианте воплощения возникающее при охлаждении напряжение эквивалентно напряжению при растяжении. Следует признать, что