Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИСТОВ ИЗ β-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении листов из высокопрочных β-титановых сплавов методом прокатки.

Известен способ изготовления листов из титановых β-сплавов, включающий горячую прокатку, с промежуточной механической обработкой поверхности и травлением, теплую прокатку в два этапа, холодную прокатку между первым и вторым этапами теплой прокатки, промежуточное травление и вакуумный отжиг (патент RU №2052534, С22F 1/18) - прототип.

В вышеуказанном способе не оговорены конкретные интервалы температур при прессовании слитка и горячей прокатке сляба. Термомеханические режимы не обеспечивают в листах титановых β-сплавов равномерной структуры и требуемого стабильного уровня свойств.

Целью изобретения является повышение уровня и стабильности прочностных свойств листов при сохранении уровня пластичности в титановых β-сплавах с коэффициентом β-стабилизации более 20 (Б.А.Колачев, Д.В.Рынденков. «О сопоставлении состава и свойств титановых сплавов по эквивалентам молибдена и алюминия». Металлы №4. 1995 г., стр.68).

Предложенный способ обеспечивает повышение уровня и стабильности прочностных свойств титановых сплавов, а также пластических свойств.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является повышение уровня и стабильности прочностных и пластических свойств материала.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления листов из β-титановых сплавов, включающем горячее прессование слитка в сляб, обработку сляба, горячую, холодную прокатки и отжиг, отличающемся тем, что горячее прессование слитка в сляб осуществляют при температуре на 400-440° выше Т_пп, горячую прокатку осуществляют в три этапа: первый этап при температуре на 400-430°С выше Т_пп с суммарной степенью деформации 71-95%, промежуточная горячая прокатка при температуре на 60-80°С выше Т_пп с суммарной степенью деформации 20-30%, при разовых обжатиях 3-5%, окончательная горячая прокатка при температуре на 160-180°С выше Т_пп с суммарной деформацией 51-90%, при разовых обжатиях 5-7%, после чего проводят отжиг при температуре на 80-180°С выше Т_пп, охлаждение в интервале 750-350°С со скоростью 100-300°С/мин, холодную прокатку проводят со степенью деформации 8-20%. Охлаждение сляба с температуры прессования проводят ступенчато со скоростью 50-100°С/мин, а в интервале 750-350°С со скоростью 0,5-2,5°С/мин.

Охлаждение сляба после штамповки до температуры 750°С со скоростью 50-100°С/мин и далее до температуры 350°С со скоростью 0,5-2,5°С/мин приводит к снижению вязкопластических свойств и повышению прочности сплава, возрастающей с уменьшением скорости охлаждения и достигающей оптимальных значений при скоростях охлаждения 0,5-2,5°С/мин в интервале температур 745-350°С, что улучшает качество поверхности сляба и снижает трудоемкость обработки его строганием за счет повышения скалываемости стружки.

При первом этапе горячей прокатки при температурах на 400-430°С выше Т_пп с суммарной степенью деформации меньше 71% развитие процессов рекристаллизации не обеспечивает устранение крупнозернистости и полосчатости, наследственно сохраняющихся от структуры литого слитка.

С суммарной степенью деформации выше 95% происходит снижение пластических свойств и развитие эффектов образования внутренних и краевых трещин, приводящих к разрушению проката.

При промежуточной горячей деформации с разовыми частными обжатиями 3-5%, с суммарной степенью 20-30%, при Т_пп 60°С металлу сообщается необходимое количество центров зародышей зерен и скрытой энергии «полугорячего наклепа».

При окончательной горячей прокатке температурный интервал нагрева подката на 160-180°С выше Т_пп обеспечивает оптимальные условия рекристаллизации и получение равномерной структуры с величиной зерна 80-160 микрон в заготовке перед холодной прокаткой.

При температуре нагрева подката ниже Т_пп 160°С происходит развитие процессов возврата, уменьшается количество центров рекристаллизации, что приводит к укрупнению среднего размера зерна до 200-250 микрон. При температуре нагрева выше Т_пп 180°С получают эффективное развитие процессы рекристаллизации (слияние зерен с аннигиляцией границ раздела) с неравномерным ростом зерна - формирование вторичной разнозернистости.

Суммарная степень деформации 51-90% при окончательной горячей прокатке определяет оптимальные условия развития процессов возврата, первичной рекристаллизации и роста зерна.

Поскольку процесс рекристаллизации идет во времени, чтобы продлить термомеханическое воздействие на металл и повысить его эффективность, частные обжатия задавали на уровне 5-7%.

При многопроходной горячей прокатке с суммарной степенью деформации ниже 51% развитие процессов возврата снижает внутреннюю энергию наклепа и уменьшает количество центров рекристаллизации, образующихся при последующем нагреве, и увеличением размера зерна. При суммарной степени деформации выше 90% зарождение центров рекристаллизации опережает развитие процессов возврата и замедляет снижение внутренней энергии наклепа, а при последующем нагреве в более наклепанном металле начинается более быстрый рост большого числа зерен первичной рекристаллизации, что также сопровождается ростом среднего размера зерен и формированием разнозернистости (80-350 мкм).

Таким образом, нагрев β-сплавов ниже предложенного интервала температур не обеспечивает достаточной скорости роста зерна и структура металла остается разнозернистой, состоящей из крупных деформированных зерен и мелких рекристаллизованных зерен, расположенных по границам крупных. При нагреве выше предложенного интервала температуры скорость роста зерен увеличивается настолько, что начинается вторичная рекристаллизация с формированием разнозернистости.

На формирование фазового состава и комплекса механических свойств оказывает влияние скорость охлаждения подката после отжига до температуры 750-350°С, т.е. до температуры интенсивного протекания β-α-превращений. Оптимальная скорость охлаждения составляет 100-300°С/мин. При скорости охлаждения ниже 100°С/мин протекают начальные стадии перераспределения легирующих элементов и примесей, вызывающие снижение пластических свойств с 13 до 10% по относительному удлинению и с 43 до 37% по относительному сужению.

При скорости охлаждения выше 300°С/мин изменений механических свойств не наблюдается, но возрастают трудоемкость и сложность реализации.

При суммарной степени деформации 8-20% при холодной прокатке сообщается необходимый и достаточный уровень скрытой энергии для обеспечения оптимального распада β-фазы и получения высоких прочностных характеристик.

Предлагаемый способ опробован при изготовлении листов из сплава ТС 6 (Б.А.Колачев, Д.В.Рынденков. «О сопоставлении состава и свойств титановых сплавов по эквивалентам молибдена и алюминия». Металлы №4. 1995 г., стр.68). Цилиндрические слитки ⊘ 420 мм нагревали в электрической печи при установочной температуре 1180°С, затем штамповали на гидравлическом прессе усилием 30 тыс.тонн в слябы прямоугольного сечения размерами 220×650×1500 мм и охлаждали их с регламентированной скоростью. Газонасыщенный слой с основных граней сляба удаляли строганием. Температура полиморфного превращения, определенная металлографическим путем, составляла 730°С.

Сляб нагревали в электрической печи при установочной температуре 1130°С и осуществляли горячую прокатку на полосу на стане кварто 2000. Заготовки нагревали при установочной температуре в печи 800°С и осуществляли промежуточную горячую прокатку с суммарной степенью деформации 20-30%.

Затем заготовки нагревали при установочной температуре 900°С и осуществляли окончательную горячую прокатку до толщины подката для холодной прокатки со степенью деформации 8-20%. После чего проводили отжиг при температуре 910°С и охлаждали с регламентированной скоростью, затем шлифованием удаляли окалину и газонасыщенный слой в азотно-плавиковом растворе, затем проводили холодную прокатку с суммарной степенью деформации 12% и термообработку образцов (старение) для получения требуемого стабильного уровня свойств σ_в>1300 мПа, δ>6%.

После обработки предложенным способом прочностные свойства листов из титановых β-сплавов повышаются в 1,2-1,4 раза при сохранении уровня пластических характеристик.

Механические свойства листов толщиной 2 мм, полученных предложенным способом, следующие:

σ_0,2=1344 МПа; σ_в=1480 МПа; δ=8%.