×
18.05.2019
219.017.5778

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ ИЗ АЛЬФА- И ПСЕВДО-АЛЬФА- ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002355489
Дата охранного документа
20.05.2009
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к трубному производству и может применяться при изготовлении бесшовных труб из α- и псевдо-α-титановых сплавов. Слиток куют в заготовку за несколько переходов с чередованием β и (α+β)-области, причем последний переход - в (α+β)-области. В заготовке формируют центральное отверстие и нагревают заготовку до 650-800°С со скоростью 50÷70°С/мин, далее со скоростью 20÷30°С/мин до температуры прессования. Прессование трубной заготовки производят с вытяжкой 2-7. Затем трубную заготовку нагревают до температуры раскатки со скоростью 50÷70°С/мин и осуществляют раскатку с вытяжкой 2-3. Способ позволяет сформировать микроструктуру, обеспечивающую высокие технологические и эксплуатационные свойства изделий. 3 табл., 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к трубному производству и может применяться при изготовлении бесшовных труб из α- и псевдо-α-титановых сплавов. Изобретение может быть использовано для изготовления изделий, предназначенных для эксплуатации в различных областях промышленности, в том числе авиакосмической.

Особенностью производства труб из сплавов на основе титана является то, что заготовкой для их производства являются слитки, полученные методом вакуумной дуговой плавки, при которой процессы плавления, литья и затвердевания соединены воедино и раздельное регулирование их практически невозможно. Происходит значительный перегрев расплава, и образуется крупнозернистая структура слитков, имеющая значительную неоднородность по сечению и крупнозернистую микроструктуру. При сохранении данной структуры металла изделиям, изготовленным из него, будут присущи невысокие эксплуатационные свойства.

Для повышения технологических и эксплуатационных свойств необходимо формирование в них мелкозернистой (размер зерен фаз не более 150-200 мкм) микроструктуры. Кроме того, достижение в полуфабрикатах структурно-однородного состояния особенно важно для оценки качества труб методами ультразвукового контроля, который широко применяется при их контроле. При высокооднородной и мелкозернистой структуре титанового сплава значительно снижается уровень акустических шумов, увеличивается предельная чувствительность метода, ограниченная этими шумами, и материал становится более "прозрачным", т.е. имеющим минимальный уровень структурных помех, что создает возможность обнаружения дефектов минимального размера. Это предполагает продление ресурса работы изделий и, следовательно, снижение стоимости машин и агрегатов за счет эксплуатации изделий с дефектами допустимого размера.

Известен способ производства горячекатаных труб из титановых α- и (α+β)-сплавов, включающий ковку слитка в пруток за несколько переходов в α- и (α+β)-области, резку заготовок на краты, изготовление шашек под прессование, сверление осевого отверстия и механическую обточку боковой поверхности, нагрев биллета выше или ниже температуры полиморфного превращения и прессование полой трубной заготовки (патент РФ №2127160, МПК В21В 23/00, В21В 3/00, публ. 1999.03.10.) - аналог.

Данный способ используется для изготовления трубных заготовок.

Известен способ производства горячекатаных труб из α- и (α+β)-сплавов на основе титана, включающий ковку слитка в заготовку с последующей механической обработкой, получение центрального отверстия, прокатку на пилигримовом стане и механическую обработку, при этом ковку при каждом переходе начинают производить при температуре в β-области, или β- и (α+β)-области, а по мере охлаждения заготовки заканчивают в (α+β)-области с уковом не менее 20%. Сквозную прошивку сплошной заготовки осуществляют при температуре β-области, а перед прокаткой на пилигримовом стане прошитую заготовку охлаждают до температуры на 30÷100°С ниже Тпп. Прокатку ведут со скоростью деформации

от 3·10-3 с-1 до 102 с-1 (патент РФ №2262401, МПК В21В 3/00, публ. 2005.10.20) - прототип. Изобретение обеспечивает формирование в трубах мелкозернистой микроструктуры с высокой степенью однородности.

Недостатками известного способа являются невозможность получения микроструктуры металла с величиной зерен менее 150-200 мкм, а также ограниченные возможности пилигримовых станов, не позволяющие производить трубы диаметром менее 270 м.

Целью данного изобретения является:

- создание способа получения труб из α- и псевдо-α-титановых сплавов, с мелкозернистой (размер зерен не более 50-100 мкм) микроструктурой;

- достижение структурно-однородного состояния в готовом изделии, обеспечивающего "прозрачность" для ультразвукового контроля качества полуфабрикатов и изделий;

- расширение технологических возможностей станов поперечно-винтовой прокатки.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является создание технологии, при которой совмещаются операции по формированию геометрических размеров труб из α- и псевдо-α-титановых сплавов, в т.ч. диаметром менее 270 мм на поперечно-винтовых станах с процессами формирования регламентированной микроструктуры, обеспечивающей высокие технологические и эксплуатационные свойства изделий.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления горячекатаных труб из α- и псевдо-α-титановых сплавов, включающем ковку слитка в заготовку за несколько переходов с чередованием β, (α+β)-области, причем последний переход куют в (α+β)-области, получение центрального отверстия в заготовке, нагрев заготовки с центральным отверстием, прессование трубной заготовки, нагрев трубной заготовки под раскатку, раскатку на стане и механическую обработку, нагрев заготовки с центральным отверстием производят до температуры 650-800°С со скоростью, равной 50÷70°С/мин, далее со скоростью 20÷30°С/мин до температуры прессования, определяемой по формуле (1):

где Тпрессования - температура прессования;

ТПП - температура полиморфного превращения сплава, °С;

σs - сопротивление деформации с учетом скорости деформации и температуры деформации, МПа;

с - удельная теплоемкость сплава, кДж/кг·К;

ρ - плотность материала сплава, кг/м3;

µ - величина вытяжки,

прессование трубной заготовки производят с вытяжкой 2-7,

нагрев трубной заготовки под прокатку осуществляют со скоростью нагрева, равной 50÷70°С/мин, до температуры, определяемой по формуле (2):

Траскатки - температура раскатки,

прокатку осуществляют с вытяжкой 2-3.

Сущность заявленного способа заключается в следующем.

Ковку слитка осуществляют за несколько переходов с чередованием ковки в β и (α+β)-области. Ковкой в β-области уменьшаем размер зерна. При последующей ковке с нагревом металла в (α+β)-области зерно измельчается.

Окончательная ковка в (α+β)-области позволяет упрочнить металл в процессе деформационного наклепа за счет увеличения плотности дислокаций.

В процессе нагрева такого металла до температуры (α+β)-области (650-800°С) со скоростью 50÷70°С/мин, а затем более медленный нагрев со скоростью 20÷30°C/мин до температуры прессования Тпрессования, определяемой из формулы (1), начинается первичная рекристаллизация из большого количества центров за счет повышенной внутренней энергии, накопленной металлом при деформации. Регламентированный нагрев позволяет измельчить и выровнять размер зерна по сечению заготовки. При прессовании с вытяжкой µ=2÷7 происходит формирование измельченно-вытянутого зерна, при этом не происходит начала вторичной рекристаллизации. Этим мы подготавливаем структуру перед нагревом под раскатку.

Быстрый (скоростной) нагрев со скоростью 50÷70°С/мин до температуры раскатки Траскатки, рассчитываемой по формуле (2), и последующая прокатка с вытяжкой не менее 2 для обеспечения необходимой степени деформации, но не более 3, во избежание деформационного перегрева и «раздутия» трубы, обеспечивает получение мелкого, рекристаллизованного зерна, образуемого из удлиненных зерен. Как результат, формируются макрозерна размером не более 2-го балла. Нагрев трубной заготовки со скоростью менее υ=50÷70°С/мин приводит к образованию участков крупного зерна. При более высокой скорости нагрева не обеспечивается равномерность температурного поля и требуется наличие специального технологического оборудования.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1 (α-титановый сплав). Слиток ⌀740 мм из сплава Gr2 за несколько переходов с чередованием β- и (α+β)-области отковали в пруток ⌀285 мм, причем последний переход осуществляли в (α+β)-области. Из кованого, механически обработанного прутка ⌀280 мм изготовили шашку размерами ⌀275 мм×⌀50 мм×112,5 мм для дальнейшего прессования на прессе 3150 т.с. Температуру нагрева под прессование Тпрессования определяли по формуле (1):

Заготовку нагревали со скоростью 50-60°С/мин до температуры Т=700°С, далее со скоростью 20-30°С/мин до Тпрессования и выдержкой 30 минут при данной температуре. Прессование трубной заготовки производили с вытяжкой, равной 4,51.

Полученную трубную заготовку ⌀133×⌀45×44 мм нагревали под раскатку до температуры, определяемой по формуле (2):

со скоростью 70°С/мин, далее выдержка 10 минут при данной температуре, затем осуществляли раскатку трубы на поперечно-винтовом стане со степенью вытяжки, равной 4,51.

Далее трубы механически обрабатывали на готовый размер ⌀125 мм×⌀101 мм×12 мм и подвергали ультразвуковому контролю.

Трубы из сплава Gr2 размером ⌀125 мм×⌀101 мм×12 мм, изготовленные по предложенному способу, обладают механическими свойствами, приведенными в табл.1 и 2. Макроструктура приведена на фиг.1.

Таблица 1
№ образца Механические свойства труб размером ⌀125×⌀101×12 мм, сплав Gr2
σВ, МПа σ0,2, МПа δ, % ψ, %
1 493 370 33,3 64,6
2 489 387 32,1 61,3
3 490 381 34,6 65,7
4 488 375 35,8 64,6
Требование ASTM B861 ≥345 275-450 20 -

Таблица 2
№ образца Результаты испытаний на ударную вязкость, KCU, кгс·м/см2
1 15,7
2 17,5
3 17,0
4 16,6

Пример 2.

Пример для псевдо-α-титановых сплавов (сплав ОТ4).

Слиток ⌀740 мм куют в пруток ⌀280 мм с окончанием ковки в (α+β)-области, механически обрабатывают на ⌀275 мм. Изготавливают шашку под прессование ⌀275×⌀50×225 мм.

Для данного слитка температура полиморфного превращения Тпп=950°С.

Заготовку с центральным отверстием нагреваем в индукторе до температуры 750-850°С со скоростью, равной 20-30°С/мин, до температуры прессования:

где σs=95 МПа, µ=4,68, с=0,73 кДж/(кг·К), ρ=4,55 г/см3.

Перед раскаткой заготовку нагревают со скоростью 50-70°С/мин до температуры:

Механические свойства труб размером ⌀107×⌀87×10 мм из сплава ОТ4 приведены в таб.3. Макроструктура приведена на фиг.2.

Таблица 3
№ образца Механические свойства
σв, МПа (кгс/мм2) δ, % ψ, %
1 753,62 (76,9) 17,6 44,3
2 753,62 (76,9) 17,6 49,2
3 752,64 (76,8) 21,6 50,4
4 761,46(77,7) 16,8 47,0
5 774,2 (79,0) 18,4 50,2
6 774,2 (79,0) 18,8 51,6
Требование ТУ 1-5-107 617,8-833,6 (63-85) Не менее 8 -

Анализ микроструктуры труб показал, что ее структура равноосная, близка к глобулярной с размером зерен 65-90 мкм.

Заявленный способ позволяет из α- и псевдо-α-титановых сплавов получить прокаткой на поперечно-винтовых станах трубы диаметром менее 270 мм с мелкозернистой (размер зерен не более 50-100 мкм) микроструктурой, которая обусловливает высокие технологические и эксплуатационные свойства изделий, в т.ч. снижение уровня структурных шумов при ультразвуковом контроле.

Способ изготовления горячекатаных труб из α- или псевдо-α-титановых сплавов, включающий ковку слитка в заготовку за несколько переходов с чередованием β- и (α+β)-областей, причем последний переход куют в (α+β)-области, получение центрального отверстия в заготовке, нагрев заготовки с центральным отверстием, прессование трубной заготовки, нагрев трубной заготовки под прокатку, прокатку на стане и механическую обработку, отличающийся тем, что нагрев заготовки с центральным отверстием производят до температуры 650-800°С со скоростью 50÷70°С/мин, далее со скоростью 20÷30°С/мин до температуры прессования, определяемой по формуле где Т - температура прессования;Т - температура полиморфного превращения сплава, °С;σ - сопротивление деформации с учетом скорости деформации и температуры деформации, МПа;с - удельная теплоемкость сплава, кДж/(кг·К);ρ - плотность материала сплава, кг/м;µ - величина вытяжки,прессование трубной заготовки производят с вытяжкой 2-7, нагрев трубной заготовки под раскатку осуществляют со скоростью нагрева,равной 50÷70°С/мин, до температуры, определяемой по формуле Т - температура раскатки,а раскатку осуществляют с вытяжкой 2-3.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 27 items.
20.02.2019
№219.016.bef4

Способ получения слитков

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано для выплавки слитков тугоплавких и высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых, для финишной плавки в вакуумных дуговых печах. Способ включает расплавление тугоплавких и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002317343
Дата охранного документа: 20.02.2008
20.02.2019
№219.016.befe

Электрододержатель дуговой электропечи

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкции вакуумной дуговой печи, предназначенной для выплавки титановых сплавов. Электрододержатель дополнительно содержит тепловой сифон, расположенный между полостью с теплоносителем и хвостовиком крепления расходуемого электрода, при этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002315253
Дата охранного документа: 20.01.2008
29.03.2019
№219.016.f0e9

Способ изготовления цельнокатаных колец из жаропрочных никелевых сплавов

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении колец из жаропрочных никелевых сплавов. Кованую кольцевую заготовку нагревают и подвергают горячей раскатке в условиях, близких к изотермическим. Раскатку осуществляют за несколько непрерывно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002349410
Дата охранного документа: 20.03.2009
29.03.2019
№219.016.f0f2

Катод для получения меди

Изобретение относится к катоду для получения меди, в частности к гидрометаллургическому получению стартерных катодов меди путем электролиза по безосновной технологии. Техническим результатом изобретения является улучшение электротехнических свойств катодов, снижение их металлоемкости и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002346087
Дата охранного документа: 10.02.2009
29.03.2019
№219.016.f40e

Способ плавления слитков в вакуумной дуговой печи

Изобретение относится к специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву (ВДП) высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано в производстве титановых сплавов. Интенсивность охлаждения слитка регулируют интенсивностью теплопередачи от слитка к внутренней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002323985
Дата охранного документа: 10.05.2008
29.03.2019
№219.016.f7a5

Способ непрерывного прессования расходуемых электродов для выплавки крупногабаритных слитков титановых сплавов

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу непрерывного прессования расходуемых электродов из высокореакционных металлов и сплавов, например титановых, с последующей выплавкой из них крупногабаритных слитков. В способе смешивают сыпучие шихтовые материалы, подают их порциями в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002440428
Дата охранного документа: 20.01.2012
04.04.2019
№219.016.fc11

Способ правки цилиндрических заготовок

Изобретение относится к обработке металлов давлением цилиндрических заготовок, преимущественно титановых. Определяют величину необходимой корректирующей деформации изделия по приведенной формуле. За один ход пресса изгибают заготовку на эту величину и заданный изгиб фиксируют не более 10 с....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002347636
Дата охранного документа: 27.02.2009
19.04.2019
№219.017.2c0c

Сплав на основе титана

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию современных титановых сплавов, обладающих высокой степенью универсальности. Предложен сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%: алюминий - 4,0-6,0; ванадий - 4,5-6,0; молибден - 4,5-6,0; хром - 2,0-3,6; железо -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002283889
Дата охранного документа: 20.09.2006
19.04.2019
№219.017.2ccf

Способ установки и приварки расходуемого электрода вакуумной дуговой печи

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, в частности титана и его сплавов. Контроль центрирования и приварки расходуемого электрода осуществляют путем измерения напряженности магнитного поля тока короткого замыкания в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002294973
Дата охранного документа: 10.03.2007
19.04.2019
№219.017.2f39

Сплав на основе алюминия

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия для изготовления кованых, прессованных и катаных полуфабрикатов, используемых в качестве конструкционного материала в изделиях авиастроения. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: цинк...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002352668
Дата охранного документа: 20.04.2009
Showing 1-10 of 27 items.
10.07.2014
№216.012.db60

Способ изготовления тонкостенных труб с наружными спиральными ребрами и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к области изготовления труб со спиральными ребрами на наружной поверхности из различных конструкционных материалов используемых в основном, в теплообменных аппаратах. Способ включает формирование трубы с продольными ребрами и скручивание ее на оправке. Упрощение процесса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521938
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.03.2015
№216.013.323a

Способ изготовления холоднокатаных труб из альфа- и псевдо-альфа-сплавов на основе титана

Изобретение относится к трубному производству, а именно к холодной прокатке труб из α- и псевдо-α-сплавов на основе титана. Способ изготовления холоднодеформированных труб из α- и псевдо-α-сплавов на основе титана включает выплавку слитка, ковку слитка в β- и α+β-области с окончанием ковки в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544333
Дата охранного документа: 20.03.2015
27.02.2016
№216.014.c167

Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам выплавки титановых сплавов и может быть использовано при производстве полуфабрикатов, предназначенных для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок, агрегатов авиационного, топливно-энергетического и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576288
Дата охранного документа: 27.02.2016
20.03.2016
№216.014.cae2

Способ определения места образования айсбергов выводных ледников

Изобретение относится к способам дистанционных исследований ледников и может быть использовано для определения мест возможного образования айсбергов выводных ледников. Сущность: получают изображения поверхности ледника или осуществляют ее визуальные наблюдения с борта самолета или вертолета....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002577917
Дата охранного документа: 20.03.2016
10.04.2016
№216.015.2ec9

Способ изготовления труб со спиральными ребрами из химически активных металлов и сплавов

Изобретение относится к области изготовления труб с наружными спиральными ребрами, используемых в теплообменных аппаратах. Способ включает закрутку трубы с наружными продольными ребрами в процессе ее продольного перемещения при местном нагреве трубы, подачу инертного газа на внутреннюю и на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580777
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.05.2016
№216.015.3b23

Способ изготовления холоднодеформированных бесшовных труб из титанового сплава ti-3al-2,5v

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению холоднодеформированных бесшовных труб из титанового сплава Ti-3Al-2,5V. Способ включает производство слитков, ковку слитка в цилиндрическую заготовку за несколько переходов с чередованием деформации в β- и (α+β)-областях....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583566
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2018
№218.016.4686

Способ изготовления бесшовных труб из цилиндрических заготовок из труднодеформируемых металлов и сплавов

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении бесшовных труб из цилиндрических заготовок из труднодеформируемых металлов и сплавов, преимущественно титановых, на горизонтальных трубопрофильных прессах без прошивной системы. Способ включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650474
Дата охранного документа: 13.04.2018
20.02.2019
№219.016.bce5

Способ механической обработки труб и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к области обработки металлов резанием, обработке трубных заготовок для уменьшения их разностенности перед прокаткой, финишным операциям обработки нежестких труб. Способ включает обработку наружной поверхности закрепленной одним концом в плавающем патроне переднего ведущего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002288076
Дата охранного документа: 27.11.2006
20.02.2019
№219.016.bf91

Расходуемый электрод вакуумной дуговой печи и способ его изготовления

Изобретение относится к области электротехники, в частности к расходуемым электродам для выплавки слитков высокореакционных металлов и сплавов, например титановых, методом вакуумного дугового переплава, а также к способу изготовления указанных электродов. Электрод состоит из прессованных блоков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002359432
Дата охранного документа: 20.06.2009
20.02.2019
№219.016.c0dd

Способ определения кристаллографической текстуры осесимметричных заготовок

Использование: для определения кристаллографической текстуры осесимметричных заготовок. Сущность: заключается в том, что проводят подготовительный этап получения тарировочных зависимостей, включающий стадию рентгеновского анализа, состоящую из отбора образцов, съемки трех обратных полюсных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002366934
Дата охранного документа: 10.09.2009
+ добавить свой РИД