×
18.05.2019
219.017.5b4b

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ ТРУБ ИЗ ДВУХФАЗНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству высокопрочных труб из двухфазных сплавов на основе титана, преимущественно из псевдо-α и (α+β)-сплавов. Способ изготовления холоднодеформированных труб из двухфазных сплавов на основе титана включает выплавку слитка, ковку слитка в β-области или β- и α+β-области с окончанием ковки в α+β-области в промежуточную заготовку с заданным уковом. Промежуточную заготовку получают с уковом не менее 1,35, из промежуточной заготовки изготавливают шашку, которую прессуют в трубную заготовку и термообрабатывают при температуре на 30°-40°C ниже температуры Т, а затем осуществляют прокатку трубной заготовки с промежуточными обработкой поверхности, травлением и термообработкой. Вытяжку при прокатке определяют по заданной формуле. Полученные трубы характеризуются высокими физико-механическими свойствами за счет исключения образования межзеренных микротрещин. 4 табл., 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к трубному производству, а именно к производству высокопрочных труб из двухфазных сплавов на основе титана, преимущественно из псевдо-α и (α+β)-сплавов. Изобретение может быть использовано для изготовления изделий ответственного назначения, предназначенных для эксплуатации в различных областях народного хозяйства, например охранных кожухов геофизических приборов, приводов механизации крыла летательных аппаратов, каркаса фюзеляжа самолета, гидросистемах и пр.

Традиционно считается, что двухфазные сплавы из-за своей высокой прочности технологичны в основном лишь при горячей или теплой деформации.

Известен традиционный способ обработки давлением титановых сплавов, при котором предварительную обработку заготовки - слитка - производят в β- и (α+β)-областях, а окончательную - в (α+β)-области (см., например, Технология производства титановых самолетных конструкций / А.Г.Братухин, Б.А.Колачев, В.В.Садков и др. - М.: Машиностроение, 1995. - С.191-199).

Общим недостатком подобных технологий является то, что при обработке в двухфазной (α+β)-области даже при малых скоростях и степенях деформации у этих сплавов образуются межзеренные граничные микротрещины, неконтролируемые УЗК и обнаруживаемые только при микроструктурном анализе. Они и являются причиной снижения физико-механических свойств титановых сплавов, в которых присутствуют (α+β) фазы (см., например, Коллингз Е.В. Физическое металловедение титановых сплавов: Пер. с англ. Под ред. Веркина Б.И., Москаленко В.А. М.: Металлургия, 1988. - С.165). Подобные физические явления свойственны и другим многофазным сплавам, в частности о возможности появления таких дефектов еще в 1947 г. предупреждал С.И.Губкин - «во избежание неравномерности деформации и появления значительных дополнительных напряжений не рекомендуется допускать в процессе деформации изменение фазового состояния. Температура окончания деформации должна быть взята на 20-30° выше линии изменения фазового состояния» (см. С.И.Губкин. Теория обработки металлов давлением. - М.: Металлургиздат, 1947. - С.470-471). Поэтому обработка титановых сплавов в заключительных операциях деформирования при высоких температурах в (α+β)-области потенциально снижает физико-механические свойства титановых сплавов. Рекомендации по проведению заключительных операций деформирования титановых сплавов в β-области могут применяться с большими допущениями в силу того, что возникают предпосылки к огрублению структуры титанового сплава.

Известен способ производства горячекатаных труб из α и (α+β)-сплавов на основе титана, включающий ковку слитка в заготовку в β-области или β- и (α+β)-областях с заданным уковом и последующей механической обработкой, получение шашки, деформацию трубы в (α+β)-области и термообработку. Изобретение обеспечивает формирование в трубах мелкозернистой микроструктуры с высокой степенью однородности (Патент РФ №2262401, МПК B21B 3/00, публ. 20.10.2005).

Способ не позволяет полностью реализовать потенциальные возможности псевдо-α- и (α+β)-сплавов, так как конечная деформация производится в (α+β)-области в калибрах валков с выпусками, в которых реализуется неблагоприятная схема напряженного-деформированного состояния, и при этом образуются межзеренные граничные микротрещины, значительно снижающие физико-механические свойства обрабатываемых сплавов и ограничивающие допустимые степени деформации при последующей холодной прокатке труб.

Известен способ изготовления полой трубной заготовки для производства бесшовных труб из псевдо- α и (α+β)-титановых сплавов, включающий выплавку слитка, ковку слитка в β-области или β- и α+β-области с окончанием ковки в α+β-области в промежуточную заготовку с заданным уковом (Патент РФ №2127160, МПК B21B 3/00, публ. 10.03.1999) - прототип.

Способ не учитывает физико-механические свойства сплавов и не гарантирует при термомеханической обработке образование в исходном β-зерне вторичных α-пластин в заготовке, затрудняющих холодную деформацию двухфазных сплавов.

Задачей данного изобретения является создание способа получения холоднодеформированных труб из двухфазовых титановых сплавов с повышенными физико-механическими свойствами металла.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является создание технологии, которая позволяет на конечном этапе деформации изготовлять титановые трубы без образования межзеренных граничных микротрещин методом холодной прокатки, при этом прокатку осуществляют с расчетной величиной вытяжки, гарантирующей деформацию без разрушения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления холоднодеформированных труб из двухфазных сплавов на основе титана, включающем выплавку слитка, ковку слитка в β-области или β - и α+β-области с окончанием ковки в α+β-области в промежуточную заготовку с заданным уковом, промежуточную заготовку получают с уковом не менее 1,35, из промежуточной заготовки изготовляют шашку, которую прессуют в трубную заготовку при температуре, не превышающей температуру, определяемую по формуле:

где Тн - температура нагрева шашки перед прессованием. °C;

Тпп - температура полиморфного α↔β превращения, °C;

σsn) - сопротивление деформации металла при температуре нагрева, МПа;

lnµi - натуральный логарифм истинной вытяжки при прессовании;

с - удельная теплоемкость металла, кДж/кг·°C;

ρ - плотность металла, г/см3,

после чего трубную заготовку термообрабатывают при температуре на 30-40°C ниже температуры Тпп, а затем осуществляют прокатку трубной заготовки с промежуточной обработкой поверхности, травлением и термообработкой, при этом вытяжку при прокатке определяют по формуле:

где µ - вытяжка при холодной прокатке труб на станках ХГТ;

KCU - ударная вязкость, кгс·м/см2;

σ0,2 - предел текучести, МПа;

К - коэффициент запаса пластичности К=0,45-0,6.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Первая ковка слитка в промежуточную заготовку при температурах в β, (α+β)-области разрушает литую структуру и позволяет предварительно подготовить микроструктуру (измельчить зерно), окончательный уков не менее 1,35 и регламентированный нагрев формируют в шашке микроструктуру с глобулярной α-фазой для последующего прессования ее в трубную заготовку при температуре, определяемой по формуле (1). Температуру рассчитывают с учетом минимально возможной температуры на основе физико-механических свойств сплава, при которых обеспечивается технологичность процесса прессования и максимально возможная температура, превышение которой приведет к образованию в исходном β-зерне вторичных α-пластин, затрудняющих холодную деформацию двухфазных сплавов. Последующая термообработка при температуре на 30-40°C ниже температуры Тпп способствует одородности механических свойств заготовки и снятию внутренних напряжений. Холодную прокатку труб производят при вытяжке, определяемой по формуле (2), что гарантирует деформацию без разрушения. При необходимости трубы подвергают последующим прокаткам с промежуточными отжигами.

Возможность осуществления изобретения поясняется примером изготовления холоднокатаной трубы размером ⌀48×5 мм из титанового (α+β)-сплава Gr23 (Ti-6Al-4V ELI) Химический состав сплава Gr23 приведен в таблице 1.

Таблица 1
Зона отбора Ti Содержание элементов, %
Al V Fe O2 С N Н2 Кажд примеси Σпр
В осн. 5,98 4,0 0,064 0,075 0,008 0,008 <0,002 <0,1 0,128
Н осн. 5,90 4,09 0,069 0,071 0,006 0,007 <0,002 <0,1 0,129
Требование ASTM В 861 осн. 5,5-6,5 3,5-4,5 Не более
0,25 0,13 0,08 0,03 0,0125 0,1 0,4

Тпп=948°C

Требуемый уровень механических свойств по ASTM В 861:

- предел прочности на растяжение ≥828 МПа (120ksi),

- предел текучести (смещение 0,2%) не менее 759 МПа (110ksi),

- удлинение на 50 мм, не менее 10%.

Труба была изготовлена по следующей схеме:

1. Ковка прутка на ⌀140×L мм по схеме: β, α+β, β, α+β (уков≥3), окончательный уков 1,35.

2. Механическая обработка, изготовление заготовок шашек ⌀132×⌀58×37 мм.

3. Нагрев до температуры 878°C, рассчитанной по формуле (1):

4. Прессование трубной заготовки на прессе 660 тс. на размер ⌀85×⌀57×14 мм.

5. Отжиг: Тпп - 30° выдержка 60 мин, охлаждение - воздух.

6. Правка.

7. Механическая обработка на размер ⌀80×⌀60×10 мм.

8. Травление.

9. Отжиг окислительный.

10. Первая прокатка на стане ХПТ 90 на размер ⌀65×⌀52×6,5 мм, с вытяжкой, рассчитанной по формуле (2).

11. Пескоструйная обработка, травление.

12. Отжиг.

13. Правка, обрезка концов.

14. Вторая прокатка на стане ХПТ 3 ½ на размер ⌀48,2×⌀38×5,1 мм, с вытяжкой, рассчитанной по формуле (2).

15. Пескоструйная обработка, травление.

16. Отжиг.

17. Правка, травление, обрезка концов, контроль.

Холоднокатаные трубы размером ⌀48×5 мм из сплава Gr23 поставляются по результатам контрольных испытаний на растяжение.

Результаты механических испытаний горячепрессованных термообработанных труб ⌀85×14 мм, после термообработки (нагрев 918°C (Тпп - 30°C), выдержка 60 минут, охлаждение - воздух) приведены в таблице 2.

Таблица 2
№ образца Предел текучести Предел прочности Относит. удлинение Относит. сужение Ударная вязкость (KCU)
ksi МПа ksi МПа % % кгс·м/см2
1 117,3 809 129,9 896 16,8 46,5 8,1
2 115,6 797 129,3 892 16,4 46,2 8,3
3 115,9 799 129,1 890 16,4 41,5 7,8
max 117,3 809 129,9 896 16,8 46,5 8,3
min 115,6 797 129,1 890 16,4 41,5 7,8
средн. арифм. 116,2 801,7 129,4 892,7 16,5 44,7 8,1
ASTM В 861 ≥110 ≥759 ≥120 ≥828 >10

Результаты механических испытаний образцов готовой трубы (сдаточные значения) на размере ⌀48×5 мм из сплава Gr23 приведены в таблице 3 и 4.

В таблице 3 - механические свойства холоднокатаной трубы размером ⌀48×5 мм, состояние - после термообработки. Термообработка по режиму: нагрев 700°C, выдержка 60 минут, охлаждение - воздух (термообработка в вакуумной печи).

Таблица 3
№ образца Предел текучести Предел прочности Относит. удлинение
ksi МПа ksi МПа %
1 126,9 875 146,6 1011 11,6
ASTM B 861 ≥110 ≥759 ≥120 ≥828 >10

В таблице 4 - механические свойства холоднокатаной трубы размером

⌀48×5 мм, состояние - после термообработки. Термообработка по режиму: нагрев 700°C, выдержка 60 минут, охлаждение - воздух (подбор режима в лаборатории НТЦ).

Таблица 4
№ образца Предел текучести Предел прочности Относит. удлинение
ksi МПа ksi МПа %
1 122,1 842 140,9 972 10,3
2 122,2 843 142,8 985 10,2
max 122,2 843 142,8 985 10,3
min 122,1 842 140,9 972 10,2
средн. арифм. 122,2 842,5 141,9 978,5 10,25
ASTM B 861 ≥110 ≥759 ≥120 ≥828 >10

Практическое применение изготовления холоднодеформируемых труб из двухфазных сплавов на основе титана, в частности изготовления труб из сплава Gr23 показало возможность получения изделий с заданными прочностными свойствами. Технологический процесс стабилен, из 10 запущенных трубных заготовок потерь на брак не было. В технологии использовалось штатное оборудование.

Способ изготовления холоднодеформированных труб из двухфазных сплавов на основе титана, включающий выплавку слитка, ковку слитка в β-области или β- и α+β-области с окончанием ковки в α+β-области в промежуточную заготовку с заданным уковом, отличающийся тем, что промежуточную заготовку получают с уковом не менее 1,35, из промежуточной заготовки изготавливают шашку, которую прессуют в трубную заготовку при температуре, не превышающей температуру, определяемую по формуле: где Т - температура нагрева шашки перед прессованием, °C;Т - температура полиморфного α↔β превращения, °C;σ(T) - сопротивление деформации металла при температуре нагрева, МПа;lnµ - натуральный логарифм истинной вытяжки при прессовании;c - удельная теплоемкость металла, кДж/(кг·°C);ρ - плотность металла, г/см,после чего трубную заготовку термообрабатывают при температуре на 30-40°C ниже температуры Т, а затем осуществляют прокатку трубной заготовки с промежуточными обработкой поверхности, травлением и термообработкой, при этом вытяжку при прокатке определяют по формуле: где µ - вытяжка при холодной прокатке труб на станках ХГТ;KCU - ударная вязкость, кгс·м/см;σ - предел текучести, МПа;К - коэффициент запаса пластичности, К=0,45-0,6.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 69 items.
10.03.2013
№216.012.2d8c

Способ изготовления полой вентиляторной лопатки

Изобретение может быть использовано в авиационном двигателестроении при изготовлении полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя, состоящей из выполненных из титанового сплава обшивок и заполнителя. Способ предполагает использование диффузионной сварки для соединения обшивок и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477191
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.04.2013
№216.012.337b

Способ установки расходуемого электрода в кристаллизатор

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, в частности титана и его сплавов. Способ включает загрузку расходуемого электрода в кристаллизатор, центрирование электрода по оси кристаллизатора и фиксацию данного положения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478722
Дата охранного документа: 10.04.2013
20.04.2013
№216.012.3718

Сплав на основе титана

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, используемых в медицине для изготовления деталей эндопротезов и имплантатов, предназначенных для применения в ортопедии, стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Предложен сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%: алюминий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479657
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.372a

Способ теплового регулирования электролизеров для получения магния и хлора и устройство для его осуществления

Изобретение относится к тепловому регулированию электролизеров для получения магния и хлора. При электролизе хлормагниевого сырья в электролизерах с верхним вводом анодов осуществляют отвод тепла от верхней части анодов над перекрытием путем подвода хладоагента к кессонам, контроль расхода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479675
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.07.2013
№216.012.53fe

Калийно-магниевое удобрение

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Калийно-магниевое удобрение, которое содержит хлориды калия, магния, кальция, натрия и оксид магния, причем оно дополнительно содержит компоненты марганца, ванадия, хрома, цинка, меди и кобальта. Все компоненты взяты при определенном соотношении....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487105
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.07.2013
№216.012.5752

Способ изготовления тонких листов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления тонких листов из жаропрочного псевдо-альфа-титанового сплава. Предложен способ изготовления тонких листов из слитка псевдо-альфа-титанового сплава. Способ включает деформацию слитка сплава...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487962
Дата охранного документа: 20.07.2013
27.10.2013
№216.012.79fc

Вакуумная дуговая гарнисажная печь

Изобретение относится к электрометаллургии, в частности к конструкции вакуумных дуговых гарнисажных печей, и может быть использовано для выплавки слитков из тугоплавких высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых, применяемых в аэрокосмической технике и судостроении. В печи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496890
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7ccc

Способ технологического испытания листов из титановых сплавов при глубокой вытяжке и устройство для его осуществления

Изобретение относится к горячей листовой штамповке (вытяжке) и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для установления технологических параметров деформирования листовых материалов из титановых сплавов. Производятся несколько циклов испытаний на максимальную вытяжку в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497621
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.12.2013
№216.012.8945

Способ получения слитков-электродов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к электрометаллургии, в частности к конструкции вакуумных дуговых гарнисажных печей, и может быть использовано для выплавки слитков из тугоплавких высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых, применяемых в аэрокосмической технике и судостроении. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500823
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.01.2014
№216.012.94a7

Устройство подготовки карналлита для электролитического получения магния и хлора

Изобретение относится к цветной металлургии. Устройство включает емкость в виде футерованного кожуха, разделенную перегородками на камеру плавления карналлита, камеру хлорирования расплава, выполненные с возможностью обогрева графитированными электродами, и камеру отстоя расплава, фурмы для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503749
Дата охранного документа: 10.01.2014
Showing 1-10 of 26 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
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
29.03.2019
№219.016.f206

Способ очистки струйно-абразивной обработкой поверхности изделий из титановых сплавов

Изобретение относится к способам обработки поверхности металлов, в частности к струйно-абразивной очистке поверхности изделий из титановых сплавов. Подают на обрабатываемую поверхность гидроабразивную суспензию. В качестве абразива гидроабразивной суспензии используют мелкодисперсные частицы с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002381096
Дата охранного документа: 10.02.2010
+ добавить свой РИД