×
10.09.2015
216.013.7785

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении заготовок из двухфазных титановых сплавов, применяемых, в частности, в авиационной промышленности. Исходную заготовку нагревают до температуры ниже температуры полного полиморфного превращения. Осуществляют деформацию нагретой заготовки в нагретом штампе в два этапа с переменной скоростью. На первом этапе деформацию осуществляют со скоростью, не превышающей скорость, обеспечивающую разогрев заготовки до температуры ниже полного полиморфного превращения. На втором этапе деформацию осуществляют со скоростью, обеспечивающей формирование рекристаллизованной структуры с размером β-зерна 5-9 мкм. В результате обеспечивается получение деформированной заготовки с однородной структурой и высокой циклической прочностью и снижение времени технологического цикла изготовления. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения штамповок из двухфазных титановых сплавов, и может найти применение в авиационной промышленности и машиностроении.

Изделия из высокопрочных титановых сплавов являются высоконагруженными и должны обеспечивать при высоких прочностных характеристиках высокие значения вязкости разрушения и трещиностойкости. Такое сочетание свойств возможно при формировании в штамповках β-рекристаллизованной структуры.

Подобная структура в штамповках формируется при деформации при температурах выше температуры полного полиморфного превращения (Тп.п.). Однако в штамповках, полученных по этой технологии, формируется крупное рекристаллизованное зерно. Для деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок, необходимо формирование структуры с размером зерна менее 10 мкм, что позволит получать высокие значения циклической прочности.

Известен способ обработки титановых сплавов с целью снижения роста трещин в (α+β) титановом сплаве, содержащем значительное количество β-фазы и более 3% молибдена, включающий следующие операции:

- ковка выше температуры β превращения (Тп.п.) со степенью деформации, достаточной для последующей рекристаллизации;

- охлаждение материала ниже температуры β превращения (Тп.п.) со скоростью 11-55°C/мин;

- упрочняющая термообработка, включающая закалку с температуры на 27-82°C ниже Тп.п. и старение (патент США №4543132, опубл. 24.09.1985). Приведенный процесс позволяет уменьшить размер рекристаллизованного β-зерна за счет высокой скорости охлаждения из β-области, проводить обработку за один нагрев и снизить трудоемкость изготовления заготовок.

Однако технологический процесс имеет существенные недостатки: связанная с большим градиентом температур заготовка-штамп, неравномерность деформации, образование зон затрудненной деформации, длительный нагрев при температурах β-области и повышенное газонасыщение поверхностных слоев металла. Это требует увеличения припуска на механическую обработку и сопровождается снижением коэффициента использования металла. Кроме того, высокая скорость деформации при ковке также сопровождается образованием зон интенсивного течения металла и неравномерностью структуры, что приводит к снижению механических свойств и их стабильности в изделиях.

Известен способ получения деформированных заготовок с рекристаллизованной структурой с максимальным размером β-зерна менее 0,5 мм (Патент США №5026520, опубл. 25.06.1991).

Способ включает:

- нагрев заготовки от температуры Тп.п до Тп.п +45°C;

- деформацию на прессе в штампах, нагретых до температуры, близкой к температуре заготовки (изотермическая штамповка) с промежуточной выдержкой 4-10 мин;

- изотермическую выдержку при температуре, близкой к температуре нагрева штампа и заготовки в течение времени, достаточного для прохождения полной первичной рекристаллизации, но недостаточного для дальнейшего роста зерна;

- закалку (ускоренное охлаждение) заготовки после удаления из пресса до температуры ниже температуры полного полиморфного превращения для предотвращения дальнейшего роста зерна и получения микроструктуры с размером β-зерна менее 0,5 мм (500 мкм).

Способ позволяет избежать длительного отжига после деформации при температуре выше полного полиморфного превращения для получения рекристаллизованной структуры за счет проведения изотермической выдержки от 4 до 10 минут непосредственно после деформации, что позволяет получать размер зерна менее 0,5 мм и снизить толщину газонасыщенного слоя штамповки.

Недостатками способа является нагрев исходной заготовки в β-области (выше Тп.п.), что сопровождается значительным ростом исходного зерна и не позволяет получать мелкозернистую структуру в штамповке. Кроме того, недостатком рассмотренного способа является необходимость механической обработки для удаления газонасыщенного поверхностного слоя, образующегося при нагреве и изотермической выдержке в β-области, что приводит к снижению коэффициента использования металла.

Другим недостатком способа является и высокая трудоемкость, связанная с необходимостью проведения длительной промежуточной выдержки (4-10 минут) в процессе деформации. При этом суммарное время выдержек может составлять 10-20 минут.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения штамповок с рекристаллизованной структурой с размером зерна 10-30 мкм, взятый в качестве прототипа (патент RU 2246556 C1, опубл. 20.02.2005).

Способ включает нагрев заготовки до Тп.п - (10-30)°C, деформацию в два этапа с переменной скоростью в штампах, нагретых до температуры выше Тп.п. на 10-30°C. При этом на первом этапе деформация проводится со скоростью, достаточной для разогрева заготовки до температуры штампа (т.е. выше Тп.п. на 10-30°C), а на втором этапе со скоростью 10-2-10-4 с-1 и степенью деформации 10-30% и изотермической выдержкой в штампе в течение 0,5-1,5 минут. Охлаждение заготовки проводят ускоренно (закалка).

Технология по способу, известному из прототипа, позволяет получать штамповки с однородной рекристаллизованной структурой и высоким КИМ.

Недостатком способа, известного из прототипа, является то, что при использовании предложенного способа не может быть получена рекристаллизованная структура с размером β-зерна менее 10 мкм.

Также недостатком способа, известного из прототипа, является увеличение времени технологического цикла с использованием дорогостоящего оборудования за счет изотермической выдержки в штампе, а также необходимость использования специального оборудования для ускоренного охлаждения (закалки) заготовок после деформации.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа получения деформированных заготовок из титановых сплавов, с мелкозернистой структурой.

Техническим результатом предлагаемого способа является формирование в деформированной заготовке однородной рекристаллизованной структуры с размером β-зерна 5-9 мкм и высокой циклической прочностью в термически упрочненном состоянии. Другим техническим результатом предлагаемого способа является снижение времени технологического цикла изготовления деформированной заготовки.

Для достижения поставленного технического результата предложен способ получения деформированной заготовки из титанового сплава, включающий нагрев заготовки ниже температуры полного полиморфного превращения, ее деформацию в нагретом штампе в два этапа с переменной скоростью и термическую обработку заготовки, причем деформацию в нагретом штампе проводят на первом этапе со скоростью, не превышающей скорость, обеспечивающей разогрев заготовки до температуры ниже полного полиморфного превращения, а на втором этапе деформацию проводят со скоростью, обеспечивающей формирование рекристаллизованной структуры с размером β-зерна 5-9 мкм.

Предпочтительно нагрев исходной заготовки проводить на 25-35°C ниже температуры полного полиморфного превращения. Предпочтительно на первом этапе деформацию проводить со скоростью не ниже 7х10-2 с-1 , но не превышающей скорость, обеспечивающую разогрев заготовки до температуры полного полиморфного превращения минус 30°C и степенью деформации не менее 80%.

Предпочтительно на втором этапе деформацию проводить со скоростью 10-3-10-4 с-1 и степенью деформации 7-9%.

Предпочтительно нагрев штампов проводить на 25-35°C ниже температуры полного полиморфного превращения исходной титановой заготовки.

Возможно охлаждение заготовки проводить непосредственно после деформации с нерегламентированной скоростью.

Возможно для получения в изделиях высокой прочности проводить термическую обработку деформированной заготовки.

Предлагаемый способ позволяет снизить время технологического цикла по сравнению со способом-прототипом за счет исключения изотермической выдержки в штампе.

Охлаждение заготовки непосредственно после деформации с нерегламентированной скоростью позволяет отказаться от использования специального оборудования для закалки за счет нерегламентированной скорости охлаждения после деформации.

Примеры осуществления

Для примеров осуществления способов изготовления деформированной заготовки из титановых сплавов выбран высокопрочный титановый сплав ВТ22 с температурой полного полиморфного превращения (Тп.п.), равной 870°C, из которого изготовлена деформированная заготовка типа «диск» диаметром 250 мм. В качестве исходной заготовки использовали деформированный пруток диаметром 100 мм с размером β-зерна 80 мкм.

В известном уровне технического решения (способ-прототип) способ осуществлялся по следующей технологии в соответствии с таблицей 1, пример 3.

Нагрев заготовки проводили до температуры 840°C (Тп.п. - 30°C). Деформацию проводили за два этапа в штампах, нагретых до температуры 900°C (Тп.п. титановой заготовки +30°C). На первом этапе деформацию проводили со скоростью 10-1 с-1 и степенью деформации 40%. На втором этапе деформацию проводили со скоростью 10-3 с-1 и степенью деформации 20%.

После окончания деформации штамповку подвергали выдержке под нагрузкой 80 МПа при температуре нагрева штампов (900°C) в течение 1,5 мин.

Охлаждение заготовки проводили закалкой до температуры 810°C со скоростью 50°C/мин обдувкой штамповки системой конвекции воздуха (вентиляторами).

В способе, осуществленном по известному уровню технического решения, получены следующие технические результаты.

Общее время технологического процесса составило 3,5 мин.

В образцах, вырезанных из различных зон штамповки, размер β-зерна составил 20 мкм.

Механические свойства образцов, изготовленных после термической обработки штамповки, составили σв=1220 МПа, N циклов при σв=550 МПа составило 14700 (таблица 2).

Согласно предлагаемому изобретению примеры осуществления проводились по режимам, приведенным в таблице 1 пп.1-2.

Пример 1 (таблица 1 п.1).

Нагрев заготовки проводили до температуры 830°C (Тп.п. - 40°C). Деформацию проводили за два этапа в штампах, нагретых до температуры 845°C (Тп.п. титановой заготовки - 25°C). На первом этапе деформацию проводили со скоростью 5·10-2 с-1 и степенью деформации 70%. На втором этапе деформацию проводили со скоростью 10-4 с-1 и степенью деформации 7%. Охлаждение заготовки проводили с нерегламентированной скоростью на спокойном воздухе.

Получены следующие технические результаты.

Для примера 1 общее время технологического процесса составило 1,0 мин.

В образцах, вырезанных из различных зон штамповки, размер β-зерна составил 8 мкм.

Механические свойства образцов, изготовленных после термической обработки штамповки, σв=1220 МПа, N циклов при σв=550 МПа составило 21800 (таблица 2).

Пример 2 (таблица 1 п.2).

Нагрев заготовки проводили до температуры 850°C (Тп.п. - 20°C). Деформацию проводили за два этапа в штампах, нагретых до температуры 840°C (Тп.п. титановой заготовки -30°C). На первом этапе деформацию проводили со скоростью 7·10-2 с-1 и степенью деформации 80%. На втором этапе деформацию проводили со скоростью 10-3 с-1 и степенью деформации 9%. Охлаждение заготовки проводили с нерегламентированной скоростью на спокойном воздухе.

Получены следующие технические результаты.

Для примера 2 общее время технологического процесса составило 1,0 мин.

В образцах, вырезанных из различных зон штамповки, размер β-зерна составил 9 мкм.

Механические свойства образцов, изготовленных после термической обработки штамповки, σв=1220 МПа, N циклов при σв=550 МПа составило 20900 (таблица 2).

Как видно из приведенных данных, предлагаемое техническое решение по сравнению с известным техническим решением позволяет снизить общее время технологического процесса 2-3,5 раза (с 3,5 до 1,0-1,5 мин), уменьшить размер β-зерна с 20 до 5-9 мкм и в термически обработанном состоянии увеличить количество циклов до разрушения образца при знакопеременной нагрузке σв=550 МПа (N) с 14700 до 20900-21800 циклов.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 367.
10.01.2013
№216.012.18ce

Клеевая композиция

Изобретение относится к клеевой композиции для крепления резин на основе полярных и неполярных каучуков между собой и к металлам в изделиях авиационной, автомобильной промышленности и судостроения. Клеевая композиция включает бутадиеннитрильный каучук, фенолоформальдегидный олигомер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471842
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18fb

Способ нанесения покрытия для защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких хромоалюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении. Проводят насыщение поверхности внутренней полости лопатки углеродом путем заполнения внутренней полости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471887
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.04.2013
№216.012.36e0

Эпоксидная композиция холодного отверждения

Изобретение относится к области создания двухкомпонентных эпоксидных композиций холодного отверждения для изготовления препрегов, которые могут быть использованы в строительстве, а также в авиационной, машиностроительной, судостроительной и других областях техники. Предлагаемая эпоксидная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479601
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3a7d

Состав для получения защитного покрытия на стальных деталях

Изобретение относится к химической поверхностной обработке стальных деталей и может быть использовано при изготовлении валов газотурбинных двигателей, шасси вертолетов и других деталей для защиты от коррозии при эксплуатации в различных климатических условиях, в том числе при повышенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480534
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.06.2013
№216.012.489a

Сплав на основе титана

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей. Сплав на основе титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484166
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.489b

Сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сплавов на основе интерметаллида NiАl и изделиям, получаемым из них методом направленной кристаллизации, с монокристаллической или столбчатой структурами, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1200°С....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484167
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5951

Способ изготовления полых изделий из композиционных материалов

Изобретение относится к области технологии формования конструкций из полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления быстровозводимых арочных мостов, при сооружении тоннелей, ангаров и других строительных конструкций. Согласно способу заполняют газом надувную внутреннюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488486
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.59cf

Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии

Изобретение относится к эпоксидным композициям холодного отверждения и может быть использовано для изготовления конструкций, в том числе крупногабаритных, из полимерных композиционных материалов (ПКМ) методом вакуумной инфузии в областях техники. Эпоксидная композиция включает эпоксидную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488612
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.08.2013
№216.012.6531

Устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции

Использование: для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции. Сущность: заключается в том, что устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции включает приводной блок, имеющий, по крайней мере, один магнит, расположенный на внешней поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491542
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.670a

Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией

Изобретение относится к металлургии. Способ включает отливку монокристаллической заготовки произвольной кристаллографической ориентации, ее травление на макроструктуру, определение ориентации заготовки как угла между ее геометрической осью и плоскостью выбранной кристаллографической ориентации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492025
Дата охранного документа: 10.09.2013
Показаны записи 1-10 из 333.
10.01.2013
№216.012.18ce

Клеевая композиция

Изобретение относится к клеевой композиции для крепления резин на основе полярных и неполярных каучуков между собой и к металлам в изделиях авиационной, автомобильной промышленности и судостроения. Клеевая композиция включает бутадиеннитрильный каучук, фенолоформальдегидный олигомер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471842
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18fb

Способ нанесения покрытия для защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких хромоалюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении. Проводят насыщение поверхности внутренней полости лопатки углеродом путем заполнения внутренней полости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471887
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.04.2013
№216.012.36e0

Эпоксидная композиция холодного отверждения

Изобретение относится к области создания двухкомпонентных эпоксидных композиций холодного отверждения для изготовления препрегов, которые могут быть использованы в строительстве, а также в авиационной, машиностроительной, судостроительной и других областях техники. Предлагаемая эпоксидная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479601
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3a7d

Состав для получения защитного покрытия на стальных деталях

Изобретение относится к химической поверхностной обработке стальных деталей и может быть использовано при изготовлении валов газотурбинных двигателей, шасси вертолетов и других деталей для защиты от коррозии при эксплуатации в различных климатических условиях, в том числе при повышенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480534
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.06.2013
№216.012.489a

Сплав на основе титана

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей. Сплав на основе титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484166
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.489b

Сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сплавов на основе интерметаллида NiАl и изделиям, получаемым из них методом направленной кристаллизации, с монокристаллической или столбчатой структурами, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1200°С....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484167
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5951

Способ изготовления полых изделий из композиционных материалов

Изобретение относится к области технологии формования конструкций из полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления быстровозводимых арочных мостов, при сооружении тоннелей, ангаров и других строительных конструкций. Согласно способу заполняют газом надувную внутреннюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488486
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.59cf

Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии

Изобретение относится к эпоксидным композициям холодного отверждения и может быть использовано для изготовления конструкций, в том числе крупногабаритных, из полимерных композиционных материалов (ПКМ) методом вакуумной инфузии в областях техники. Эпоксидная композиция включает эпоксидную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488612
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.08.2013
№216.012.6531

Устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции

Использование: для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции. Сущность: заключается в том, что устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции включает приводной блок, имеющий, по крайней мере, один магнит, расположенный на внешней поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491542
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.670a

Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией

Изобретение относится к металлургии. Способ включает отливку монокристаллической заготовки произвольной кристаллографической ориентации, ее травление на макроструктуру, определение ориентации заготовки как угла между ее геометрической осью и плоскостью выбранной кристаллографической ориентации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492025
Дата охранного документа: 10.09.2013
+ добавить свой РИД