×
10.09.2015
216.013.7785

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА

Вид РИД

Изобретение

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.

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 51-60 из 367.
20.07.2015
№216.013.63e4

Способ удаления керамического материала из отливок деталей

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для удаления керамических стержней, преимущественно из материала на основе оксидов редкоземельных металлов, из отливок лопаток газотурбинных двигателей и деталей со сложной внутренней полостью. Способ включает обработку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557119
Дата охранного документа: 20.07.2015
27.07.2015
№216.013.6769

Способ пайки пористого материала с подложкой

Изобретение может быть использовано при пайке пористых материалов с подложкой, например, для уплотнений торцов лопаток газотурбинных двигателей со статором или при изготовлении панелей шумоглушения. Между пористым материалом и подложкой размещают порошковый припой с органическим связующим....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558026
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.08.2015
№216.013.6a75

Жаропрочный сплав на основе алюминия

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к деформируемым термически упрочняемым сплавам на основе алюминия. Сплав на основе алюминия включает медь, магний, марганец, цирконий, кобальт, серебро, по крайней мере один элемент из группы, содержащей иттрий, церий, и по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558806
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6a76

Высокопрочный алюминиевый литейный сплав

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству фасонных отливок из сплава на основе алюминия, применяемых в качестве нагруженных деталей, длительно работающих при температурах до 300°C в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Сплав содержит,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558807
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6c26

Защитное технологическое покрытие

Изобретение относится к защитным покрытиям от окисления и в качестве высокотемпературной смазки при технологических нагревах в процессе изготовления деталей. Технический результат изобретения заключается в понижении значений окисляемости и в повышении термостойкости и сцепления покрытия с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559244
Дата охранного документа: 10.08.2015
20.08.2015
№216.013.6f3c

Керамический окислительно-стойкий композиционный материал и изделие, выполненное из него

Группа изобретений относится к области керамических композиционных материалов, армированных дисперсными частицами тугоплавких соединений, а также теплонагруженных изделий из данных материалов, и может быть использована в энергетическом машиностроении и аэрокосмической технике, в частности для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560046
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.70b1

Стеклопластик и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к технологии изготовления стеклопластиков, в частности тонколистовых обшивочных материалов, используемых для изготовления трехслойных сотовых конструкций планера летательных аппаратов. Стеклопластик состоит из по меньшей мере двух слоев из стеклоткани и по меньшей мере...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560419
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.70b3

Эпоксидное связующее, препрег на его основе и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области композиционных материалов из препрега на основе эпоксидного связующего и волокнистого наполнителя и изделий, выполненных из него и предназначенных для применения в авиационной промышленности, машиностроении и других областях техники. Эпоксидное связующее включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560421
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.70ef

Сплав на основе системы al-cu-li и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокоресурсным деформируемым термически упрочняемым свариваемым алюминиевым сплавам пониженной плотности с высокими характеристиками вязкости разрушения и прочности, в частности системы Al - Cu - Li, используемым в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560481
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.70f1

Припой на основе никеля для изготовления конструкции типа "блиск"

Изобретение относится к области металлургии, а именно к припоям на основе никеля, которые могут использоваться при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин газотурбинных двигателей. Припой на основе никеля содержит, мас.%: хром 8,0-15,0; бор 2,0-3,5; алюминий 3,0-5,0; ниобий 3,0-5,0;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560483
Дата охранного документа: 20.08.2015
Показаны записи 51-60 из 333.
20.07.2015
№216.013.63e4

Способ удаления керамического материала из отливок деталей

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для удаления керамических стержней, преимущественно из материала на основе оксидов редкоземельных металлов, из отливок лопаток газотурбинных двигателей и деталей со сложной внутренней полостью. Способ включает обработку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557119
Дата охранного документа: 20.07.2015
27.07.2015
№216.013.6769

Способ пайки пористого материала с подложкой

Изобретение может быть использовано при пайке пористых материалов с подложкой, например, для уплотнений торцов лопаток газотурбинных двигателей со статором или при изготовлении панелей шумоглушения. Между пористым материалом и подложкой размещают порошковый припой с органическим связующим....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558026
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.08.2015
№216.013.6a75

Жаропрочный сплав на основе алюминия

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к деформируемым термически упрочняемым сплавам на основе алюминия. Сплав на основе алюминия включает медь, магний, марганец, цирконий, кобальт, серебро, по крайней мере один элемент из группы, содержащей иттрий, церий, и по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558806
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6a76

Высокопрочный алюминиевый литейный сплав

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству фасонных отливок из сплава на основе алюминия, применяемых в качестве нагруженных деталей, длительно работающих при температурах до 300°C в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Сплав содержит,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558807
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6c26

Защитное технологическое покрытие

Изобретение относится к защитным покрытиям от окисления и в качестве высокотемпературной смазки при технологических нагревах в процессе изготовления деталей. Технический результат изобретения заключается в понижении значений окисляемости и в повышении термостойкости и сцепления покрытия с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559244
Дата охранного документа: 10.08.2015
20.08.2015
№216.013.6f3c

Керамический окислительно-стойкий композиционный материал и изделие, выполненное из него

Группа изобретений относится к области керамических композиционных материалов, армированных дисперсными частицами тугоплавких соединений, а также теплонагруженных изделий из данных материалов, и может быть использована в энергетическом машиностроении и аэрокосмической технике, в частности для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560046
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.70b1

Стеклопластик и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к технологии изготовления стеклопластиков, в частности тонколистовых обшивочных материалов, используемых для изготовления трехслойных сотовых конструкций планера летательных аппаратов. Стеклопластик состоит из по меньшей мере двух слоев из стеклоткани и по меньшей мере...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560419
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.70b3

Эпоксидное связующее, препрег на его основе и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области композиционных материалов из препрега на основе эпоксидного связующего и волокнистого наполнителя и изделий, выполненных из него и предназначенных для применения в авиационной промышленности, машиностроении и других областях техники. Эпоксидное связующее включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560421
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.70ef

Сплав на основе системы al-cu-li и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокоресурсным деформируемым термически упрочняемым свариваемым алюминиевым сплавам пониженной плотности с высокими характеристиками вязкости разрушения и прочности, в частности системы Al - Cu - Li, используемым в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560481
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.70f1

Припой на основе никеля для изготовления конструкции типа "блиск"

Изобретение относится к области металлургии, а именно к припоям на основе никеля, которые могут использоваться при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин газотурбинных двигателей. Припой на основе никеля содержит, мас.%: хром 8,0-15,0; бор 2,0-3,5; алюминий 3,0-5,0; ниобий 3,0-5,0;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560483
Дата охранного документа: 20.08.2015
+ добавить свой РИД