СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиационной технике.

Известен способ термомеханической обработки, применяемый при изготовлении полуфабрикатов и деталей из титановых сплавов (температура полиморфного превращения Т_пп=920^oС), включающий:
нагрев до температуры (1050-1200)^oС (Т_пп+120÷Т_пп+270)^oС;
деформацию в процессе охлаждения до 850^oС (Т_пп-80)^oС;
нагрев до (880-1050)^oС (Т_пп-50÷Т_пп+120)^oС,
охлаждение в процессе деформации до температуры 750^oС (Т_пп-180)^oС [1].

Недостатком способа-аналога является низкий уровень механических свойств сплавов, термообработанных данным способом.

Наиболее близким по назначению и технической сущности (прототипом) является способ термомеханической обработки титановых сплавов, используемый при изготовлении полуфабрикатов и деталей, включающий нагрев в β-область выше температуры полиморфного превращения, деформацию в процессе охлаждения до температуры на 30-70^oС ниже температуры полиморфного превращения, охлаждение, повторный нагрев в двухфазной области, повторную деформацию в этой области в процессе охлаждения, повторное охлаждение, окончательный нагрев в двухфазную область, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что с целью повышения механических свойств деформацию проводят в β- и (α+β)-областях с одинаковой степенью 40-60%, повторный нагрев осуществляют до температуры на 20-40^oС ниже температуры полиморфного превращения, повторную деформацию проводят со степенью 25-35% при охлаждении до температуры на 100-130^oC ниже температуры полиморфного превращения, повторное охлаждение после деформации осуществляют до температуры на 180-280^oС ниже температуры полиморфного превращения, после чего дополнительно повторяют последний цикл нагрева и деформации в процессе охлаждения в тех же условиях, а охлаждение после деформации в этом цикле проводят до комнатной температуры, окончательный нагрев осуществляют до температуры на 100-300^oС ниже температуры полиморфного превращения [2].

Технической задачей изобретения является повышение уровня механических свойств полуфабрикатов из титановых сплавов: предела прочности σ_в, предела текучести σ_0,2, трещиностойкости K_1c.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ термомеханической обработки титановых сплавов и изделий из них, включающий многократные нагрев изделий из титановых сплавов до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения и деформацию в процессе охлаждения до температуры ниже температуры полиморфного превращения, выдержку и охлаждение. Термомеханическую обработку проводят в шесть стадий, при этом на первых пяти стадиях осуществляют:
- нагрев до температуры (Т_пп+120÷Т_пп+270)^oС, деформацию со степенью 50-70% при охлаждении до (Т_пп-40÷Т_пп-100)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+60÷Т_пп+160)^oС, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Т_пп-100÷Т_пп-180)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-20÷Т_пп-40)^oС, деформацию со степенью 10-30% при охлаждении до (Т_пп-140÷Т_пп-160)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+20÷Т_пп+50)^oС, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Т_пп-110÷Т_пп-130)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+20÷Т_пп+50)^oС, деформацию со степенью 30-70% при охлаждении до (Т_пп-110÷Т_пп-130)^oС;
затем на шестой стадии проводят нагрев до температуры (Т_пп-400÷Т_пп-500)^oС с выдержкой в течение 5-20 ч, где Т_пп - температура полиморфного превращения.

Авторами установлено, что способ, включающий две стадии деформации при температуре выше температуры полиморфного превращения, третью стадию при температуре ниже температуры полиморфного превращения, четвертую и пятую стадии при температуре выше температуры полиморфного превращения, а также регламентация степени деформации в процессе охлаждения до установленных температур, обеспечивают создание однородной нерекристаллизованной β-структуры. Последующее старение на шестой стадии обеспечивает однородный дисперсный распад метастабильных фаз, эффективное структурное упрочнение и получение высоких механических свойств.

Пример осуществления
Были изготовлены поковки из титанового сплава, например ВТ 23 и ВТ 22, по трем способам термомеханической обработки, входящим в заявленный способ, и исследованы механические свойства этих поковок (таблица):
1 пример:
- нагрев до температуры (Т_пп+120)^oС, деформация со степенью 50% и температурой конца деформации (Т_пп-40)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+60)^oС, деформация со степенью 40% и температурой конца деформации (Т_пп-100)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-20)^oС, деформация со степенью 10% и температурой конца деформации (Т_пп-140)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+20)^oС, деформация со степенью 40% и температурой конца деформации (Т_пп-110)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+20)^oС, деформация со степенью 30% и температурой конца деформации (Т_пп-110)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-400)^oС, выдержка 5 ч.

2 пример:
- нагрев до температуры (Т_пп+270)^oС, деформация со степенью 70% и температурой конца деформации (Т_пп-100)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+160)^oС, деформация со степенью 60% и температурой конца деформации (Т_пп-180)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-40)^oС, деформация со степенью 30% и температурой конца деформации до (Т_пп-160)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+50)^oС, деформация со степенью 60% и температурой конца деформации (Т_пп-130)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+50)^oС, деформация со степенью 70% и температурой конца деформации (Т_пп-130)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-500)^oС, выдержка 20 ч.

3 пример:
- нагрев до температуры (Т_пп+200)^oС, деформация со степенью 60% и температурой конца деформации (Т_пп-60)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+100)^oС, деформация со степенью 50% и температурой конца деформации (Т_пп-130)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-30)^oС, деформация со степенью 15% и температурой конца деформации (Т_пп-150)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+40)^oС, деформация со степенью 50% и температурой конца деформации (Т_пп-120)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+30)^oС, деформация со степенью 50% и температурой конца деформации (Т_пп-120)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-450)^oС, выдержка 10 ч.

Предлагаемый способ термомеханической обработки титановых сплавов позволит повысить однородность структуры и значения механических свойств изделия, полученного этим способом: предела прочности (σ_в) и предела текучести (σ_0,2) на 15-25% и характеристик трещиностойкости (K_1c) на 25-30%.

Применение предложенного способа термомеханической обработки позволит снизить массу изделий на 15-25%, повысить полезную нагрузку летательных аппаратов и повысить эксплуатационную надежность за счет высоких значений характеристики K_1c.

Литература.

1. Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Белозеров А.П. Полуфабрикаты из титановых сплавов. М., ОНТИ ВИЛС, 1996 г., с. 371.

2. Авторское свидетельство СССР 1740487 А1, 1992 г.