Вид РИД
Изобретение
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам изготовления промежуточных заготовок из титановых сплавов методом горячей деформации.
Известен способ производства промежуточных заготовок из сплавов титана, включающий выплавку слитков, нагрев в рекуперативных нагревательных колодцах, прокатку слитков в блюм, прокатку блюма в круг на крупносортном прокатном стане и окончательную прокатку прутка на готовый размер на сортовом прокатном стане (Титановые сплавы. Полуфабрикаты из титановых сплавов. Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Белозеров А.П. и др. - М.: ВИЛС, 1996, с.177-179 [1]).
Известный способ позволяет получать промежуточную заготовку из сплавов титана на прокатных станах без использования специализированного оборудования.
Недостатком известного способа является невозможность получения требуемой структуры в промежуточной заготовке вследствие того, что деформация металла на всех переходах происходит в β-области. Кроме того, недостатком данного способа является большая потеря металла из-за значительной разнотолщинности на концах прутков ([1], с.187).
Известен способ изготовления промежуточных заготовок из титановых сплавов прессованием (см. [1], с.176).
Недостатком этого процесса являются большие потери металла в виде пресс-остатка и дефектов утяжинного конца. Кроме того, экструдирование заготовок из слитка невозможно в (α+β)-области из-за больших давлений и высоких усилий прессования, а прессование в β-области не позволяет формировать требуемую структуру заготовки.
Наиболее близким по технической сущности аналогом к заявляемому изобретению является способ изготовления промежуточной заготовки из α- и (α+β)-титановых сплавов, включающий ковку слитка в пруток в несколько переходов при температурах β-области, промежуточную ковку при температурах β- и (α+β)-области, окончательное деформирование в (α+β)-области и механическую обработку (см. [1], с.184-189) - прототип.
Недостатком прототипа является структурная неоднородность вследствие захолаживания металла в процессе ковки, неравномерности деформации и наличия зон затрудненной деформации. Кроме того, недостатком является большое число нагревов, особенно при ковке в (α+β)-области на последних переходах, т.к. разовый уков в (α+β)-области ограничен пластичностью металла и быстрым охлаждением металла.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение регламентированной мелкодисперсной микроструктуры как по сечению, так и по длине изготавливаемой заготовки, а также повышение рентабельности способа путем замены многопереходной ковки в (α+β)-области операцией прессования и снижение потерь металла.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого изобретения, является получение заготовки с равномерной регламентированной микроструктурой, сокращение количества нагревов и связанного с этим угара металла, снижение трудоемкости процесса изготовления заготовки и снижение потерь металла при механической обработке.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления промежуточной заготовки из α- и (α+β)-титановых сплавов, включающем ковку слитка в пруток за несколько переходов при температуре β-области, промежуточную ковку за несколько переходов при температуре β- и (α+β)-области, окончательное деформирование при температуре (α+β)-области и механическую обработку, согласно изобретению промежуточную ковку в (α+β)-области осуществляют с величиной укова 1,25-1,75, причем на ее окончательных переходах ковку проводят с уковом 1,25-1,35 в пруток диаметром Дп, который определяют по выражению:
где Дп - диаметр прутка, мм;
dпз - диаметр промежуточной заготовки, мм;
[Δt]- допустимое приращение температур в процессе прессования;
с - удельная теплоемкость сплава, КДж/кг;
ρ - плотность деформируемого металла, кг/м3;
δ - припуск на механическую обработку, мм;
σ - сопротивление деформации, МПа;
а окончательное деформирование выполняют путем прессования при температуре Т, которую определяют по выражению:
,
где Т - температура металла при прессовании, oС;
Тпп - температура полиморфного превращения, oС;
ln μ - натуральный логарифм истинной вытяжки при прессовании;
σ1 - сопротивление деформации с учетом скорости и температуры деформации, МПа;
кроме того, перед окончательным деформированием выполняют механическую обработку прутка, резку его на заготовки и формирование торцев.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.
Ковка слитка в пруток при температуре β-области на первых проходах разрушает литую структуру. Первая ковка в (α+β)-области с уковом 1,25-1,35 разрушает большеугловые границы зерен и последующий нагрев с деформацией в β-области сопровождается рекристаллизацией с измельчением зерна. Окончательное деформирование прутка в (α+β)-области переводит структуру металла в (α+β)-деформированную и при укове 1,25-1,35 приводит к разрушению большеугловых границ β-зерен и равномерной структуре по всему сечению, повышает пластичность металла. Замена операции ковки в (α+β)-области операцией прессования снижает количество нагревов и трудоемкость.
За счет того что механическую обработку промежуточного прутка производят на большем диаметре при той же минимальной величине съема, снижаются потери металла в стружку и трудоемкость.
За счет того что окончательное деформирование в (α+β)-области производят прессованием со значительной вытяжкой, происходит измельчение зерна и формирование оптимальной макро- и микроструктуры по всему сечению промежуточной заготовки и по ее длине, при этом сокращается в 4-5 раз количество нагревов и трудоемкость по сравнению с известным способом. За счет того, что промежуточный пруток куется на регламентированный диаметр, при последующем прессовании с регламентированной температурой нагрева в (α+β)-области исключается деформационный перегрев металла.
Пример реализации способа.
Слиток диаметром 740 мм из титанового сплава Ti-6Al-4V с температурой полиморфного превращения Тпп=990oС за несколько переходов отковали в пруток диаметром 282 мм, причем последний переход при получении промежуточного прутка осуществляли при температуре 950oС (в α+β-области). Диаметр промежуточного кованого прутка определили по формуле (1):
Полученный кованый пруток обточили на диаметр 275 мм, разрезали на кратные заготовки длиной 750 мм, выполнили фаски и произвели нагрев до температуры 941oС (α+β-область), которую определили по формуле (2):
где ln 3,04 - натуральный логарифм истинной вытяжки с учетом распрессовки металла в контейнере при прессовании и фактических размеров матрицы. В завершение способа провели прессование нагретого кованого прутка в промежуточную заготовку диаметром 159 мм.
По заявленному способу потери металла при обточке прутка диаметром 282 мм на диаметр 275 мм составили 4,9%. Кроме того, устраняются 4 нагрева и 4 перехода операции ковки на диаметр 170 мм.
По существующей технологии производится ковка прутка на диаметр 170 мм и обточка его на окончательный диаметр 159 мм. При этом потери металла составляют 12,5%.
Таким образом, достижение технического результата - получение мелкодисперсной равномерной по сечению и по длине заготовки микроструктуры, снижение количества нагревов, трудоемкости и потерь металла - обеспечивается только при неразрывном выполнении всех существенных признаков заявляемого способа.
Кроме того, заявленный способ обладает дополнительным преимуществом перед известными - разгружается головное оборудование металлургического производства.
Способизготовленияпромежуточнойзаготовкиизα-и(α+β)-титановыхсплавов,включающийковкуслиткавпрутокзанесколькопереходовпритемпературеβ-области,промежуточнуюковкузанесколькопереходовпритемпературеβ-и(α+β)-области,окончательноедеформированиепритемпературе(α+β)-областиимеханическуюобработку,отличающийсятем,чтопромежуточнуюковкупритемпературе(α+β)-областиосуществляютсвеличинойукова1,25-1,75,причемнаееокончательныхпереходахпромежуточнуюковкупроводятсуковом1,25-1,35впрутокдиаметром,величинукоторогоопределяютизследующеговыражения:128400000005-DOC.tiftifdrawing25гдеД–диаметрпрутка,мм;d–диаметрпромежуточнойзаготовки,мм;[Δt]–допустимоеприращениетемпературвпроцессепрессования;с–удельнаятеплоемкостьсплава,КДж/кг;ρ–плотностьдеформируемогометалла,кг/м,δ-припускнамеханическуюобработку,мм;σ–сопротивлениедеформации,МПа,механическуюобработкупруткапроизводятпередокончательнымдеформированием,котороеосуществляютпрессованиемпритемпературе(α+β)-области,которуюопределяютизвыражения:115500000006-DOC.tiftifdrawing34гдеТ–температураметаллаприпрессовании,°С;T–температураполиморфногопревращения,°С;lnμ–натуральныйлогарифмистиннойвытяжкиприпрессовании;σ–сопротивлениедеформациисучетомскоростиитемпературыдеформации,МПа,приэтомпередокончательнымпрессованиемпроизводятрезкупрутканазаготовкииформированиеихторцев.