Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОКАТКИ ПРУТКОВ ИЗ ПСЕВДО-β-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам обработки титановых сплавов, и может быть использовано при получении прутков для изготовления крепежных изделий, в частности болтов различной конфигурации, которые в свою очередь в технологической схеме своего изготовления подвергаются операции холодной высадки.

Известен способ горячей прокатки прутков из (α+β)-титановых сплавов, содержащий нагрев заготовки до температуры выше температуры полиморфного превращения в β-области, прокатку при этой температуре с суммарной деформацией металла на 50-90%, охлаждение до температуры окружающей среды, промежуточный подогрев раскатов в интервале температур на 20-50^oС ниже температуры полиморфного превращения в (α+β)-области и последующую деформацию с суммарным обжатием на 60-85% (Авторское свидетельство СССР 383481, B21B3/00, 1973) - прототип.

Недостатком данного способа является то, что он не устанавливает конкретную температуру металла в β-области, при которой деформируется металл, особенно в конце деформации в β-области. В связи с этим исходное микрозерно подката, деформированного в β-области, формируется различным и измеряется от 100 мкм до 1000 мкм. Следовательно, для формирования необходимой микроструктуры в готовом прутке для зерен различного размера требуется различная степень последующей деформации.

Заявленный способ совпадает с данным способом по следующим существенным признакам: нагрев заготовки до температуры выше температуры полиморфного превращения в β-области, прокатка при этой температуре, охлаждение до температуры окружающей среды, нагрев подката до температуры на 20-50^oС ниже температуры полиморфного превращения в (α+β)-области и окончательная прокатка при этой температуре.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в получении прутков из псевдо-β-титановых сплавов с микроструктурой 1-2 типа по девятитипной шкале микроструктур для сплава Вт16 ОСТ 1-90202-75. Поскольку материал прутков для изготовления крепежных изделий, в частности болтов различной конфигурации, по технологической схеме подвергается операции холодной высадки, он должен выдерживать осадку вхолодную со степенью 75%. При этом материал должен обладать достаточной прочностью σ_B = 85-95 кгс/мм. Комплекс этих свойств достигается при вполне определенной микроструктуре. Микроструктура должна быть глобулярная мелкодисперсная с участками границ бывшего β-зерна 1-2 типа (фиг. 1) по девятитипной шкале BИAM для сплава Вт16 ОСТ 1-90202-75. Микроструктура менее 1 типа обладает меньшей стойкостью к распространению трещин, поэтому материал прутков с такой микроструктурой не выдерживает осадки вхолодную со степенью деформации по высоте 75% (фиг. 2). А материал со структурой 3 типа обладает меньшей пластичностью по сравнению с материалом, имеющим микроструктуру 1-2 типа, и также не выдерживает испытаний на осадку со степенью деформации 75% (фиг. 3).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе прокатки прутков из псевдо-β -титановых сплавов для крепежных изделий, включающем нагрев заготовки до температуры выше температуры полиморфного превращения в β-области, прокатку при этой температуре, охлаждение до температуры окружающей среды, нагрев подката до температуры на 20-50^oС ниже температуры полиморфного превращения в (α+β)-области и окончательную прокатку при этой температуре, в соответствии с изобретением нагрев и деформацию в β-области проводят в два этапа, при этом на первом этапе заготовку нагревают до температуры на 40-150^oС выше температуры полиморфного превращения, деформируют со степенью деформации 97-97,6% и охлаждают на воздухе, на втором этапе подкат нагревают до температуры на 20^oС выше температуры полиморфного превращения и деформируют со степенью деформации 37-38%, а окончательную прокатку в (α+β)-области проводят со степенью деформации 54-55%.

Изобретение поясняется фотографиями. На фиг. 1 показана микроструктура 1-2 типа по девятибальной шкале ВИАМ для сплава Вт16 ОСТ 1-90202-75. На фиг. 2 показано разрушение образца с микроструктурой 1 типа по шкале ВИАМ, осаженного вхолодную со степенью деформации 75%. На фиг. 3 показано разрушение образца с микроструктурой 3 типа по шкале ВИАМ, осаженного вхолодную со степенью деформации 40%. На фиг. 4 показана микроструктура подката с размером α-зерна 800 - 1000 мкм, на фиг. 5 - с размером α-зерна 100 - 200 мкм. На фиг. 6 показан образец от прутка с микроструктурой 1-2 типа по шкале ВИАМ, полученного заявленным способом, после осадки вхолодную со степенью деформации 86%.

Способ реализуют следующим образом.

Исходную заготовку, имеющую β-структуру, нагревают до температуры Тпп + (40-150)^oС и прокатывают при этой температуре. Так как псевдо-β-сплавы имеют низкую температуру полиморфного превращения и, следовательно, высокое сопротивление деформации при температуре ниже Тпп + 40^oС, то целесообразно начальную деформацию заготовки провести в заявленном интервале температур. Деформация при этой температуре составляет 97-97,6%. В результате на подкате получают β-структуру с размером α-зерна 800-1000 мкм (фиг. 4). Подкат охлаждают на воздухе. Далее подкат нагревают до температуры Тпп + 20^oС и прокатывают при этой температуре. Так как подкат имеет малое поперечное сечение, то усилие при прокатке не будет превышать предельные значения. Деформация при этой температуре составляет 37-38%, что обеспечивает получение на подкате микроструктуры с β-зернами с размером α-зерна 100-200 мкм (фиг. 5). Подкат охлаждают на воздухе. Далее подкат нагревают до температуры Тпп - (20-50)^oС и прокатывают до готового размера со степенью деформации 54-55%, которая обеспечивает получение микрозерна структуры 1-2 типа (фиг. 1).

Пример 1.

Заявленный способ опробован при производстве прутков диаметром 8,5 мм из титанового сплава Вт16, предназначенных для изготовления болтов холодной высадкой.

Заготовку диаметром 130 мм сплава Вт16, имеющего температуру полиморфного превращения Тпп = 875^oС, нагрели до температуры 1050^oС и прокатали на прутки диаметром 19 мм со степенью деформации 97,6%. Прутки охладили до комнатной температуры. Затем подкат нагрели до температуры 895^oС, прокатали на прутки диаметром 15 мм со степенью деформации 38% и охладили на воздухе. Затем подкат нагрели до температуры 835^oС и прокатали на прутки диаметром 10 мм со степенью деформации 55%.

После необходимой термообработки и обточки на диаметр 8,5 мм от прутков были отрезаны образцы для исследования микроструктуры, испытаний на осадку и испытаний механических свойств. Микроструктура была оценена 1-2 типом (фиг. 1). После испытания на осадку по ГОСТ 8817-82 образцы от прутков выдержали деформацию 86% (фиг. 6). Результаты испытаний механических свойств соответствуют требованиям технических условий.

Пример 2 (по прототипу).

Заготовку диаметром 60 мм сплава Вт16, имеющего Тпп = 880^oС, нагрели до температуры 1050^oС и прокатали на прутки диаметром 20 мм со степенью деформации 88,9%. Нагрели подкат до температуры 840^oС и прокатали на прутки диаметром 10 мм со степенью деформации 75%. Далее полученные прутки обработали аналогично описанному в примере 1. Микроструктура прутков соответствует 3 типу по шкале ВИАМ. Образцы на осадку не выдержали испытаний (фиг. 3).