Способ термической обработки изделий из α+β титановых сплавов

Заявляемое изобретение относится к металлургии, а также к материаловедению в машиностроении и может быть использовано в производстве для изготовления проволоки из титановых сплавов, а также к термической обработке α+β титановых сплавов в виде заготовок.

Сопротивление малым пластическим деформациям определяет весь комплекс свойств пружинных сталей и сплавов. Для достижения высокого сопротивления малым пластическим деформациям необходимо обеспечить равномерное распределение дислокаций при их высокой плотности и полном эффективном закреплении с тем, чтобы затормозить развитие начальных стадий пластической деформации.

Известен способ упрочнения сплавов за счет пластической деформации с промежуточными отжигами и последующим отжигом после последнего этапа деформации (ТУ 1-809-273-81), принятый за ближайший аналог. При этом достигается следующий уровень прочности и пластичности проволоки δ=12%.

В процессе стандартной обработки изменяется субструктура матрицы и дисперсность α+β фаз. Рост сопротивления малым пластическим деформациям у этих сплавов связан с изменением субструктуры матрицы и с блокирующим действием частиц α+β фаз.

Недостатком этого способа является то, что уровень значений условных пределов текучести и упругости сплава не удовлетворяет требованиям к эксплуатационным свойствам целого ряда упругих элементов.

Задачей заявляемого технического решения является разработка способа термической обработки изделий из α+- β титановых сплавов (на примере титанового сплава ВТ16) с целью увеличения значений условных пределов упругости, текучести и при сохранении достаточной пластичности.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе обработки проволоки из титанового сплава ВТ16 после стандартной технологии (пластической деформации и отжига - СТО) изделие подвергают нагреву и выдержке при температуре 150-160°С, а последующее охлаждение до температуры -10°С проводят при одновременном воздействии потока газа и акустического поля звукового диапазона частот с уровнем звукового давления в пределах 140-160 дб.

Достигаемым техническим результатом заявляемого способа является: перераспределение дислокаций, образование на них сегрегации в субструктуре сплава, появившейся как после пластической деформации и отжига, так и при предлагаемой обработке, при этом обеспечивается равномерное распределение дисперсных α и β фаз, уменьшение внутреннего напряжения, что приводит к возрастанию предела упругости и пластичности.

Способ осуществляется следующим образом: исходную заготовку(изделие) из α+β титановых сплавов (СТО) предварительно нагревают до температуры 150-160°С, выдерживают 10-15 мин, а при охлаждении на нее воздействуют поток газа с температурой ниже 0°С и акустические поля.

В качестве примера для оценки заявляемого способа обработки проволоки из титанового сплава ВТ16 была использована проволока диаметром 1,6 мм, полученная с применением стандартной технологии(СТО), образцы из которой размером 200 мм испытывались на статическое растяжение на машине модели AGX-100kN, SHIMADZU. Образцы из проволоки подвергались обработке путем нагрева до температуры 150-160°С, выдержке 10-15 мин, а последующее охлаждение части образцов осуществлялось до температуры (-10°С) и проводилось при одновременном воздействии потока газа и акустического поля звукового диапазона частот с уровнем звукового давления в пределах 140-160 дб (аэротермоакустическая обработка - АТАО 1), другая часть образцов после нагрева охлаждалась на спокойном воздухе. Результаты механических испытаний приведены в таблице. Часть образцов после АТАО1 повторно подвергалась обработке по указанной схеме (АТАО 2). Результаты испытаний образцов после АТАО2 приведены в таблице.

Охлаждение заготовки может быть проведено с использованием газоструйного генератора звука (ГГЗ). При проведении заявляемой обработки благодаря одновременному воздействию на изделие из сплава ВТ16, предварительно нагретое до температуры 150°С, потока газа с температурой ниже 0°С и акустического поля достигается технический результат, а именно: измельчаются α+β фазы формируется внутризеренная структура с выстраиванием дислокаций в виде упорядоченных образований, что и обеспечивает возможность повышения уровня условных пределов упругости, текучести и прочности по сравнению со свойствами, полученными в исходном состоянии, при этом заявляемая обработка обеспечивает достаточную пластичность. Как видно из результатов, приведенных в таблице, при уровне звукового давления 130-150 дб и рекомендуемых температурах нагрева 150-160°С с последующим охлаждением до температур -10°С предлагаемая аэротермоакустическая обработка позволяет получить повышение механических свойств титанового сплава ВТ16 по сравнению с обработкой по режиму аналога, чем достигается решение задачи, поставленной перед изобретением.