Спосіб термомеханічної обробки титанового сплаву (варіанти)

Номер патенту: 109892

Опубліковано: 26.10.2015

Автор: Брайан Девід Дж.

Є ще 12 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб термомеханічної обробки титанового сплаву, що включає:

пластичне деформування титанового сплаву при температурі в зоні альфа-бета-фаз титанового сплаву до еквівалентної пластичної деформації з щонайменше 25%-им зменшенням площі, причому еквівалентна пластична деформація з щонайменше 25%-им зменшенням площі відбувається в температурному діапазоні пластичної деформації від 10 °С нижче температури бета-переходу титанового сплаву до 222 °C (400 °F) нижче температури бета-переходу титанового сплаву, і при цьому після пластичного деформування титанового сплаву при температурі в зоні альфа-бета-фаз титановий сплав не нагрівають до температури на рівні або вище згаданої температури бета-переходу титанового сплаву, і

термообробку титанового сплаву, причому термообробка титанового сплаву складається з одноступінчастої обробки при температурі, яка менша або дорівнює температурі бета-переходу мінус 11,1 °C (20 °F), протягом часу термообробки, достатнього для одержання термообробленого сплаву, причому тріщиностійкість (Klс) термообробленого сплаву пов'язана з межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням:

.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що тріщиностійкість (Klс) термообробленого сплаву пов'язана з межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням:

.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що тріщиностійкість (Klс) термообробленого сплаву пов'язана з межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням:

.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пластичне деформування титанового сплаву в зоні альфа-бета-фаз включає пластичну деформацію титанового сплаву до еквівалентної пластичної деформації в діапазоні від більше ніж 25%-го зменшення площі до 99%-го зменшення площі.

5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що еквівалентна пластична деформація з щонайменше 25%-им зменшенням площі відбувається в температурному діапазоні пластичної деформації від 11,1 °C (20 °F) нижче температури бета-переходу до 222 °C  (400 °F) нижче температури бета-переходу.

6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пластичне деформування титанового сплаву при температурі в зоні альфа-бета-фаз включає пластичне деформування титанового сплаву при температурі на рівні або вище температури бета-переходу і через температуру бета-переходу пластичне деформування титанового сплаву при температурі в зоні альфа-бета-фаз, причому температура пластичної деформації знижується під час пластичної деформації, і при цьому щонайменше 25%-е зменшення площі відбувається в зоні альфа-бета-фаз.

7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що пластичне деформування титанового сплаву при температурі на рівні або вище температури бета-переходу включає пластичне деформування титанового сплаву в температурному діапазоні від 111 °C (200 °F) вище температури бета-переходу до температури бета-переходу.

8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що він додатково включає охолодження титанового сплаву до кімнатної температури після пластичного деформування титанового сплаву перед термообробкою титанового сплаву.

9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що він додатково включає після пластичної деформації титанового сплаву охолодження титанового сплаву від температурного діапазону пластичної деформації до температури термообробки перед виконанням етапу термообробки.

10. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що термообробка титанового сплаву включає нагрівання титанового сплаву при температурі термообробки в діапазоні від 482 °C (900 °F) до температури бета-переходу мінус 11,1 °C (20 °F) протягом часу термообробки в діапазоні від 0,5 години до 24 годин.

11. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пластичне деформування титанового сплаву включає щонайменше один з наступних процесів: кування, ротаційне кування, штампування на падаючому молоті, багатовісне кування, періодична прокатка, прокатка листового матеріалу й штампування видавлюванням титанового сплаву.

12. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що еквівалентна пластична деформація включає дійсне зменшення площі поперечного перерізу титанового сплаву.

13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пластичне деформування титанового сплаву спричиняє дійсне зменшення площі поперечного перерізу титанового сплаву на 5% або менше.

14. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що еквівалентна пластична деформація включає дійсне зменшення площі поперечного перерізу титанового сплаву.

15. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що титановий сплав являє собою титановий сплав, який має здатність зберігати бета-фазу за кімнатної температури.

16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що титановий сплав вибирають з титанового бета-сплаву, метастабільного титанового бета-сплаву, титанового альфа-бета-сплаву й псевдо-альфа-титанового сплаву.

17. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що титановий сплав являє собою сплав Ti-5Al-5V-5Мо-3Сr.

18. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що титановий сплав являє собою сплав Ті-15Мо.

19. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після термообробки титанового сплаву, титановий сплав виявляє межу міцності на розрив у діапазоні від 951 МПа (138 ksi) до 1234 МПа (179 ksi).

20. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після термообробки титанового сплаву, титановий сплав виявляє тріщиностійкість Klс у діапазоні від 64,8 МПа×м1/2 (59 ksi×дюйм1/2) до 110 МПа×м1/2 (100 ksi×дюйм1/2).

21. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після термообробки титанового сплаву, титановий сплав виявляє межу плинності в діапазоні від 924 МПа (134 ksi) до 1170 МПа (170 ksi).

22. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після термообробки титанового сплаву, титановий сплав виявляє відносне подовження в діапазоні від 4,4 % до 20,5 %.

23. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після термообробки титанового сплаву, титановий сплав виявляє середню межу міцності на розтягнення щонайменше 1140 МПа (166 ksi), середню межу плинності щонайменше 1020 МПа (148 ksi), відносне подовження щонайменше 6 % і тріщиностійкість Klс щонайменше 71,4 МПа×м1/2 (65 ksi×дюйм1/2).

24. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після термічної обробки титанового сплаву, титановий сплав має межу міцності на розтягнення щонайменше 1030 МПа (150 ksi) і тріщиностійкість Klc щонайменше 76,9 МПа×м1/2 (70 ksi×дюйм1/2).

25. Спосіб термомеханічної обробки титанового сплаву, що включає:

обробку титанового сплаву тиском в температурному діапазоні обробки тиском від 111 °C (200 °F) вище температури бета-переходу титанового сплаву до 222 °C (400 °F) нижче температури бета-переходу титанового сплаву, причому щонайменше 25%-ве зменшення площі титанового сплаву відбувається в зоні альфа-бета-фаз титанового сплаву, і при цьому титановий сплав не нагрівають вище температури бета-переходу після згаданого щонайменше 25%-го зменшення площі титанового сплаву в зоні альфа-бета-фаз титанового сплаву, і

термообробку титанового сплаву, причому термообробка титанового сплаву складається з одноступінчастої термообробки при температурі в температурному діапазоні між 482 °C (900 °F) і температурою бета-переходу мінус 11,1 °C (20 °F) протягом часу термообробки, достатнього для одержання термообробленого сплаву, що має тріщиностійкість (Klc), пов'язану з межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням: Klс ≥ 173-(0,9)МП.

26. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що час термообробки складає в діапазоні від 0,5 години до 24 годин.

27. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що обробка титанового сплаву тиском забезпечує еквівалентну пластичну деформацію в діапазоні від більш ніж 25%-го зменшення площі до 99%-ого зменшення площі.

28. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що обробка титанового сплаву тиском включає обробку титанового сплаву тиском, по суті, цілком в зоні існування альфа-бета-фаз.

29. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що обробка титанового сплаву тиском включає обробку титанового сплаву тиском від температури на рівні або вище температури бета-переходу в зоні альфа-бета фаз і до кінцевої температури обробки тиском в зоні альфа-бета-фаз.

30. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що він додатково включає охолодження титанового сплаву до кімнатної температури після обробки титанового сплаву тиском та перед термообробкою титанового сплаву.

31. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що він додатково включає після обробки титанового сплаву тиском охолодження титанового сплаву до температури термообробки в межах температурного діапазону термообробки.

32. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що титановий сплав являє собою титановий сплав, який має здатність зберігати бета-фазу за кімнатної температури.

33. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що після термообробки титанового сплаву, титановий сплав має середню межу міцності на розтягнення щонайменше 1140 МПа (166 ksi), середню межу плинності щонайменше 1020 МПа (148 ksi), тріщиностійкість Klс щонайменше 71,4 МПа×м1/2 (65 ksi×дюйм1/2) і відносне подовження щонайменше 6 %.

34. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що тріщиностійкість (Klс) термообробленого сплаву пов'язана з межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням:

.

35. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що тріщиностійкість (Klc) термообробленого сплаву пов'язана з межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням:

.

36. Спосіб термомеханічної обробки титанового сплаву, який включає:

обробку титанового сплаву тиском в зоні альфа-бета-фаз титанового сплаву для забезпечення щонайменше 25%-го еквівалентного зменшення площі титанового сплаву, причому титановий сплав має здатність збереження бета-фаз за кімнатної температури, і при цьому згадане 25%-е еквівалентне зменшення площі титанового сплаву відбувається в температурному діапазоні пластичної деформації від трохи нижче температури бета-переходу титанового сплаву до 222 °C (400 °F) нижче температури бета-переходу титанового сплаву, і

термообробку титанового сплаву, причому термообробка титанового сплаву складається з одноступінчастої термообробки при температурі, не більшій від температури бета-переходу мінус 11,1 °C (20 °F), протягом часу термообробки, достатнього для одержання титанового сплаву з середньою межею міцності на розтягнення щонайменше 1030 МПа (150 ksi) і тріщиностійкістю Klc щонайменше 76,9 МПа×м1/2 (70 ksi×дюйм1/2).

37. Спосіб за п. 36, який відрізняється тим, що час термообробки складає в діапазоні від 0,5 години до 24 годин.

38. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що температура термообробки менша, ніж кінцева температура пластичної деформації.

39. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що температура термообробки більша, ніж кінцева температура пластичної деформації, і менша, ніж температура бета-переходу титанового сплаву.

40. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що еквівалентна пластична деформація щонайменше з 25%-им зменшенням площі відбувається в температурному діапазоні пластичної деформації від 10 °C (18 °F) нижче температури бета-переходу до 222 °C (400 °F) нижче температури бета-переходу.

Текст

Реферат: Варіанти способу термомеханічної обробки титанового сплаву включають пластичне деформування титанового сплаву при температурі в зоні альфа-бета-фаз до еквівалентної пластичної деформації титанового сплаву з щонайменше 25 %-ним зменшенням його площі. Після пластичної деформації титанового сплаву в зоні альфа-бета-фаз, титановий сплав не нагрівають до або вище температури бета-переходу титанового сплаву. Після пластичної деформації титановий сплав піддають термообробці при температурі, яка менше або дорівнює температурі бета-переходу, мінус 11,1 °C (20 F). UA 109892 C2 (12) UA 109892 C2 UA 109892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ГАЛУЗЬ ТЕХНІКИ [0001] Цей винахід стосується способів одержання титанових сплавів, що мають високу міцність і високу в'язкість руйнування. У способах відповідно за цим винаходом не потрібні багатостадійні термообробки, використовувані в деяких існуючих способах виробництва титанових сплавів. ОПИС ІСНУЮЧОГО РІВНЯ ТЕХНІКИ [0002] Титанові сплави, як правило, мають високе співвідношення міцності й ваги, опір повзучості за помірно високих температур, і стійкі до корозії. Тому титанові сплави використовуються в аерокосмічній і авіаційній промисловості, включаючи, наприклад, важливі конструкційні деталі, такі як елементи шасі й рами двигунів. Титанові сплави використовуються також у реактивних двигунах для таких деталей як ротори, лопатки компресорів, деталі гідравлічної системи й кабіни. [0003] Чистий титан зазнає алотропного фазового перетворення при температурі приблизно 882 ºC. Нижче цієї температури титан утворює гексагональну щільноупаковану кристалічну структуру, називану α-фазою. Вище цієї температури титан має об'ємноцентровану кубічну решітку, називану β-фазою. Температура, за якої відбувається перетворення α-фази в β-фазу, називається температурою бета-переходу (Tβ). На температуру бета-переходу впливають елементи проникнення й заміщення й тому вона залежить від домішкових і, що ще важливіше, від легувальних елементів. [0004] У титанових сплавах легувальні елементи підрозділяються на елементи, що стабілізують α-фазу, або елементи, що стабілізують β-фазу. Легування титану елементами, що стабілізують α-фазу («α-стабілізаторами"), збільшує температуру бета-переходу. Алюміній, наприклад, є елементом заміщення для титану й α-стабілізатором. Легувальні елементи проникнення для титану, які є α-стабілізаторами, охоплюють, наприклад, кисень, азот і вуглець. [0005] Легування титану елементами, що стабілізують β-фазу, знижує температуру бетапереходу. Елементами, що стабілізують β-фазу, можуть бути (β-ізоморфні елементи або βевтектоїдні елементи, залежно від вислідних діаграм стану. Прикладами β-ізоморфних легувальних елементів для титану є ванадій, молібден і ніобій. Шляхом легування при достатній концентрації цими β-ізоморфними легувальними елементами можна зменшити температуру бета-переходу до кімнатної температури або нижче неї. Прикладами β-евтектоїдних легувальних елементів є хром і залізо. Крім того, інші елементи, такі як, наприклад, кремній, цирконій і гафній, є нейтральними в тому розумінні, що ці елементи слабко впливають на температуру бета-переходу титану або титанових сплавів. [0006] На ФІГ. 1A наведена схематична діаграма стану, що показує вплив домішки до титану α-стабілізатора. У міру збільшення вмісту α-стабілізатора температура бета-переходу також зростає, що видно з позитивного нахилу лінії 10 температури бета-переходу. Зона 12 бета-фази лежить вище лінії 10 температури бета-переходу і є зоною діаграми стану, де в титановому сплаві присутня лише β-фаза. На ФІГ. 1A нижче лінії 10 температури бета-переходу лежить зона 14 альфв-бета фаз, яка являє собою зону на діаграмі стану, де в титановому сплаві присутні α-фаза й β-фаза (α+β). Нижче зони 14 альфа-бета-фаз перебуває зона 16 альфа-фаз, де в титановому сплаві присутня лише α-фаза. [0007] На ФІГ. 1B наведена схематична діаграма стану, що показує вплив домішки до титану ізоморфного β-стабілізатора. При підвищеному вмісті β-стабілізатора знижується температура бета-переходу, на що вказує негативний нахил кривої лінії 10 температури бета-переходу. Вище лінії 10 температури бета-переходу перебуває зона 12 бета-фази. Зона 14 альфа-бетафаз й зона 16 альфа-фази також присутні на схематичній діаграмі титану з ізоморфним βстабілізатором за ФІГ. 1B. [0008] На ФІГ. 1C наведена схематична діаграма, що показує вплив домішки до титану евтектоїдного β-стабілізатора. На фазовій діаграмі показано зону 12 бета-фази, лінію 10 температури бета-переходу, зону 14 альфа-бета-фаз й зону 16 альфа-фази. Крім того, на діаграмі стану, показаної на ФІГ. 1C, існують дві додаткові двофазні області, які містять або αфазу, або β-фазу разом із продуктом реакції титану й евтектоїдної β-стабілізувальної легувальної домішки (Z). [0009] Титанові сплави, як правило, класифікують за їх хімічним складом і їх мікроструктурою за кімнатної температури. Технічно чистий (ТЧ) титан і титанові сплави, які містять тільки α-стабілізатори, такі як алюміній, зараховують до альфа-сплавів. Це переважно однофазні сплави, що складаються по суті з α-фази. Однак, технічно чистий (ТЧ) титан та інші альфа-сплави після відпалювання нижче температури бета-переходу головним чином містять приблизно 2-5 об'ємних відсотків β-фази, яку зазвичай стабілізовано домішками заліза в титановому альфа-сплаві. Невеликий обсяг β-фази в сплаві є корисним для контролю розміру 1 UA 109892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зерен рекристалізованої α-фази. [0010] Псевдо-альфа-титанові сплави мають невелику кількість β-фази, зазвичай менше 10 об'ємних відсотків, що спричиняє збільшення межі міцності за кімнатної температури й збільшення опору повзучості за температур використання вище 400 ºC у порівнянні з альфасплавами. Приблизний псевдо-альфа-титановий сплав може містити приблизно 1 вагового відсотка молібдену. [0011] Альфа/бета (α+β) титанові сплави, такі як сплав Ti-6Al-4V (Ti 6-4) і сплав Ti-6Al-2Sn4Zr-2Mo (Ti 6-2-4-2), містять обидві фази, альфа й бета, і широко використовуються в аерокосмічній і авіаційній промисловості. Мікроструктура та властивості альфа/бета-сплавів можуть змінюватися шляхом термообробок й термомеханічної обробки. [0012] Стабільні бета-титанові сплави, метастабільні бета-титанові сплави й псевдо-бетатитанові сплави, разом класифіковані як "бета-сплави", містять значно більше βстабілізувальних елементів, ніж альфа/бета-сплави. Псевдо-бета-титанові сплави, такі як сплав Ti-10V-2Fe-3Al, містять достатні кількості β-стабілізуючих елементів, щоб зберегти цілком βфазну структуру за загартування у воді, але не за загартування на повітрі. Метастабільні бетатитанові сплави, такі як, наприклад, сплав Ti-15Mo, містять більш високі рівні β-стабілізаторів і зберігають цілком β-фазну структуру за умови охолодження на повітрі, але можуть бути зістарені з виділенням α-фази для зміцнення. Стабільні бета-титанові сплави, такі як, наприклад, сплав Ti-30Mo, зберігають цілком β-фазну мікроструктуру за умови охолодження, але не можуть бути зістарені з виділенням α-фази. [0013] Відомо, що альфа/бета-сплави чутливі до швидкостей охолодження за умови охолодження від температур, які вище температури бета-переходу. Виділення α-фази вздовж меж зерен у процесі охолодження зменшує в'язкість руйнування цих сплавів. Дотепер при виробництві титанових сплавів, що мають високу міцність і високу в'язкість руйнування, потрібне використання комбінації високотемпературної деформацій з наступною складною багатостадійною термообробкою, яка включає ретельно контрольовані швидкості нагрівання й безпосереднє старіння. Наприклад, у публікації заявки на патент США № 2004/0250932 A1 розкриті формування титанового сплаву, що містить щонайменше 5 % молібдену до придатної форми, за першої температури, яка вище температури бета-переходу, або термообробка титанового сплаву за першої температури, яка вище температури бета-переходу з наступним контрольованим охолодженням зі швидкістю, що не перевищує 5 °F (2,8 °C) за хвилину, до другої температури, нижче температури бета-переходу. Титановий сплав, також може піддаватися термообробці при третій температурі. [0014] Схематичний графік залежності температури від часу, типовий для відомого з рівня техніки способа одержання високоміцних титанових сплавів із високою в'язкістю руйнування, наведено на ФІГ. 2. Спосіб, як правило, включає етап деформації за підвищеної температури, проводжуваної нижче температури бета-переходу, і етап термообробки, що включає нагрівання вище температури бета-переходу з наступним контрольованим охолодженням. Етапи термомеханічної обробки рівня техніки, використовувані для одержання титанових сплавів, що мають високу міцність і високу в'язкість руйнування, дорогі, і в даний час тільки обмежене число виробників у змозі проводити ці етапи. Відповідно, було б переважним створити поліпшений процес для збільшення міцності й/або в'язкості руйнування титанових сплавів. СУТНІСТЬ ВИНАХОДУ [0015] Всі нижченаведені аспекти описаних винаходів мають необмежений характер. Відповідно до одного з аспектів цього винаходу спосіб термомеханічної обробки титанового сплаву включає пластичне деформування титанового сплаву при температурі в зоні альфабета-фази титанового сплаву до еквівалентної пластичної деформації з щонайменше 25 %-им зменшенням площі. Після пластичного деформування титанового сплаву при температурі в зоні альфа-бета-фаз, титановий сплав не нагрівають до температури на рівні або вище температури бета-переходу титанового сплаву. Потім, відповідно до ще одного аспекту даного винаходу, після пластичного деформування титанового сплаву цей титановий сплав піддають термообробці при температурі термообробки, меншій або рівній температурі бета-переходу мінус 20 ºF (6,7 ºC), протягом часу термообробки, достатнього для одержання термообробленого сплаву, що має тріщиностійкість (Klc), яка пов'язана із межею плинності (МП) згідно з рівнянням Klc ≥ 173 - (0,9)МП. В іншому аспекті втілення, титановий сплав може піддаватися термообробці після пластичної деформації при температурі в зоні альфа-бетафази до еквівалентної пластичної деформації з щонайменше 25 %-им зменшенням площі при температурі термообробки, яка менше або дорівнює температурі бета-переходу мінус 20 ºF (6,7 ºC), протягом часу термообробки, достатнього для одержання термообробленого сплаву, що має тріщиностійкість (Klc), яка пов'язана із межею плинності (МП) згідно з рівнянням Klc ≥ 217,6 2 UA 109892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (0,9)МП. [0016] Згідно з іншим аспектом цього винаходу, спосіб термомеханічної обробки титанового сплаву включає в себе обробку титанового сплаву тиском в температурному діапазоні обробки тиском від 200 ºF (111 ºC) вище температури бета-переходу титанового сплаву – до 400 ºF (222 ºC) нижче температури бета-переходу. У одному аспекті при завершенні етапу обробки тиском може відбуватися еквівалентна пластична деформація з щонайменше 25 %-им зменшенням площі в зоні альфа-бета-фаз титанового сплаву, і титановий сплав не нагрівають вище температури бета-переходу після еквівалентної пластичної деформації в зоні альфа-бета-фаз титанового сплаву з щонайменше 25 %-им зменшенням площі. Відповідно одного аспекту, після обробки титанового сплаву тиском, цей сплав може піддаватися термообробці в температурному діапазоні термообробки між 1500 ºF (816 °C) і 900ºF 482 °C протягом часу термообробки від 0,5 години до 24 годин. Титановий сплав може піддаватися термообробці в температурному діапазоні термообробки між 1500 ºF (816 °C) і 900 ºF (482 °C) протягом часу термообробки, достатнього для одержання термообробленого сплаву, згідно з рівнянням K lc ≥ 173 - (0,9)МП або, в іншому аспекті, згідно з рівнянням Klc ≥ 217,6 - (0,9)МП. [0017] Відповідно до ще одного аспекту цього винаходу, спосіб термомеханічної обробки титанового сплаву включає обробку титанового сплаву тиском в зоні альфа-бета-фази титанового сплаву для забезпечення еквівалентної пластичної деформації з щонайменше 25 %им зменшенням площі титанового сплаву. В одному аспекті способу титановий сплав здатний зберігати бета-фазу за кімнатної температури. В ще одному аспекті, після обробки титанового сплаву тиском, титановий сплав може піддаватися термообробці при температурі термообробки, не більшій температури бета-переходу мінуc 20 ºF (6,7 ºC), протягом часу термообробки, достатнього для забезпечення титанового сплаву із середньою межею міцності на розтягування щонайменше 150 ksi (тобто кілофунтів на квадратний дюйм) (1030 МПа) і 1/2 1/2 тріщіностійкістю Klc щонайменше 70 ksi ∙ дюйм (77 МПа∙м ). У одному аспекті час термообробки лежить у діапазоні від 0,5 години до 24 годин. [0018] Ще один аспект цього винаходу стосується титанового сплаву, який був оброблений у відповідності зі способом, розкритим у цьому винаході. Один аспект стосується сплаву Ti-5Al5V-5Mo-3Cr, був оброблений способом, відповідно до цього винаходу, що включає етапи пластичного деформування і термообробки титанового сплаву, причому термооброблений сплав має тріщиностійкість (Klc), пов'язану із межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням Klc ≥ 217,6 - (0,9)МП. Як відомо в рівні техніки, сплав Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, називаний також сплавом Ti-5553 або сплавом Ti 5-5-5-3, містить номінально 5 вагових відсотків алюмінію, 5 вагових відсотків ванадію, 5 вагових відсотків молібдену, 3 вагових відсотки хрому, а решта – титан і неминучі домішки. В одному аспекті титановий сплав піддають пластичному деформуванню при температурі в зоні альфа-бета-фази титанового сплаву до еквівалентної пластичної деформації з щонайменше 25 %-им зменшенням площі. Після пластичного деформування титанового сплаву при температурі в зоні альфа-бета-фаз титановий сплав не нагрівають до температури на рівні або вище температури бета-переходу титанового сплаву. Крім того, відповідно до одного аспекту, титановий сплав піддають термообробці при температурі термообробки, яка менша або дорівнює температурі бета-переходу мінус 20 ºF (6,7 ºC), протягом часу, термообробки, достатнього для одержання термообробленого сплаву, що має тріщиностійкість (Klc), яка пов'язана із межею плинності (МП) згідно з рівнянням Klc ≥ 217,6 (0,9)МП. [0019] Ще один аспект, відповідно до цього винаходу, спрямований на виріб, що підходить для використання в щонайменше одній з галузей авіаційної й аерокосмічної промисловості і містить сплав Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, який був оброблений способом, що включає пластичне деформування і термообробку титанового сплаву за режимом, достатнім для того, щоб тріщиностійкість (Klc) термообробленого сплаву була пов'язана із межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням Klc ≥ 217,6 - (0,9)МП. У одному аспекті титановий сплав може піддаватися пластичному деформуванню при температурі в зоні альфа-бета-фази титанового сплаву до еквівалентної пластичного деформуванні з щонайменше 25 %-им зменшенням площі. Після пластичного деформуванню титанового сплаву при температурі в зоні альфа-бета-фаз титановий сплав не нагрівають до температури на рівні або більше температури бета-переходу титанового сплаву. У аспекті титановий сплав може піддаватися термообробці при температурі термообробки, меншій або рівній (тобто не більшій) температурі бета-переходу мінус 20 ºF (6,7 ºC), протягом часу термообробки, достатнього для одержання термообробленого сплаву, що має тріщиностійкість (Klc), яка пов'язана із межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням Klc ≥ 217,6 - (0,9)МП. КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ 3 UA 109892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [0020] Ознаки й переваги описаних тут способів можна зрозуміти при звертанні до прикладених креслень, на яких: [0021] ФІГ. 1A – приклад діаграми стану для титану, легованого елементом, що стабілізує альфа-фазу; [0022] ФІГ. 1B – приклад діаграми стану для титану, легованого ізоморфним елементом, що стабілізує бета-фазу; [0023] ФІГ. 1С – приклад діаграми стану для титану, легованого евтектоїдним елементом, що стабілізує бета-фазу; [0024] ФІГ. 2 – схематичне зображення термомеханічної обробки попереднього рівня техніки для одержання обробки високоміцних титанових сплавів із високою в'язкістю руйнування; [0025] ФІГ. 3 – діаграма час-температура в одному аспекті способа за цим винаходом, що включає практично повністю альфа-бета-фазну пластичну деформацію; [0026] ФІГ. 4 – діаграма час-температура в іншому аспекті способа за цим винаходом, що включає пластичну деформацію "крізь бета-перехід"; [0027] ФІГ. 5 – графік залежності тріщиностійкості Klc від плинності для різних титанових сплавів, термооброблених згідно із процесами попереднього рівня техніки; [0028] ФІГ. 6 – графік залежності тріщиностійкості Klc від плинності для титанових сплавів, підданих пластичній деформації й термообробці згідно із аспектами способу за цим винаходом, і порівняння цих варіантів втілення зі сплавами, термообробленими згідно із попереднім рівнем техніки; [0029] ФІГ. 7A – мікрофотографія сплаву Ti 5-5-5-3 у поздовжньому напрямку після вальцювання й термообробки при температурі 1250 ºF (677 ºC) протягом 4 годин; і [0030] ФІГ. 7B – мікрофотографія сплаву Ti 5-5-5-3 у поперечному напрямку після вальцювання й термообробки при температурі 1250 ºF (677 ºC) протягом 4 годин. [0031] Читач належним чином оцінить вищевикладені, а також інші подробиці, при розгляді нижчевикладеного докладного опису деяких аспектів способів, згідно із цим винаходом. ДОКЛАДНИЙ ОПИС ДЕЯКИХ АСПЕКТІВ ВИНАХОДУ [0032] У цьому описі аспектів винаходу, крім робочих прикладів або якщо не зазначено інше, усі числа, що виражають кількості або характеристики, слід розуміти як модифіковані у всіх випадках терміном "приблизно". Отже, якщо не зазначено зворотне, будь-які числові параметри, викладені в подальшому описі, є приблизними значеннями, які можуть змінюватися залежно від тих бажаних властивостей, які намагаються одержати в способах одержання високоміцних титанових сплавів з високою в'язкістю руйнування відповідно до цього винаходу. Щонайменше, а не як спроба обмежити застосування доктрини еквівалентів до обсягу формули винаходу, кожний числовий параметр повинен щонайменше тлумачитися у світлі кількості повідомлених значущих цифр, застосовуючи звичайні методи округлення. [0033] Будь-який патент, публікація або інший матеріал, що розкриває суть, який вказаний включеним, вцілому або частково, за допомогою посилання в цьому документі, використано в ньому тільки тією мірою, в якій використаний матеріал не суперечить наявним визначенням, заявам або іншому розкритому матеріалу, викладеному в цьому винаході. Таким чином, у міру необхідності, розкриття, викладене в цьому документі, заміняє собою будь-які суперечливі матеріали, використані в цьому документі за посиланням. Будь-який матеріал або його частина, вказані включеними за допомогою посилання в цьому документі, але такі, що суперечать наявним визначенням, заявам або іншим розкритим матеріалам, викладеним у цьому документі, використаний тільки тією мірою, в якій не виникають суперечності між використаним матеріалом і наявним в розкритті матеріалом винаходу. [0034] Деякі аспекти згідно із цим винаходом, спрямовані на способи термомеханічної обробки для одержання високоміцних титанових сплавів з високою в'язкістю руйнування, які не мають потреби у використанні складних багатостадійних термообробок. Дивно, але на відміну від складних способів термомеханічної обробки, що використовуються в даний час та історично для титанових сплавів, деякі аспекти розкритих тут способів термомеханічної обробки, включають тільки етап високотемпературної деформації з наступною багатостадійною термообробкою для надання титановим сплавам поєднання міцності на розтягування, пластичності й в’язкості руйнування (тріщиностійкості), необхідних у певних аерокосмічних і авіаційних матеріалах. Очікується, що варіанти втілення термомеханічної обробки в рамках цього винаходу можуть виконуватися на будь-якому підприємстві, достатньо добре оснащеному для здійснення термомеханічної та термічної обробки титану. Ці варіанти втілення відрізняються від традиційних прийомів термообробки для надання титановим сплавам високої міцності й високої в'язкості руйнування, що звичайно вимагають складного устаткування для ретельного контролювання швидкостей охолодження сплаву. 4 UA 109892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [0035] Посилаючись на схематичний графік залежності температури від часу на ФІГ. 3, один спосіб 20, за цим винаходом збільшення міцності й в'язкості руйнування титанового сплаву включає в себе пластичне деформування 22 титанового сплаву при температурі в зоні альфабета-фаз титанового сплаву до еквівалентної пластичної деформації з щонайменше 25 %-им зменшенням площі. (Див. ФІГ. 1A-1C і наведені вище міркування щодо зони альфа-бета-фаз титанового сплаву). Еквівалентна 25 %-на пластична деформація в зоні альфа-бета-фаз залучає кінцеву температуру 24 пластичної деформації в зоні альфа-бета-фаз. Термін "кінцева температура пластичної деформації" визначений у цьому документі як температура титанового сплаву при закінченні пластичного деформування титанового сплаву та перед його старінням. Як показано далі на ФІГ. 3, у ході способу 20 після пластичної деформації 22 титановий сплав не нагрівають вище температури бета-переходу (Tβ) титанового сплаву. У деяких аспектах і як показано на ФІГ. 3, після пластичної деформації при кінцевій температурі 24 пластичної деформації титановий сплав піддають термообробці 26 при температурі, яка нижче температури бета-переходу, протягом часу, достатнього для надання титановому сплаву високої міцності й високої в'язкості руйнування. У одному аспекті термообробка 26 може виконуватися при температурі щонайменше на 20 ºF (6,7 ºC) нижче температури бета-переходу. В іншому аспекті термообробка 26 може виконуватися при температурі щонайменше на 50 ºF (27,8 ºC) нижче температури бета-переходу. У деяких аспектах температура термообробки 26 може бути нижчою за кінцеву температуру 24 пластичної деформації. В інших аспектах, не показаних на ФІГ. 3, з метою додаткової в'язкості руйнування титанового сплаву температура термообробки може бути вищою за кінцеву температуру пластичної деформації, але меншою за температуру бета-переходу. Має бути зрозуміло, що хоча на ФІГ. 3 показано постійну температуру для пластичної деформації 22 і термообробки 26, в інших варіантах втілення для способу згідно із цим винаходом, температура пластичної деформації 22 і/або термообробки 26 може змінюватися. Наприклад, природнє зменшення температури заготовки титанового сплаву, що виникає в процесі пластичної деформації, перебуває в рамках обсягу розкритих в даному документі варіантів втілення. Схематичний графік температура-час на ФІГ. 3 ілюструє, що деякі варіанти втілення розкритих тут способів термообробки титанових сплавів для надання їм високої міцності й високої в'язкості руйнування, відрізняються від традиційних способів термообробки для надання титановим сплавам високої міцності й високої в'язкості руйнування. Наприклад, традиційні прийоми термообробки, як правило, вимагають багатостадійних термообробок й складного устаткування для ретельного контролювання швидкостей охолодження сплаву й тому дорого коштують, і не можуть здійснюватися на будь-якому устаткуванні для термообробки. Разом із тим, варіанти втілення обробки, ілюстровані на ФІГ. 3, не задіюють багатостадійну термообробку й можуть виконуватися із застосуванням традиційного устаткування для термообробки. [0036] Загалом, конкретний склад окремих титанових сплавів визначає комбінацію часу термообробки й температур(у) термообробки, які нададуть бажані механічні властивості при використанні способу за цим винаходом. Крім того, час і температури термообробки можуть регулюватися для одержання конкретного бажаного балансу міцності й в'язкості руйнування для конкретного складу сплаву. У деяких розкритих тут аспектах, наприклад, при регулюванні часу й температур термообробки, використовуваних для обробки сплаву Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti 5-5-5-3), способом у відповідності із цих винаходу, були досягнуті межі міцності на розтягування від 140 1/2 ksi (965 МПа) до 180 ksi (1241) у поєднанні з рівнем тріщиностійкості K lc від 60 ksi·дюйм (66 1/2 1/2 1/2 МПа·м ) до 100 ksi·дюйм (110 МПа·м ). Розглядаючи цей винахід, фахівець без зусиль може визначити конкретну(і) комбінацію(ї) часу й температур(и) термообробки, які будуть надавати оптимальних властивостей міцності й в'язкості руйнування конкретному титановому сплаву для передбаченого для нього застосування. [0037] Термін "пластична деформація", використовуваний у цьому документі, означає: непружну деформацію матеріалу за умови прикладеного напруження або напружень, які спричиняють залишкову деформацію матеріалу понад його межею пружності. [0038] Термін "зменшення площі", використовуваний у цьому документі, означає різниця між площею поперечного перерізу зразка титанового сплаву перед пластичною деформацією й площею поперечного перерізу зразка титанового сплаву після пластичної деформації, причому поперечний переріз вибирається в еквівалентному положенні. Зразок титанового сплаву, використовуваний для оцінки зменшення площі, може бути, але не обмежений ними, будь-яким із заготовки (біллета), прутка, плити, стрижня, дроту, листа, прокатаного профілю й пресованого профілю. [0039] Далі наведено варіант розрахунків зменшення площі при пластичному деформовуванні круглої заготовки титанового з сплаву діаметром 5 дюймів (12,7 см) шляхом 5 UA 109892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вальцювання заготовки до круглого прутка діаметром 2,5 дюйма (6,35 см). Площа поперечного перерізу круглої заготовки діаметром 5 дюймів (12,7 см) становить π (пі), помножене на квадрат 2 2 2 радіуса, або приблизно (3,1415) x (2,5 дюйм) , або 19,625 дюйм (12,7 см ). Площа поперечного 2 перерізу круглого прутка діаметром 2,5 дюйма (6,35 см) приблизно становить (3,1415) x (1,25) 2 2 або 4,91 дюйма (31,7 см ). Відношення площі поперечного перерізу вихідної заготовки до площі 2 2 поперечного перерізу прутка після вальцювання становить 4,91/19,625 (31,7 см /127 см ), або 25 %. Зменшення площі становить 100 %-25 %, тобто 75 %-ве зменшення площі. [0040] Термін "еквівалентна пластична деформація", використовуваний у цьому документі, означає: непружну деформацію матеріалу за умови прикладених напружень, які викликають деформацію матеріалу понад його межею пружності. Еквівалентна пластична деформація може задіювати напруження, які могли б приводити до певного зменшення площі, отриманого при одновісній деформації, але відбувається так, що розміри зразка сплаву після деформації незначно відрізняються від розмірів зразка сплаву до деформації. Наприклад, і без обмежень, для того щоб піддати штамповану осадом заготовку титанового сплаву до значного ступеня пластичної деформації може використовуватися всебічне кування, що вносить у сплав дислокації, але без істотної зміни кінцевих розмірів заготовки. У аспекті, за якого еквівалентна пластична деформація становить щонайменше 25 %, фактична зміна площі може бути 5 % або менше. У аспекті, за якого еквівалентна пластична деформація становить щонайменше 25 %, фактичне зменшення площі може бути 1 % або менше. Всебічне кування – це метод, відомий звичайнові фахівцеві в даній галузі техніки, і тому надалі тут не описується. [0041] У деяких аспектах згідно із цим винаходом титановий сплав може піддаватися пластичному деформуванню до еквівалентної пластичної деформації з більш ніж 25 %-им зменшенням площі й аж до 99 %-го зменшення площі. У деяких аспектах в яких еквівалентна пластична деформація становить більш ніж 25 %-не зменшення площі, щонайменше еквівалентна пластична деформація з 25 %-им зменшенням площі в зоні альфа-бета-фаз відбувається при закінченні пластичної деформації, і після пластичної деформації титановий сплав не нагрівають вище температури бета-переходу (Tβ) титанового сплаву. [0042] В одному аспекті способу за цим винаходом, і як загалом показано на ФІГ. 3, пластичне деформування титанового сплаву включає пластичне деформування титанового сплаву таким чином, що вся еквівалентна пластична деформація відбувається в зоні альфабета-фаз. Хоча на ФІГ. 3 показано постійну температуру пластичної деформації в зоні альфабета-фаз, у рамках обсягу описаних тут варінатів перебуває й те, що еквівалентна пластична деформація з щонайменше 25 %-им зменшенням площі в зоні альфа-бета-фаз відбувається за мінливих температур. Наприклад, титановий сплав може оброблятися тиском в зоні альфабета-фаз, в той час як температура сплаву поступово зменшується. Також у рамках обсягу описаних тут варіантів втілення перебуває нагрів титанового сплаву в процесі еквівалентної пластичної деформації з щонайменше 25 %-им зменшенням площі в зоні альфа-бета-фаз, так, щоб підтримувалася постійна або майже постійна температура, або обмежене зниження температури титанового сплаву, за умови, що титановий сплав не нагрівають до температури бета-переходу титанового сплаву або вище неї. У одному аспекті пластичне деформування титанового сплаву в зоні альфа-бета-фаз включає пластичне деформування сплаву в температурному діапазоні пластичної деформації від температури, яка трохи нижче температури бета-переходу, або приблизно 18 ºF (10 ºC) нижче температури бета-переходу, до на 400 ºF (222 ºC) нижче температури бета-переходу. В іншому аспекті пластичне деформування титанового сплаву в зоні альфа-бета-фаз включає пластичне деформування сплаву в температурному діапазоні пластичної деформації від 400 ºF (222 ºC) нижче температури бета-переходу до 20 ºF (11,1 ºC) нижче температури бета-переходу. У наступному аспекті пластичне деформування титанового сплаву в зоні альфа-бета-фази включає пластичне деформування сплаву в температурному діапазоні пластичної деформації від 50 ºF (27,75 ºC) нижче температури бета-переходу до 400 ºF (222 ºC) нижче температури бетапереходу. [0043] Посилаючись на схематичний графік залежності температури від часу на ФІГ. 4, інший спосіб 30 за цим винаходом, включає в себе ознаку, називану в даному документі як обробка "крізь бета-перехід". У аспектах, які включають обробку крізь бета-перехід, пластична деформація (також називана тут "обробкою тиском") починається з температури титанового сплаву, рівної температурі бета-переходу (Tβ) титанового сплаву або вище за неї. Крім того, при обробці крізь бета-перехід пластична деформація 32 включає пластичне деформування титанового сплаву від температури 34, яка знаходиться на рівні або вище температури бетапереходу до кінцевої температури 24 пластичної деформації, яка знаходиться в зоні альфабета-фаз титанового сплаву. Таким чином, температура титанового сплаву проходить "крізь" 6 UA 109892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 температуру бета-переходу в процесі пластичної деформації 32. Крім того, при обробці крізь бета-перехід пластична деформація, еквівалентна щонайменше 25 %-ому зменшенню площі, відбувається в зоні альфа-бета-фаз і титановий сплав не нагрівають до температури, на рівні або вище температури бета-переходу (Tβ) титанового сплаву після пластичного деформування титанового сплаву в зоні альфа-бета-фаз. Схематичний графік температура-час на ФІГ. 4 ілюструє, що аспекти розкритих тут способів термообробки титанових сплавів для надання їм високої міцності й високої в'язкості руйнування, що розкриваються в цьому документі, відрізняються від традиційних способів термообробки для додання титановим сплавам високої міцності й високої в'язкості руйнування. Наприклад, традиційні прийоми термообробки, як правило, вимагають багатостадійних термообробок та складного устаткування для ретельного контролювання швидкостей охолодження сплаву, і тому дорого коштують, і не можуть здійснюватися на будь-якому устаткуванні для термообробки. Разом з тим, варіанти втілення обробки, ілюстровані на ФІГ. 4, не задіють багатостадійну термообробку й можуть виконуватися із застосуванням традиційного устаткування для термообробки. [0044] У деяких аспектах способу за цим винаходом пластичне деформування титанового сплаву при обробці крізь бета-перехід включає пластичну деформуванні титанового сплаву в температурному діапазоні від 200 ºF на (111 °C) вище температури бета-переходу титанового сплаву до 400 ºF (222 °C) нижче температури бета-переходу, проходячи крізь температуру бета-переходу в процесі пластичної деформації. Автор винаходу визначив, що цей температурний діапазон ефективний за умови, що (i) еквівалентна щонайменше 25 %-му зменшенню площі пластична деформація, відбувається в зоні альфа-бета-фаз й (ii) титановий сплав не нагрівають до температури, на рівні або вище температури бета-переходу після пластичної деформації в зоні альфа-бета-фаз. [0045] У варіантах втілення, відповідно до цього винаходу, титановий сплав може пластично деформуватися за різними методами, включаючи, але не обмежуючись ними, кування, ротаційне кування, об'ємне штампування, багатовісне кування (всебічне кування), періодичне вальцювання, вальцювання листового матеріалу й пресування (штампування видавлюванням), або комбінацію двох або кількох із цих методів. Пластична деформація може бути реалізована будь-яким придатним технологічним методом, відомим зараз або надалі звичайному фахівцеві в даній галузі, за умови, що використовуваний метод обробки дає можливість пластичного деформування заготовки з титанового сплаву в зоні альфа-бета-фаз щонайменше до еквівалентного 25 %-го зменшення площі. [0046] Як зазначено раніше, у деяких аспектах способу, за цим винаходом, пластична деформація титанового сплаву щонайменше до еквівалентного 25 %-го зменшення площі, що відбувається в зоні альфа-бета-фази, несуттєво змінює кінцеві розміри титанового сплаву. Цього можна досягти таким методом, як, наприклад, всебічне кування. В інших варіантах втілення пластична деформація включає дійсне зменшення площі поперечного перерізу титанового сплаву після закінчення пластичної деформації. Фахівцеві зрозуміло, що зменшення площі титанового сплаву, що відбувається в результаті пластичної деформації, щонайменше еквівалентної зменшенню площі на 25 %, може призводити, наприклад, до дійсної зміни вихідної площі поперечного перерізу титанового сплаву, тобто фактичному зменшенню площі, десь у межах від 0 % або 1 % і аж до 25 %. Крім того, оскільки загальна пластична деформація може містити в собі пластичну деформацію, еквівалентну зменшенню площі до 99 %, дійсні розміри заготовки після пластичної деформації, еквівалентної зменшенню площі до 99 %, можуть давати дійсну зміну вихідної площі поперечного перерізу титанового сплаву десь в межах від 0 % або 1 % і аж до 99 %. [0047] Один аспект способу за цим винаходом включає охолодження титанового сплаву до кімнатної температури після пластичного деформування титанового сплаву, та перед термообробкою титанового сплаву. Охолодження може виконуватися шляхом охолодження з піччю, охолодження на повітрі, охолодження у воді або будь-яким іншим придатним методом охолодження, відомим зараз або надалі звичайному фахівцеві в даній галузі техніки. [0048] Аспект цього винаходу полягає в тому, що після гарячої обробки титанового сплаву тиском згідно із розкритими тут варіантами втілення, титановий сплав не нагрівають до температури, рівної температурі бета-переходу або вище неї. Тому етап термообробки не відбувається при температурі бета-переходу сплаву або вище неї. У деяких аспектах термообробка включає термообробку титанового сплаву при температурі ("температурі термообробки") у діапазоні від 900 ºF (482 °C) до 1500 ºF (816 °C) протягом часу ("часу термообробки") у діапазоні від 0,5 години до 24 годин. В інших аспектах для того щоб збільшити в'язкість руйнування, температура термообробки може бути вищою за кінцеву температуру пластичної деформації, але меншою за температуру бета-переходу сплаву. В іншому аспекті 7 UA 109892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 температура термообробки (Th) є меншою, або дорівнює температурі бета-переходу мінус 20 ºF (11,1 ºC), тобто Th ≤ (Tβ - 11,1 ºC). В іншому аспекті температура термообробки (T h) є меншою, або дорівнює температурі бета-переходу мінус 50 ºF (27,75 ºC), тобто Th ≤ (Tβ - 11,1 ºC). У ще одному варіанті втілення, температура термообробки може перебувати в діапазоні від щонайменше 900 ºF (482 °C) до температури бета-переходу мінус 20 ºF (11,1 ºC) або в діапазоні від щонайменше 900 ºF (482 °C) до температури бета-переходу мінус 50 ºF (27,8 ºC). Зрозуміло, що час термообробки може бути більше 24 годин, наприклад, якщо товщина деталі вимагає тривалого часу нагрівання. [0049] Інший аспект способу за цим винаходом включає в себе безпосереднє старінні після пластичного деформування титанового сплаву, причому титановий сплав охолоджують або нагрівають безпосередньо до температури термообробки після пластичного деформування титанового сплаву в зоні альфа-бета-фаз. Припускається, що в деяких аспектах цього способу, в яких титановий сплав охолоджують безпосередньо до температури термообробки після пластичної деформації, швидкість охолодження не буде справляти значний несприятливий вплив на властивості міцності й в'язкості руйнування, досягнуті за допомогою етапу термообробки. У аспектах цього способу, у яких титановий сплав піддають термообробці при температурі термообробки, яка вище кінцевої температури пластичної деформації, але нижче температури бета-переходу, титановий сплав може бути безпосередньо нагрітий до температури термообробки після пластичного деформування титанового сплаву в зоні альфабета-фаз. [0050] Деякі аспекти способу термомеханічної обробки за цим винаходом включають застосування такої обробки до титанового сплаву такої обробки, який здатен зберігати β-фазу за кімнатної температури. По суті, титанові сплави, які можуть бути переважно оброблені за допомогою різних варіантів втілення способів за цим винаходом, включають в себе бетатитанові сплави, метастабільні бета- титанові-сплави, псевдо-бета-титанові сплави, альфабета-титанові сплави й -псевдо-альфа-титанові титанові сплави. Припускається, що розкриті тут способи можуть також збільшувати міцність і в'язкість руйнування альфа-титанових сплавів, оскільки, як зазначено раніше, навіть марки технічно чистого (ТЧ) титану містять малі концентрації β-фази за кімнатної температури. [0051] В інших аспектах способів за цим винаходом ці способи можуть використовуватися для обробки титанових сплавів, що мають здатність до збереження β-фази за кімнатної температури, і мають здатність до збереження або виділення α-фази після старіння. Ці сплави включають в себе, але не обмежені ними, основні категорії бета-титанових сплавів, альфабета-титанових сплавів і альфа-титанових сплавів, що містять невеликі об'ємні частки β-фази. [0052] Приклади титанових сплавів, які можна обробляти, використовуючи аспекти способів за цим винаходом включають в себе: альфа/бета титанові сплави, такі як, наприклад, сплав Ti6Al-4V (UNS номери R56400 і R54601) і сплав Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (UNS номери R54620 і R54621); псевдо-бета-титанові сплави, такі як, наприклад, сплав Ti-10V-2Fe-3Al (UNS R54610)); і метастабільні бета-титанові сплави, такі як, наприклад, сплав Ti-15Mo (UNS R58150) і сплав Ti5Al-5V-5Mo-3Cr (UNS не призначений). [0053] Після термообробки титанового сплаву, згідно з деякими аспектами розкритими тут, титановий сплав може мати межу міцності на розтягування у діапазоні від 138 ksi (951 МПа) до 179 ksi (1234 МПа). Обговорювані в цьому документі властивості межі міцності на розтягування можуть бути виміряні згідно з описом стандарту ASTM E8–04, "Стандартні методи випробувань металевих матеріалів на розтягання". Крім того, після термообробки титанового сплаву, згідно з деякими аспектами способів за цим винаходом, титановий сплав може мати тріщиностійкість K lc 1/2 1/2 1/2 1/2 у діапазоні від 59 ksi∙дюйм (65 МПа·м ) до 100 ksi∙дюйм (110 МПа·м ). Значення тріщиностійкості Klc, обговорювані в цьому документі, можуть бути виміряні згідно з описом стандарту ASTM E399-08, "Стандартні методи випробувань металевих матеріалів на тріщиностійкість Klc при лінійно-пружній плоскій деформації". Крім того, після термообробки титанового сплаву згідно з деякими аспектами в рамках цього винаходу, титановий сплав може мати межу плинності в діапазоні від 134 ksi (924 МПа) до 170 ksi (1172 МПа). Крім того, після термообробки титанового сплаву, згідно з аспектами втілення в рамках цього винаходу, титановий сплав може мати відносне подовження в діапазоні від 4,4 % до 20,5 %. [0054] Взагалі переважні діапазони міцності та в'язкості руйнування у титанових сплавів, яких можна досягти, застосовуючи на практиці варіанти втілення способів за цим винаходом, включаються, але не обмежені ними: межу міцності на розтягування від 140 ksi (965 МПа) до 1/2 1/2 180 ksi (1241 МПа) при тріщиностійкості в діапазоні Klc від 40 ksi∙дюйм до 100 ksi∙дюйм або межу міцності на розтягування від 140 ksi (965 МПа) до 160 ksi (1103 МПа) при тріщиностійкості 1/2 1/2 1/2 1/2 в діапазоні від Klc 60 ksi∙дюйм (66 МПа·м ) до Klc 80 ksi∙дюйм (88 МПа·м ). В інших 8 UA 109892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 аспектах переважні діапазони міцності та в'язкості руйнування включають межі міцності на розтягування від 160 ksi (1103 МПа) до 180 ksi (1241 МПа) при тріщиностійкості в діапазоні Klc 1/2 1/2 1/2 1/2 від 40 ksi∙дюйм (44 МПа·м ) до Klc від 60 ksi∙дюйм (66 МПа·м ). Інші переважні діапазони міцності та в'язкості руйнування, яких можна досягти, застосовуючи на практиці варіанти способів за цим винаходом, включають, але не обмежуються ними: межу міцності на розтягування від 135 ksi (931 МПа) до 180 ksi (1241 МПа) при тріщиностійкості в діапазоні K lc від 1/2 1/2 1/2 1/2 55 ksi∙дюйм (60 МПа·м ) до 100 ksi∙дюйм (110 МПа·м ); межу міцності на розтягування від 1/2 160 ksi (1103 МПа) до 180 ksi (1241 МПа) при тріщиностійкості в діапазоні від K lc 60 ksi∙дюйм 1/2 1/2 1/2 (66 МПа·м ) до 90 ksi∙дюйм (99 МПа·м ); і межу міцності на розтягування від 135 ksi (931 1/2 1/2 Мпа) до 160 ksi (1103 Мпа) при тріщиностійкості в діапазоні K lc від 85ksi∙дюйм (93МПа·м ) до 1/2 1/2 95 ksi∙дюйм (104МПа·м ). [0055] У аспекті способу за цим винаходом, після термообробки титанового сплаву, останній має середню межу міцності на розтягування щонайменше 166 ksi (1144 МПа), середню межу плинності щонайменше 148 ksi (1020 МПа), відносне подовження щонайменше 6 % і 1/2 1/2 тріщиностійкість Klc щонайменше 65 ksi∙дюйм (71МПа·м ). Інші аспекти способів за цим винаходом, забезпечують одержання термообробленого титанового сплаву, що має межу міцності на розтягування щонайменше 150 ksi (1034 МПа) і тріщиностійкість K lc щонайменше 70 1/2 1/2 ksi∙дюйм (77МПа·м ). Інші аспекти способів за цим винаходом, забезпечують одержання термообробленого титанового сплаву, що має межу міцності на розтягування щонайменше 135 1/2 1/2 ksi (931 Мпа) і тріщиностійкість Klc щонайменше 55 ksi∙дюйм (60МПа·м ). [0056] Спосіб за цим винаходом термомеханічної обробки титанового сплаву включає обробку тиском (тобто пластичне деформування) титанового сплаву в температурному діапазоні від 200 °F (111 °C) вище температури бета-переходу до 400 ºF (222 °C) нижче температури бета-переходу. У процесі останньої частини етапу обробки еквівалентна пластична деформація з щонайменше 25 %-им зменшенням площі відбувається в зоні альфабета-фази титанового сплаву. Після етапу обробки тисокм титановий сплав не нагрівають вище температури бета-переходу. В аспектах після етапу обробки тиском титановий сплав може піддаватися термообробці в діапазоні температур термообробки між 900 ºF (482 °C) і 1500 ºF (816 °C) протягом часу термообробки від 0,5 години до 24 годин. [0057] У деяких аспектах за цим винаходом обробка титанового сплаву тиском забезпечує еквівалентну пластичну деформацію з більш ніж 25 %-им зменшенням площі й аж до 99 %-го зменшення площі, причому еквівалентна пластична деформація щонайменше 25 % відбувається на етапі обробки тиском в зоні альфа-бета-фаз титанового сплаву, і після пластичної деформації титановий сплав не нагрівають вище температури бета-переходу. Один аспект включає обробку тиском титанового сплаву в зоні альфа-бета-фази. В інших аспектах обробка тиском включає обробку титанового сплаву при температурі, на рівні або вище температури бета-переходу до кінцевої температури обробки тиском в зоні альфа-бета-фаз, причому обробка тиском включає еквівалентну пластичну деформацію з 25 %-им зменшенням площі в зоні альфа-бета-фаз титанового сплаву, і після пластичної деформації титановий сплав не нагрівають вище температури бета-переходу. [0058] Для визначення термомеханічних властивостей титанових сплавів, придатних для певних видів застосування в аерокосмічній і авіаційній галузі, збирали дані механічних випробувань титанових сплавів, які оброблялися згідно із прийомами, що раніше використовувалися у компанії ATI Allvac, і дані з технічної літератури. Як використовується тут, сплав має механічні властивості, "придатні" для деякого застосування, якщо в'язкість руйнування і міцність сплаву мають щонайменше таку величину або перебувають у такому діапазоні, який потрібний для цього застосування. Були зібрані відомості про механічні властивості для таких сплавів, які придатні для визначених видів застосування в аерокосмічній і авіаційній галузі: Ti-10V-2Fe-3Al (Ti 10-2-3; UNS R54610), Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti 5-5-5-3; UNS не присвоєний), сплав Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti 6-2-4-2; UNS номера R54620 і R54621), Ti-6Al-4V (Ti 6-4; UNS номера R56400 і R54601), Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti 6-2-4-6; UNS R56260), Ti-6Al-2Sn-2Zr2Cr-2Mo-0,25Si (Ti 6-22-22; AMS 4898) і Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo (Ti 3-8-6-4-4; AMS 4939, 4957, 4958). Склад кожного із цих сплавів зазначений у літературі, і добре відомий. Типові діапазони хімічного складу у вагових відсотках зразкових титанових сплавів, які піддаються обробці розкритими тут способами наведені в таблиці 1 - тільки приклади сплавів, які можуть виявляти збільшені міцність і в'язкість руйнування при обробці згдіно із розкритими тут варіантами втілення, і що інші титанові сплави, відомі фахівцям наразі або згодом, також перебувають у рамках розкритих тут варіантів втілення. 9 UA 109892 C2 Таблиця 1 Хімічний склад титанових сплавів, згідно із заявленим винаходом (мас. %) Ti 10-2-3 Ti 5-5-3 Ti 6-2-4-2 2,6-3,4 9,0-11,0 4,0-6,3 4,5-5,9 5,5-6,5 Mo 4,5-5,9 1,80-2,20 Cr Cr+Mo Zr Sn Si C 0,05 макс N 0,05 макс O 0,13 макс 2,0-3,6 Al V H Fe Ti 5 10 15 20 25 30 35 (макс, %) Ti 6-4 0,01-0,08 3,60-4,40 1,80-2,20 0,01-0,25 0,05 макс 0,05 макс 0,03-0,25 0,15 макс 0,0125 0,015 макс макс 1,6-2,2 0,2-0,8 0,25 макс решта решта решта Ti 6-22-22 Ti 3-8-6-4-4 5,5-6,5 5,5-6,5 3,0-4,0 7,5-8,5 5,50-6,50 5,5-6,75 3,5-4,5 Ti 6-2-4-6 1,5-2,5 3,5-4,5 3,50-4,50 1,75-2,25 0,1 макс 0,05 макс 0,20 макс 0,04 макс 0,04 макс 0,15 макс Ti 15Mо 14,0016,00 1,5-2,5 5,5-6,5 4,0-5,0 1,5-2,5 3,5-4,5 1,5-2,5 0,2-0,3 0,05 макс 0,05 макс 0,10 макс 0,04 макс 0,05 макс 0,14 макс 0,14 0,015 макс 0,0125 макс 0,01 макс 0,020 макс 0,015 макс 0,40 макс 0,15 макс решта решта решта 0,3 макс 0,1 макс решта решта [0059] Придатні поєднання тріщиностійкості та межі плинності, виявлені зазначеними сплавами при обробці з використанням технологічно складних і дорогих процесів термомеханічної обробки рівня техніки, наведені графічно на ФІГ. 5. На ФІГ. 5 видно, що нижня межа зони графіка, що включає придатні поєднання тріщиностійкості та межі плинності, може бути приблизно виражена лінією y = -0,9x+173, де "y" – тріщиностійкість Klc у одиницях 1/2 1/2 ksi∙дюйм (МПа·м ), а "x" – межа плинності (МП) у одиницях ksi (МПа). Дані, наведені в наведених тут нижче Прикладах 1 і 3 (див. також ФІГ. 6) підтверджують, що варіанти втілення способу обробки титанових сплавів, згідно із цим винаходом, що включають в себе описані тут пластичне деформування й термообробку сплавів, приводять до поєднань тріщиностійкості K lc і межі плинності, які можна порівняти з тими, яких досягають, використовуючи дорогі й технологічно досить складні методи обробки рівня техніки. Інакше кажучи, з посиланням на ФІГ. 5, на підставі результатів, досягнутих шляхом виконання деяких варіантів втілення способу за цим винаходом, може бути отриманий титановий сплав, що виявляє тріщиностійкість і межу плинності відповідно до рівняння (1). Klc ≥ -(0,9)МП + 173 (1) [0060] Далі, на ФІГ. 5 видно, що верхня межа зони графіка, що включає придатні поєднання тріщиностійкості й межі плинності, може бути приблизно виражена лінією y = -0,9x+217,6, де "y" 1/2 1/2 – тріщиностійкість Klc у одиницях ksi∙дюйм (МПа·м ), а "x" – межа плинності (МП) у одиниця ksi (МПа). Тому, на підставі результатів, досягнутих шляхом виконання варіантів втілення способу за цим винаходом, новий спосіб може використовуватися для виробництва титанового сплаву, що виявляє тріщиностійкість і межу плинності в рамках обмеженої зони на ФІГ. 5, яку можна описати відповідно до рівняння (2). 217,6 - (0,9)МП ≥ Klc ≥ 173 - (0,9)МП (2) [0061] Відповідно до аспекту цього винаходу, варіанти втілення способу за цим винаходом, що включає етапи пластичної деформації та термообробки, дають у результаті титанові сплави, що мають межу плинності та тріщиностійкість, які щонайменше можна порівняти з тими ж сплавами, які оброблені з використанням досить дорогих і технологічно складних методів термомеханічної обробки рівня техніки. [0062] Крім того, як показують дані, наведені далі в Прикладі 1 і таблицях 1 і 2, обробка титанового сплаву Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr способом за цим винаходом давала в результаті титановий сплав, що виявляє механічні властивості, що перевищують ті, які отримані термомеханічною обробкою рівня техніки. Див. ФІГ. 6. Інакше кажучи, з посиланням на обмежену зону, показану на ФІГ. 5 і 6, що включає поєднання межі плинності та тріщиностійкості, яке досягнуте при термомеханічній обробці рівня техніки, деякі аспекти 10 UA 109892 C2 5 10 15 20 способу цим винаходом дають титанові сплави, у яких тріщиностійкість і межа плинності пов'язані відповідно до рівняння (3). Klc ≥ 217,6 - (0,9)МП (3) [0063] Наступні приклади призначені для докладного опису аспектів без обмеження обсягу цього винаходу. Звичайному фахівцеві в даній галузі техніки буде зрозуміло, що можливі зміни Прикладів в обсязі винаходу, який визначаються винятково формулою винаходу. ПРИКЛАД 1 [0064] 5-дюймову (12,7-сантиметрову) круглу заготовку зі сплаву Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti 5-5-53), від компанії ATI Allvac, м. Монро, шт. Північна Кароліна, вальцювали в 2,5 дюймовий (6,35сантиметровий) пруток при початковій температурі приблизно 1450 ºF (787,8 ºC) в зоні альфабета-фаз. Температура бета-переходу сплаву Ti 5-5-5-3 становила приблизно 1530 ºF (832 ºC). Сплав Ti 5-5-5-3 мав середній хімічний склад у зливку 5,02 вагового відсотка алюмінію, 4,87 вагового відсотка ванадію, 0,41 вагового відсотка заліза, 4,90 вагового відсотка молібдену, 2,85 вагового відсотка хрому, 0,12 вагового відсотка кисню, 0,09 вагового відсотка цирконію, 0,03 вагового відсотка кремнію, решта – титан і неминучі домішки. Кінцева температура обробки тиском становила 1480 ºF (804,4 ºC), також в зоні альфа-бета-фаз, і не менше, ніж на 400 ºF (222 °C) нижче температури бета-переходу сплаву. Зменшення діаметра сплаву відповідало 75 %-му зменшенню площі сплаву в зоні альфа-бета-фаз. Після вальцювання сплав охолоджували на повітрі до кімнатної температури. Зразки охолодженого сплаву піддавали термообробці при кількох температурах термообробки протягом різних часів термообробки. Механічні властивості зразків термообробленого сплаву вимірювалися в поздовжньому (L) напрямку й у поперечному напрямку (T). Часи термообробки й температури термообробки, використані для різних дослідних зразків, і результати випробувань на розтягання й тріщиностійкість (Klc) для зразків у поздовжньому напрямку наведено в таблиці 2. 25 Таблиця 2 Умови термообробки й властивості в поздовжньому напрямку зразків титанових сплавів Температура №: термообробки (Fº/Cº) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1200/649 1200/649 1200/649 1250/677 1300/704 1300/704 1350/732 1400/760 1400/760 Час термообробки (години) 2 4 6 4 2 6 4 2 6 Межа міцності на розтягування, ksi (МПа) 178,7 (1232,1) 180,45 (1244,1) 174,45 (1202,8) 168,2 (1159,7) 155,8 (1074,2) 153 (1054,9) 145,05 (1000,1) 140,25 (966,99) 137,95 (951,13) Межа Відносне Klc, плинності, ksi, подовження 1/2 1/2 ksi∙дюйм (МПа·м ) (МПа) (%) 170,15 (1173,1) 170,35 (1174,5) 165,4 (1140) 157,45 (1085,6) 147 (1013,5) 143,7 (990,8) 137,95 (951,13) 134,8 (929,4) 133,6 (921,1) 11,5 11 12,5 14,5 16 17 20 20 20,5 65,55(72,03) 59,4(65,3) 62,1(68,2) 79,4(87,2) 87,75(96,42) 87,75(96,42) 95,55(105) 99,25(109,1) 98,2(107,9) [0065] Часи термообробки, температури термообробки й результати випробувань на розтягання, виміряні в поперечному напрямку для зразків, наведено в таблиці 3. Таблиця 3 Умови термообробки й властивості в поперечному напрямку зразків титанових сплавів №: 1 2 3 4 5 6 7 Температура термообробки (Fº/Cº) 1200/649 1200/649 1200/649 1250/677 1300/704 1300/704 1350/732 Час термообробки (години) 2 4 6 4 2 6 4 Межа міцності Межа плинності, на розтягування, ksi, (МПа) ksi (МПа) 193,25 (1332,4) 182,8 (1260,4) 188,65 (1300,7) 179,25 (1235,9) 186,35 (1284,8) 174,85 (1205,9) 174,6 (1203,8) 163,3 (1125,9) 169,15 (1166,2) 157,35 (1084,9) 162,65 (1121,4) 151,85 (1047) 147,7 (1018,4) 135,25 (932,52) 11 Відносне подовження (%) 4,4 4,5 6,5 4,5 6,5 7 9 UA 109892 C2 Таблиця 3 Умови термообробки й властивості в поперечному напрямку зразків титанових сплавів 8 9 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1400/760 1400/760 2 6 143,65 (990,43) 147 (1013,5) 131,6 (907,3) 133,7 (921,8) 12 15 [0066] Типові цільові показники для властивостей сплаву Ti 5-5-5-3, використовуваного в аерокосмічній галузі, охоплюють середню межу міцності на розтягування щонайменше 150 ksi 1/2 1/2 (1034 МПа) і значення мінімальної тріщиностійкості Klc щонайменше 70 ksi∙дюйм (77МПа·м ). Згідно із Прикладом 1 цих цільових механічних властивостей було досягнуто за допомогою комбінацій часу й температури термообробки, наведених у таблиці 2 для зразків 4-6. ПРИКЛАД 2 [0067] Екземпляри зразка № 4 із Прикладу 1 розрізали впоперек приблизно в середині кожного екземпляра й витравлювалися реактивом Кроля для контролю дослідження мікроструктури, одержаної після вальцювання й термообробки. ФІГ. 7A – оптична мікрофотографія (100-кратне збільшення) у поздовжньому напрямку, а ФІГ. 7B – оптична мікрофотографія (100-кратне збільшення) у поперечному напрямку репрезентативного приготованого екземпляра. Мікроструктура, отримана після вальцювання й термообробки при 1250 ºF (677 °C) протягом 4 годин, – дрібнодисперсна α-фаза, розподілена в матриці β-фази. ПРИКЛАД 3 [0068] Пруток зі сплаву Ti-15Mo, отриманий від компанії ATI Allva, пластично деформували до 75 %-го зменшення площі за початкової температури 1400 ºF (760,0 ºC), яка перебуває в зоні альфа-бета-фази. Температура бета-переходу сплаву Ti-15Mo становить приблизно 1475ºF (801,7 ºC). Кінцева температура обробки тиском сплаву складала 1200ºF (648,9 ºC), яка була не менше ніж на 400ºF (222 °C) нижче температури бета-переходу сплаву. Після обробки тиском пруток Ti-15Mo піддавали старінню при 900ºF (482,2 ºC) протягом 16 годин. Після старіння пруток Ti-15Mo мав межі міцності на розтягування у діапазоні від 178-188 ksi (1227-1296 МПа), межу плинності в діапазоні 170-175 ksi (1172-1207 МПа) і значення тріщиностійкості Klc 1/2 1/2 приблизно 30 ksi∙дюйм (33МПа·м ). ПРИКЛАД 4 [0069] 5-дюймову (12,7-сантиметрову) круглу заготовку зі сплаву Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti 5-5-53) вальцювали в 2,5 дюймовий (6,35-сантиметровий) пруток за початкової температури приблизно 1650ºF (889 ºC) в зоні альфа-бета-фаз. Температура бета-переходу сплаву Ti 5-5-5-3 становить приблизно 1530ºF (832 ºC). Кінцева температура обробки тиском становила 1330ºF (721 ºC), яка знаходиться в зоні альфа-бета-фази, і не менше, ніж на 400ºF (222 °C) нижче температури бета-переходу сплаву. Зменшення в діаметрі сплаву відповідає 75 %-му зменшенню площі. Температура пластичної деформації зменшувалася в процесі пластичної деформації й проходила через температуру бета-переходу. У міру остигання сплаву в процесі пластичної деформації щонайменше 25 %-не зменшення площі відбувалося в зоні альфа-бетафази. Після такого щонайменше 25 %-го зменшення площі в зоні альфа-бета-фаз сплав не нагрівали вище температури бета-переходу. Після вальцювання сплав охолоджували на повітрі до кімнатної температури. Сплав піддавали старінню при 1300ºF (704 ºC) протягом 2 годин. [0070] Цей винахід був написаний з посиланнями на різні зразкові та ілюстративні варіанти втілення. Однак, звичайні фахівці в цій галузі техніки мають визнати, що можуть бути виконані різні заміни, зміни або комбінації будь-яких варіантів розкритих втілень винаходу (або його частей) без відступу від обсягу винаходу, як це визначається виключно формулою винаходу. Таким чином, припускається й зрозуміло, що цей винахід охоплює додаткові аспекти втілення явно не викладені в цьому документі. Такі аспекти втілення можуть бути отримані, наприклад, шляхом комбінації, зміни й/або модифікування будь-яких з розкритих етапів, інгредієнтів, складових, компонентів, елементів, параметрів, ознак, аспектів і ін., описаних у цьому документі варіантів втілення. Таким чином, винахід обмежений не описом різних зразкових та ілюстративних варіантів втілення, а винятково пунктами формули винаходу. Таким чином, Заявник залишає за собою право в процесі розгляду вносити зміни у формулу винаходу для додавання ознак, які по-різному описані в цьому документі. 50 12 UA 109892 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб термомеханічної обробки титанового сплаву, що включає: пластичне деформування титанового сплаву при температурі в зоні альфа-бета-фаз титанового сплаву до еквівалентної пластичної деформації з щонайменше 25 %-им зменшенням площі, причому еквівалентна пластична деформація з щонайменше 25 %-им зменшенням площі відбувається в температурному діапазоні пластичної деформації від 10 С нижче температури бета-переходу титанового сплаву до 222 °C (400 °F) нижче температури бета-переходу титанового сплаву, і при цьому після пластичного деформування титанового сплаву при температурі в зоні альфа-бета-фаз титановий сплав не нагрівають до температури на рівні або вище згаданої температури бета-переходу титанового сплаву, і термообробку титанового сплаву, причому термообробка титанового сплаву складається з одноступінчастої обробки при температурі, яка менша або дорівнює температурі бета-переходу мінус 11,1 °C (20 °F), протягом часу термообробки, достатнього для одержання термообробленого сплаву, причому тріщиностійкість (Klс) термообробленого сплаву пов'язана з межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням: Klc  173  0,9МП . 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що тріщиностійкість (Klс) термообробленого сплаву пов'язана з межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням: 217,6  0,9МП  Klc  173  0,9МП . 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що тріщиностійкість (Klс) термообробленого сплаву пов'язана з межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням: Klc  217,6  0,9МП . 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пластичне деформування титанового сплаву в зоні альфа-бета-фаз включає пластичну деформацію титанового сплаву до еквівалентної пластичної деформації в діапазоні від більше ніж 25 %-го зменшення площі до 99 %-го зменшення площі. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що еквівалентна пластична деформація з щонайменше 25 %-им зменшенням площі відбувається в температурному діапазоні пластичної деформації від 11,1 °C (20 °F) нижче температури бета-переходу до 222 °C (400 °F) нижче температури бета-переходу. 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пластичне деформування титанового сплаву при температурі в зоні альфа-бета-фаз включає пластичне деформування титанового сплаву при температурі на рівні або вище температури бета-переходу і через температуру бета-переходу пластичне деформування титанового сплаву при температурі в зоні альфа-бета-фаз, причому температура пластичної деформації знижується під час пластичної деформації, і при цьому щонайменше 25 %-е зменшення площі відбувається в зоні альфа-бета-фаз. 7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що пластичне деформування титанового сплаву при температурі на рівні або вище температури бета-переходу включає пластичне деформування титанового сплаву в температурному діапазоні від 111 °C (200 °F) вище температури бетапереходу до температури бета-переходу. 8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що він додатково включає охолодження титанового сплаву до кімнатної температури після пластичного деформування титанового сплаву перед термообробкою титанового сплаву. 9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що він додатково включає після пластичної деформації титанового сплаву охолодження титанового сплаву від температурного діапазону пластичної деформації до температури термообробки перед виконанням етапу термообробки. 10. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що термообробка титанового сплаву включає нагрівання титанового сплаву при температурі термообробки в діапазоні від 482 °C (900 °F) до температури бета-переходу мінус 11,1 °C (20 °F) протягом часу термообробки в діапазоні від 0,5 години до 24 годин. 11. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пластичне деформування титанового сплаву включає щонайменше один з наступних процесів: кування, ротаційне кування, штампування на падаючому молоті, багатовісне кування, періодична прокатка, прокатка листового матеріалу й штампування видавлюванням титанового сплаву. 12. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що еквівалентна пластична деформація включає дійсне зменшення площі поперечного перерізу титанового сплаву. 13 UA 109892 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пластичне деформування титанового сплаву спричиняє дійсне зменшення площі поперечного перерізу титанового сплаву на 5 % або менше. 14. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що еквівалентна пластична деформація включає дійсне зменшення площі поперечного перерізу титанового сплаву. 15. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що титановий сплав являє собою титановий сплав, який має здатність зберігати бета-фазу за кімнатної температури. 16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що титановий сплав вибирають з титанового бетасплаву, метастабільного титанового бета-сплаву, титанового альфа-бета-сплаву й псевдоальфа-титанового сплаву. 17. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що титановий сплав являє собою сплав Ti-5Al-5V5Мо-3Сr. 18. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що титановий сплав являє собою сплав Ті-15Мо. 19. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після термообробки титанового сплаву, титановий сплав виявляє межу міцності на розрив у діапазоні від 951 МПа (138 ksi) до 1234 МПа (179 ksi). 20. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після термообробки титанового сплаву, 1/2 1/2 титановий сплав виявляє тріщиностійкість Klс у діапазоні від 64,8 МПам (59 ksiдюйм ) до 110 1/2 1/2 МПам (100 ksiдюйм ). 21. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після термообробки титанового сплаву, титановий сплав виявляє межу плинності в діапазоні від 924 МПа (134 ksi) до 1170 МПа (170 ksi). 22. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після термообробки титанового сплаву, титановий сплав виявляє відносне подовження в діапазоні від 4,4 % до 20,5 %. 23. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після термообробки титанового сплаву, титановий сплав виявляє середню межу міцності на розтягнення щонайменше 1140 МПа (166 ksi), середню межу плинності щонайменше 1020 МПа (148 ksi), відносне подовження 1/2 1/2 щонайменше 6 % і тріщиностійкість Klс щонайменше 71,4 МПам (65 ksiдюйм ). 24. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після термічної обробки титанового сплаву, титановий сплав має межу міцності на розтягнення щонайменше 1030 МПа (150 ksi) і 1/2 1/2 тріщиностійкість Klc щонайменше 76,9 МПам (70 ksiдюйм ). 25. Спосіб термомеханічної обробки титанового сплаву, що включає: обробку титанового сплаву тиском в температурному діапазоні обробки тиском від 111 °C (200 °F) вище температури бета-переходу титанового сплаву до 222 °C (400 °F) нижче температури бета-переходу титанового сплаву, причому щонайменше 25 %-ве зменшення площі титанового сплаву відбувається в зоні альфа-бета-фаз титанового сплаву, і при цьому титановий сплав не нагрівають вище температури бета-переходу після згаданого щонайменше 25 %-го зменшення площі титанового сплаву в зоні альфа-бета-фаз титанового сплаву, і термообробку титанового сплаву, причому термообробка титанового сплаву складається з одноступінчастої термообробки при температурі в температурному діапазоні між 482 °C (900 °F) і температурою бета-переходу мінус 11,1 °C (20 °F) протягом часу термообробки, достатнього для одержання термообробленого сплаву, що має тріщиностійкість (Klc), пов'язану з межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням: Klс ≥ 173-(0,9)МП. 26. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що час термообробки складає в діапазоні від 0,5 години до 24 годин. 27. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що обробка титанового сплаву тиском забезпечує еквівалентну пластичну деформацію в діапазоні від більш ніж 25 %-го зменшення площі до 99 %-ого зменшення площі. 28. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що обробка титанового сплаву тиском включає обробку титанового сплаву тиском, по суті, цілком в зоні існування альфа-бета-фаз. 29. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що обробка титанового сплаву тиском включає обробку титанового сплаву тиском від температури на рівні або вище температури бетапереходу в зоні альфа-бета фаз і до кінцевої температури обробки тиском в зоні альфа-бетафаз. 30. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що він додатково включає охолодження титанового сплаву до кімнатної температури після обробки титанового сплаву тиском та перед термообробкою титанового сплаву. 31. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що він додатково включає після обробки титанового сплаву тиском охолодження титанового сплаву до температури термообробки в межах температурного діапазону термообробки. 14 UA 109892 C2 5 10 15 20 25 30 35 32. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що титановий сплав являє собою титановий сплав, який має здатність зберігати бета-фазу за кімнатної температури. 33. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що після термообробки титанового сплаву, титановий сплав має середню межу міцності на розтягнення щонайменше 1140 МПа (166 ksi), середню межу плинності щонайменше 1020 МПа (148 ksi), тріщиностійкість Klс щонайменше 1/2 1/2 71,4 МПам (65 ksiдюйм ) і відносне подовження щонайменше 6 %. 34. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що тріщиностійкість (Klс) термообробленого сплаву пов'язана з межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням: 217,6  0,9МП  Klc  173  0,9МП . 35. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що тріщиностійкість (Klc) термообробленого сплаву пов'язана з межею плинності (МП) термообробленого сплаву згідно з рівнянням: Klc  217,6  0,9МП . 36. Спосіб термомеханічної обробки титанового сплаву, який включає: обробку титанового сплаву тиском в зоні альфа-бета-фаз титанового сплаву для забезпечення щонайменше 25 %-го еквівалентного зменшення площі титанового сплаву, причому титановий сплав має здатність збереження бета-фаз за кімнатної температури, і при цьому згадане 25 %-е еквівалентне зменшення площі титанового сплаву відбувається в температурному діапазоні пластичної деформації від трохи нижче температури бета-переходу титанового сплаву до 222 °C (400 °F) нижче температури бета-переходу титанового сплаву, і термообробку титанового сплаву, причому термообробка титанового сплаву складається з одноступінчастої термообробки при температурі, не більшій від температури бета-переходу мінус 11,1 °C (20 °F), протягом часу термообробки, достатнього для одержання титанового сплаву з середньою межею міцності на розтягнення щонайменше 1030 МПа (150 ksi) і 1/2 1/2 тріщиностійкістю Klc щонайменше 76,9 МПам (70 ksiдюйм ). 37. Спосіб за п. 36, який відрізняється тим, що час термообробки складає в діапазоні від 0,5 години до 24 годин. 38. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що температура термообробки менша, ніж кінцева температура пластичної деформації. 39. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що температура термообробки більша, ніж кінцева температура пластичної деформації, і менша, ніж температура бета-переходу титанового сплаву. 40. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що еквівалентна пластична деформація щонайменше з 25 %-им зменшенням площі відбувається в температурному діапазоні пластичної деформації від 10 °C (18 °F) нижче температури бета-переходу до 222 °C (400 °F) нижче температури бета-переходу. 15 UA 109892 C2 16 UA 109892 C2 17 UA 109892 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 18

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for thermomechanical treatment of titanium alloys (variants)

Автори англійською

Bryan, David J.

Назва патенту російською

Способ термомеханической обработки титанового сплава (варианты)

Автори російською

Брайан Дэвид Дж.

МПК / Мітки

МПК: C22C 14/00, C22F 1/18

Мітки: сплаву, титанового, обробки, варіанти, термомеханічної, спосіб

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/20-109892-sposib-termomekhanichno-obrobki-titanovogo-splavu-varianti.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб термомеханічної обробки титанового сплаву (варіанти)</a>

Подібні патенти