Спосіб термо-механічної обробки високоміцних бета-титанових сплавів

Спосіб термомеханічної обробки високоміцних бета-титанових сплавів, який включає: холодну деформацію не менш ніж на 50%, наступне швидке нагрівання, повторення циклу деформації і нагрівання та заключне старіння, який від різняється тим, що перед першою деформацією сплав піддають попередньому швидкому нагріванню до температур в інтервалі від температури закінчення поліморфного перетворення (Тпп) до Тпп+80°С, кожне нагрівання після деформації виконують до температури закінчення рекристалізації в сплаві, всі операції нагрівання проводять зі швидкістю 5-100 °С с-1, після кожного нагрівання сплав гартують зі швидкістю охолодження не менш ніж 100 °С с-1, а заключне старіння виконують при температурах нижче стандартної для кожного оброблюваного сплаву на 30-70°С. Зоя Недоліками цього способу є можливість його застосування тільки для двох титанових сплавів, а також зниження характеристик пластичності за рахунок росту бе та-зерен під час 15 хви линної витримки при температурах в інтервалі між темпе (13) 40862 (11) UA ної (a+b)-області, причому первинну деформацію перед гартуванням починають при температурі на 30-50°С нижче температури поліморфного перетворення, а закінчують при температурі вище температури поліморфного перетворення, деформацію проводять зі ступенем деформації 20-40% та швидкістю 10° - 102 с-1. Головним недоліком цього способу є суттєве зниження характеристик пластичності обробленого матеріалу внаслідок відносно повільного (пічного) нагрівання та деформації при температурах однофазної бета-області, які також приводять до інтенсивного росту зерен. Найбільш близьким до пропонуємого є "Спосіб отримання високоміцного сплава з бета-структурою" (Патент Японії № 2-153054, ИСМ № 7-8, 1991, МКВ С22 F 1/18), який включає хо лодну деформацію не менш ніж на 50%, нагрівання до температур в інтервалі між температурою завершення поліморфного перетворення Тпп та Тпп + 50°С зі швидкістю 1-5 °С с-1, витримку не менш ніж 15 хвилин, та охолодження зі швидкістю не нижче ніж 1 °С с-1. Вказані операції виконуються два, або три рази, після чого сплав піддають старінню при 300500°С. (19) Винахід відноситься до способів термомеханічної обробки титанових сп лавів та може бути використаний в різних галузях техніки, в яких застосовують ці сплави, а саме авіаційне та космічне машинобудування, машинобудування для нафтової, га зової, хі мічної та харчової промисловості, тощо. Існує спосіб термомеханічної обробки титанови х сплавів (А.с. СРСР №462887, Бюл "Изобретения" № 8, 1975, МКВ С22 F 1/18), який включає пластичну деформацію при температурах нижче температури поліморфного перетворення та наступну термообробку: нагрів зі швидкістю 10-200 °С с-1до температури, яка на 10-100°С перевищує температуру поліморфного перетворення з наступним охолодженням при загальному ча сі перебування при вказанній температурі 5-30 секунд. Недоліком цього методу є різке (майже до нуля) зниження характеристик пластичності в разі його використання для обробки високоміцних бета- титанови х сплавів, внаслідок утворення відносно великого (понад 50 мікрометрів) бета зерна під час перебування при температурах ви ще температури поліморфного перетворення. Відомий спосіб термомеханічної обробки титанови х сплавів (А.с. СРСР №1014975, Бюл. "Изобретения", № 16, 1983, МКВ С22 F 1/18), який включає нагрівання до температури, що на 50150°С перевищує температуру поліморфного перетворення, горячу деформацію, гартування та повторну деформацію при температурах двофаз А ____________________ 40862 ратурою завершення поліморфного перетворення Тпп та Тпп + 50°С. Технічною задачею пропонуємого винаходу є створення способу термомеханічної обробки високоміцних бета- ти танових сп лавів з високою міцністю (понад 1400 МПа) і високими характеристиками пластичності. Хо лодну де формацію не менш ніж на 50%, наступне швидке нагрівання, повторення циклу деформації і нагріву та заключне старіння, причому перед першою деформацією сплав піддають попередньому швидкому нагріванню до температур в інтервалі від температури поліморфного перетворення (Тпп) до Тпп + 80°С, кожне нагрівання після деформації виконують до температури закінчення рекристалізації в сп лаві, всі операції нагрівання проводять зі швидкістю 5-100 °С с-1, після кожного нагрівання сплав гартують зі швидкістю охолодження не менш ніж 100 °С с-1, а заключне старіння виконують при температурах нижче стандартної для кожного оброблюваного сплава на 3070°С. Необхідність виконання швидкого нагрівання та гартування в воду перед першою де формацією пов’язана з необхідністю створення в сплаві однофазного метаста більного бета-ста ну, який при кімнатній температурі має достатню технологічну пластичність та дозволяє накопичити в матеріалі без його розтріскування найбільшу кількість необхідних для наступної рекристалізації дефектів кристалічної будови. Наступ ний подвійний цикл деформації та швидкісної рекристалізації забезпечують на першій стадії саме накопичення цих дефектів та, на другій -рекристалізацію деформованної бета-фа зи з утворенням однофазної бета-зеренної мікроструктури із середнім розміром зерен меншим за 20 мікрон. Необхідність виконання швидкого нагрівання до температури завершення рекристалізації, яка для кожного окремого сплаву визначається його хі мічним складом, ступінню деформації та залежить від швидкості нагрівання, пов’язана з необхідністю завершення процесу рекриста лізації і утворення однофазної бета-зеренної мікроструктури. Швидкість нагрівання вибирається з інтервалу 5-100 °С с-1 то му, що при нагріванні зі швидкістю меньшій за 5 °С с-1 в температурному інтервалі розвитку рекристалізації має місце надто швидкий рост бета-зерен, внаслідок чого кінцева мікроструктура характеризується середнім розміром зерен понад 20 мікрометрів. При швидкості понад 100 °С с-1 завершення процессу рекриста лізації розтягується в надто широкому інтервалі температур, що приводить до формування надто неоднорідної щодо розподілу за розміром бета-зерна мікроструктури. Крім того, оскільки швидкісна рекриста лізація вимагає проведення циклу нагрівання з точністю регістрації температури ± 10 °С, то дотримання цієї вимоги при швидкості понад 100 °С с-1 технологічно надто важко. Швидкість охолодження повинна бути не меньшою 100 °С с-1 тому, що при охолодженні з меншою швидкістю в метастабільній бета-фазі деяких сплавів ви никають дефор маційно нестабільні w-подібні флук туа ції. При наступній деформації в ци х мікрооб’ємах утворюються частки wфа зи, які роблять неможливою пластичну деформацію через розтріскування матеріалу. Старіння бета сплаву в та кому стані та при температурах ничже стандартної для кожного оброблюваного сплава на 30-70°С дозволяє отримати найвищий рівень міцностних ха ракте ристик при достатньому (за рахунок дрібного зерна) рівні пластичності. При температурах старіння, знижених менше ніж на 30°С, міцність не перевищує стандартний для сплава рівень, а при температурах старіння, знижених більше ніж на 70°С, виникає небезпека утворення w-фази, яка може привести до крихкості сплава. Приклад 1. Сплав TIMET-LCB нагрівають зі швидкістю 20 °С с-1 до температури 850°С, гартують у во ду (швидкість охолодження 200°С с-1), деформують при кімнатній температурі із ступенем деформації 70%, нагрівають зі швидкістю 20 °Сс-1 до температури завершення рекриста лізації (815°С), гартують у воду, після чого знов деформують із ступенем деформації 50%, та нагрівають зі швидкістю 20 °Сс-1 до температури 815°С, гартують у во ду да старять в печі при 520°С протягом 8 годин. Отримані після подібної обробки механічні властивості наведені в таблиці. Із порівняння властивостей, отриманих за відомими та пропонуємим методами можна зробити висновок про значну переваги останнього що до балансу міцності та пластичності. Приклад 2. Сплав TIMET-LCB нагрівають зі швидкістю 5 °С с-1 до температури 830°С, гартують у воду (швидкість охолодження 200°Сс-1), деформують при кімнатній температурі із ступенем деформації 70%, нагрівають зі швидкістю 20 °Сс-1 до температури завершення рекристалізації (815°С), гартують у во ду, після чого знов деформують із ступенем деформації 50%, та нагрівають зі швидкістю 20 °Сс-1 до температури 815°С, гартують у воду та старять в печі при 500°С протягом 8 годин. Отримані після подібної обробки механічні властивості наведені в таблиці. Із порівняння властивостей, отриманих за відомими та пропонуємим методами можна зробити висновок про значні переваги останього що до балансу міцності та пластичності. Як видно з наведених у таблиці даних, пропонуємий спосіб термомеханічної обробки забезпечує ви соку міцність (понад 1600 МПа) при достатньому рівні характе ристик пластичності. Запропонований спосіб може бути реалізований як у лабораторних, так і в промислових умовах. 2 40862 № 1 2 Швидкість нагрівання, °Сс-1 Температура по переднього нагріву,°С Температура 2-го і 3-го нагрівів, о С 20 5 850 830 815 810 Ступінь деформації, % ТIMET-LCB 70+50 50+90 Температура старіння, °С s 0,2, МПа sB, МПа d, % y, % 520 500 1600 1610 1625 1690 6,0 4,2 22,5 15,5 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 3 Механчні властивості 40862 4