Спосіб виготовлення напівфабрикатів з суміші порошків на основі титану методом інтенсивної пластичної деформації

Реферат: Спосіб виготовлення напівфабрикатів з суміші порошків на основі титану містить виготовлення суміші компонентів на основі порошку титану, компактування суміші та її подальше спікання. Після спікання проводять інтенсивну пластичну деформацію спеченої суміші гвинтовою екструзією з накопиченням великого ступеня деформації при високому рівні гідростатичного тиску, а саме її пропусканням через матрицю з гвинтовим каналом, переріз якого є перпендикулярним до осі пресування та постійним уздовж неї. Кут нахилу гвинтової лінії до осі пресування змінюється за довжиною гвинтового каналу матриці, маючи нульове значення на її початковій і кінцевій ділянках, та остаточне термічне оброблення при температурах від 350 до 600 °C з витримкою 0,5…3 години. UA 107549 U (12) UA 107549 U UA 107549 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі порошкової металургії, конкретно - стосується способу виготовлення напівфабрикатів з суміші порошків на основі титану. Може бути застосована в авіадвигунобудуванні та машинобудуванні. Відомий спосіб виготовлення заготовки з титанових сплавів [1], в якому литу заготовку піддають інтенсивній пластичній деформації з накопиченням логарифмічного ступеня деформації більше чотирьох шляхом циклічного пропускання крізь матрицю з гвинтовим каналом, після чого проводять відпал в інтервалі температур 450…750 °C протягом 1 години. Також відомий спосіб одержання заготовки лопатки компресора газотурбінного двигуна з титанових сплавів із ультрадрібнозернистою структурою, який включає попереднє нагрівання литої заготовки до температури нижче температури поліморфного перетворення та обробку шляхом багаторазової інтенсивної пластичної деформації зі зміною напрямків деформування в кілька циклів [2]. Кількість циклів обробки визначають виходячи з досягнення ступеня накопиченої деформації не менш п'яти. Потім ведуть закрите осадження заготовки при температурі на 50…100 °C нижче температури відпалу сплаву. Таким чином одержують однорідну ультрадрібнозернисту структуру в заготовці лопатки, що забезпечує високі фізичні, механічні та експлуатаційні властивості лопатки. Недоліками цих способів є те, що первинна заготовка виготовляється зі зливку, що містить у технологічному ланцюзі етап триразового вакуумного переплаву, а це ускладнює технологічний процес і підвищує вартість готового виробу. Прототипом вибраний відомий спосіб виготовлення щільних напівфабрикатів з суміші порошків титанових сплавів [3], який передбачає отримання заготовок щільність яких становить 99 %, згідно з яким до складу порошкової суміші додають гідрований титан, після чого її піддають компактуванню холодним пресуванням. Під час наступної консолідації спіканням водень, який виділяється, сприяє утворенню міцних зв'язків між частками порошку, коалесценції та усуненню пор. До недоліків способу слід віднести значні витрати енергії та низьку продуктивність внаслідок необхідності використання вакуумних печей, які оснащені потужними засобами, що відкачують водень. Також рівень залишкової пористості та механічних властивостей отриманих за способом [3] напівфабрикатів не відповідає вимогам згідно з [4]. В основу корисної моделі поставлена задача розроблення способу виготовлення напівфабрикатів з титанових сплавів, при якому забезпечується необхідний рівень механічних властивостей і мікроструктури згідно з [4], при зниженні витрат ресурсів. Поставлена задача вирішується способом виготовлення напівфабрикатів з суміші порошків на основі титану, який містить виготовлення суміші компонентів на основі порошку титану, компактування суміші та її подальше спікання, згідно з корисною моделлю, після спікання проводять інтенсивну пластичну деформацію спеченої суміші гвинтовою екструзією з накопиченням великого ступеня деформації при високому рівні гідростатичного тиску, а саме її пропусканням через матрицю з гвинтовим каналом, переріз якого є перпендикулярним до осі пресування та постійним уздовж неї, а кут нахилу гвинтової лінії до осі пресування змінюється за довжиною гвинтового каналу матриці, маючи нульове значення на її початковій і кінцевій ділянках, та остаточне термічне оброблення при температурах від 350 до 600 °C з витримкою 0,5…3 години. Саме використання гвинтової екструзії з накопиченням великого ступеня деформації дозволяє повністю усунути пористість і знизити витрати енергії. Умови що відповідають значному рівню гідростатичного тиску забезпечують неруйнування спеченої суміші при великих ступенях деформації за цикл. Проведення остаточного термічного оброблення забезпечує структуру та механічні властивості, що регламентуються вимогами [4]. Таким чином, розроблено спосіб виготовлення напівфабрикатів з суміші порошків на основі титану методом інтенсивної пластичної деформації, при якому забезпечується необхідний рівень механічних властивостей при зниженні витрат ресурсів. Аналоги, які містять ознаки, що відрізняються від прототипу, не знайдені, рішення явним чином не випливає з рівня техніки. Для експериментальної перевірки пропонованого способу виготовили напівфабрикати, з яких виготовляли заготовки лопаток компресору газотурбінного двигуна за наступною схемою. Підготовлену суміш порошків на основі порошку титана та комплексної лігатури сплаву ВТ8М-1 піддавали компактуванню та наступному спіканню в вакуумі. Отриману спечену суміш піддавали інтенсивній пластичній деформації за методом [5]. Після деформації напівфабрикат виймали з матриці і охолоджували до кімнатної температури, та піддавали механічній обробці для зняття дефектного шару, після чого проводили відпал при температурі 650 °C протягом 1 години. З 1 UA 107549 U отриманих напівфабрикатів вирізали зразки у повздовжньому напрямі, визначали бал зерна та механічні властивості. Результати дослідження наведено у таблиці. Таблиця Властивості напівфабрикатів зі сплаву ВТ8М-1, які виготовлені за різними технологіями Технологія За [4] За [1] за найближчим аналогом дослідна Бал зерна за шкалою Механічні властивості макроструктур ГОСТ σВ, МПа δ, % ψ, % 26492-85 980-1180 10 4 35 1 1184 10 45 поза шкалою 1210 7 50 1 1250 13 40 KCU, 2 Дж/см 40 41 27 41 5 Аналіз проведених досліджень показав, що використання запропонованого способу виготовлення напівфабрикатів з суміші порошків на основі титану методом інтенсивної пластичної деформації дозволяє забезпечити необхідний рівень механічних властивостей і структури при зниженні витрат. 10 Джерела інформації: 1. Пат. 81692 МПК C22F-1/18 Спосіб виготовлення заготовки з титанових сплавів для лопаток газотурбінних двигунів [Текст] Варюхін Д.В.; Овчинников О.В., Распорня Д.В., Павленко Д.В.; Кулагін Р.Ю.; Качан О.Я.; Шевченко В.Г.; Коваленко Т.О.: заявник та патентовласник Запорізький національний технічний університет. - №u201300173; заявл. 03.01.2013; опубл. 10.07.2013. 2. Пат. МПК C22F 1/18 (2006.01), B21J 1/00 (2006.01), F01D 5/00 (2006.01) Способ получения ультрамелкозернистой заготовки лопатки ГТД из титановых сплавов [Текст] Половников В.М., Артюхин Ю.В., Иванов В.Ю., Кандаров В.В., Кандаров И.В., Латыш В.В., Павлинич С.П.: заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет", Открыто еакционерное общество "Уфимское мотостроительное производственное объединение" - №RU(11) 2 486 275(13) С1; заявл. 24.05.2012; опубл. 27.06.2013 Бюл. № 18. 6 3. Пат. US20120058002A1, МПК B22F 3/24, B22F 3/17, B22F 3/20, B22F 1/00, B22F 3/12. Manufacture of near-netshape titanium alloy articles from metal powders by sintering with presence of atomic hydrogen / Ivasishin; Orest M. Savvakin; Dmitro G., Moxson; Vladimir S. Duz; Vladimir A.;Gumenyak; Mykola M.; заявник і патентовласник Advance Material Products, Inc., (ADMAProducts, Inc.) - N 13/205527;заявл. August 8, 2011; опубл. March 8, 2012. 4. Заготовки из титановых сплавов для изготовления лопаток. Технические условия: ОСТ 190006-86. - М.: ВИАМ, 1986. - 20 с. 5. Пат. 2237109 Р, ІІ, МПК С22Р 1/18. Способ получения ультрамелкозернистых титанових заготовок [Текст] / Валиев Р.З., Салимгареев Х.Ш., Столяров В.В., Бейгельзимер Я.Е., Орлов Д.В., Сынков С.Г., Решетов А.В.; заявитель и патентообладатель Уфимский государственный авиационный технический университет. - № 2003113094/02; заявл. 05.05.2003; опубл. 27.09.2004. 15 20 25 30 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб виготовлення напівфабрикатів з суміші порошків на основі титану, який містить виготовлення суміші компонентів на основі порошку титану, компактування суміші та її подальше спікання, який відрізняється тим, що після спікання проводять інтенсивну пластичну деформацію спеченої суміші гвинтовою екструзією з накопиченням великого ступеня деформації при високому рівні гідростатичного тиску, а саме її пропусканням через матрицю з гвинтовим каналом, переріз якого є перпендикулярним до осі пресування та постійним уздовж неї, а кут нахилу гвинтової лінії до осі пресування змінюється за довжиною гвинтового каналу матриці, маючи нульове значення на її початковій і кінцевій ділянках, та остаточне термічне оброблення при температурах від 350 до 600 °C з витримкою 0,5…3 години. 2 UA 107549 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 3