Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2465366

(19)

RU

(11)

2465366

(13)

C1

(51) МПК C22F1/18 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.10.2012 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011137954/02, 15.09.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

15.09.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 15.09.2011

(45) Опубликовано: 27.10.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: US 7785429 В2, 31.08.2010. BY 9345 С1, 30.06.2007. SU 912771 А, 15.03.1982. JP 62133051 А, 16.06.1987. ЕР 0843021 А1, 20.05.1998.

Адрес для переписки:

105005, Москва, ул. Радио, 17, ФГУП "ВИАМ"

(72) Автор(ы):

Каблов Евгений Николаевич (RU),

Захаров Юрий Иванович (RU),

Ночовная Надежда Алексеевна (RU),

Тузова Елена Валентиновна (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ( + )-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке высокопрочных ( + )-титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической технике при изготовлении силовых деталей конструкций. Предложен способ термической обработки высокопрочных ( + )-титановых сплавов. Способ характеризуется тем, что осуществляют нагрев выше температуры полиморфного превращения, выдержку при этой температуре, охлаждение до температуры 680-630°С со скоростью не менее 18°С/мин с последующей выдержкой в течение 1-3 ч, нагрев до температуры 720-780°С и выдержку при этой температуре в течение 2-3 ч, охлаждение до температуры 520-480°С со скоростью не менее 12°С/мин. Затем проводят нагрев до температуры старения, выдержку при этой температуре и охлаждение на воздухе. Сплавы характеризуются высокими механическими свойствами. Повышается надежность изделий авиакосмической техники за счет достижения более высокого уровня механических свойств. 1 табл., 4 пр.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термической обработке высокопрочных ( + )-титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической технике при изготовлении силовых деталей конструкций.

Известен способ термической обработки ( + )-титанового сплава Ti -6%Al - 2%Sn - 2%Zr - 2%Cr - 2%Мо - 0,16%Si, предварительно подвергнутого ковке в ( + )-области, включающий: нагрев выше температуры полиморфного превращения (Т пп ), а именно до температуры Т пп +(17-42)°С, выдержку при этой температуре, охлаждение, нагрев до температуры Т пп -(17-50)°С, выдержку при этой температуре, охлаждение, нагрев до температуры в интервале (482-593)°С и последующую выдержку при этой температуре. Молибденовый эквивалент (Мо экв. ) данного сплава, рассчитанный по формуле: Мо экв. =Mo+V/1,5+Cr/0,6+Fe/0,35, равен 5,3 (заявка WO 93/22468).

Недостатком способа является то, что он разработан применительно к сплаву с относительно низким уровнем молибденового эквивалента, обладающему недостаточной прокаливаемостью. Кроме того, этот сплав, обработанный известным способом, имеет недостаточно высокий уровень предела прочности ( В 1030 МПа) и предела текучести ( 0,2 930 МПа).

Известен также способ термической обработки ( + )-титанового сплава Ti - 6%Al - 4%V ELI, включающий: нагрев выше температуры полиморфного превращения, а именно до температуры Т пп +(28-42)°С, выдержку при этой температуре в течение 30 мин, охлаждение под вентилятором до температуры 746°С, выдержку при этой температуре в течение 3 ч, охлаждение на воздухе / Т.Е.Howson and R.G.Broadwell: «The design, production, and metallurgy of advanced, very large, titanium aerospace forgings», Procs. of the 8 th Intemat. Conf. on Titanium, Titanium 95, Science and technology, - Birmingham (UK) - 1995, vol.1, p.643 (636-643)/.

Недостатком известного способа является то, что сплав Ti - 6%Al -4%V ELI (Мо экв. =2,7), обработанный по известному способу, имеет низкий уровень предела прочности ( В 851 МПа) и предела текучести ( 0,2 748 МПа).

Наиболее близким по назначению и технической сущности и взятым за прототип является способ термической обработки высокопрочного титанового сплава с номинальным химическим составом Ti - 5%Аl - 5%Мо - 5%V - 3%Cr (Мо экв. =13,3), включающий: нагрев до температуры Т 1 , превышающей температуру полиморфного превращения, выдержку при этой температуре, достаточную для полного перехода из ( + )- в -состояние, охлаждение со скоростью 0,56-16,7°С/мин до температуры Т 2 , где Т 2 ниже температуры полиморфного превращения и ниже 37,8°С, охлаждение с температуры Т 2 до комнатной температуры - на воздухе, последующий нагрев до температуры старения Т 3 =371-593°С, выдержку при этой температуре в течение 1-12 ч (патент США 7785429).

Недостатком известного способа является низкий уровень механических свойств высокопрочных ( + )-титановых сплавов, обработанных известным способом.

Технической задачей изобретения является создание способа термической обработки высокопрочных ( + )-титановых сплавов, повышающего уровень механических свойств: предела прочности ( В ), предела текучести ( 0,2 ), сопротивления скорости роста трещины усталости (СРТУ) при 20°С и вязкости разрушения (K 1C ) при низких температурах (-70°С).

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ термической обработки высокопрочных ( + )-титановых сплавов, характеризующийся тем, что осуществляют нагрев выше температуры полиморфного превращения, выдержку при этой температуре, охлаждение до температуры 680-630°С со скоростью не менее 18°С/мин с последующей выдержкой в течение 1-3 ч, нагрев до температуры в 720-780°С и выдержку при этой температуре в течение 2-3 ч, охлаждение до температуры 520-480°С со скоростью не менее 12°С/мин, а затем проводят нагрев до температуры старения, выдержку при этой температуре и охлаждение на воздухе.

Авторами установлено, что охлаждение с температуры выше температуры полиморфного превращения со скоростью не менее 18°С/мин до температуры 680-630°С предотвращает распад метастабильной -фазы внутри зерен и образование непрерывной оторочки -фазы на границах зерен, отрицательно влияющей на характеристики трещиностойкости. В процессе выдержки при температуре 680-630°С образуется большое число центров зарождения -фазы и формируется тонкоигольчатая внутризеренная структура, характеризующаяся значительной взаимной разориентировкой колоний -игл. В результате последующих нагрева до температуры 720-780°С и выдержки при этой температуре увеличивается количество метастабильной -фазы при сохранении морфологии описанной выше тонкоигольчатой внутризеренной микроструктуры. В процессе охлаждения со скоростью не менее 12°С/мин с указанной температуры до температуры 520-480°С фиксируется метастабильная -фаза, образовавшаяся в процессе выдержки при температуре 720-780°С.

Таким образом предлагаемый способ обеспечивает получение тонкоигольчатой -фазы в -матрице, за счет чего достигается повышение уровня механических свойств высокопрочных ( + )-титановых сплавов: предела прочности ( В ), предела текучести ( 0,2 ), сопротивления скорости роста трещины усталости (СРТУ) при 20°С и вязкости разрушения (K 1C ) при низких температурах (-70°С).

Примеры осуществления

Были изготовлены поковки из титановых сплавов ВТ22 (Ti - 5%Al - 5%Мо - 5%V - 1%Cr - 1%Fe; Мо экв. =12,9; Т пп =870°С) и ВТ23 (Ti - 5,5%Al - 2,2%Мо - 4,5%V - 1,2%Cr - 0,6% Fe; Мо экв. =8,9; Т пп =900°С) и Ti 5-5-5-3 (Ti - 5%Al - 5%Мо - 5%V - 3%Cr; Мо экв. =13,3; Т пп =860°С), обработанные предлагаемым способом (1-3) и способом-прототипом (4), которые были подвергнуты механическим испытаниям.

Пример 1.

Нагрев до температуры Т 1 =Тпп+20°С, выдержка при этой температуре 1 =0,25 ч, охлаждение со скоростью V 1 =18°С/мин до температуры Т 2 =630°С, выдержка при этой температуре 2 =1 ч, подогрев до температуры Т 3 =720°С, выдержка при этой температуре 3 =2 ч, охлаждение со скоростью V 3 =12°С/мин до температуры Т 4 =480°С, далее охлаждение с нерегламентированной скоростью до температуры Т 5 =20°С.

Пример 2.

Нагрев до температуры T 1 =Т пп +40°С, выдержка при этой температуре 1 =0,5 ч, охлаждение со скоростью V 1 =60°С/мин до температуры Т 2 =680°С, выдержка при этой температуре 2 =3 ч, нагрев до температуры Т 3 =780°С, выдержка при этой температуре 3 =3 ч, охлаждение со средней скоростью V 3 =20°С/мин до температуры Т 4 =520°С, далее охлаждение с нерегламентированной скоростью до температуры Т 5 =20°С.

Пример 3.

Нагрев до температуры Т 1 =Т пп +30°С, выдержка при этой температуре 1 =0,4 ч, охлаждение со скоростью V 1 =40°С/мин до температуры Т 2 =660°С, выдержка при этой температуре 2 =2 ч, подогрев до температуры Т 3 =750°С, выдержка при этой температуре 3 =2,5 ч, охлаждение со скоростью V 3 =36°С/мин до температуры Т 4 =500°С, далее охлаждение с нерегламентированной скоростью до температуры Т 5 =20°С.

Пример 4 (прототип).

Нагрев до температуры Т 1 =Т пп +30°С, выдержка при этой температуре, 1 =0,4 ч, охлаждение со скоростью 8,6°С/мин до температуры Т 2 =35°С, охлаждение с температуры Т 2 до комнатной температуры - на воздухе. Нагрев до температуры Т 3 =480°С, выдержка при этой температуре продолжительностью 6 ч.

В таблице представлены механические свойства титановых сплавов, обработанных предлагаемым способом (примеры 1-3) и способом-прототипом (пример 4).

Предлагаемый способ термической обработки высокопрочных ( + )-титановых сплавов позволит повысить уровень их механических свойств: предела прочности ( В ) на 7-12%, предела текучести ( 0,2 ) на 8-11%, вязкости разрушения (K 1C ) (при температуре испытания -70°С) на 22-24% и снизить скорость роста трещины усталости (СПТУ) на 22-37%.

Применение предлагаемого способа термической обработки позволит повысить надежность изделий авиакосмической техники за счет достижения более высокого уровня механических свойств.

Таблица

п/п

Механические свойства

В , МПа

0,2 , МПа

, %

СРТУ (dl/dN), мм/кц при К=31 МПа·м 1/2

K 1c , МПа·м 1/2

20°С

-70°С

Сплав ВТ22

1

1230-1250

1180-1190

8-9

0,5-0,6

72,4-76,0

2

1260-1290

1200-1230

8-9

0,5-0,6

71,8-75,4

3

1280-1310

1210-1240

7-8

0,6-0,7

71,1-74,9

Сплав ВТ23

1

1210-1240

1150-1180

8-10

0,5-0,6

74,0-77,2

2

1250-1280

1180-1210

8-9

0,5-0,6

73,6-76,3

3

1260-1300

1190-1230

7-8

0,6-0,65

73,0-75,9

Сплав Ti 5-5-5-3

1

1220-1260

1170-1210

8-9

0,55-0,65

71,6-75,1

2

1240-1270

1180-1220

7-9

0,55-0,65

70,5-74,0

3

1270-1300

1210-1240

7-8

0,6-0,7

70,2-73,3

1140-1180

1070-1120

8-9

0,8-0,9

58,3-62,5

Формула изобретения

Способ термической обработки высокопрочных ( + )-титановых сплавов, характеризующийся тем, что осуществляют нагрев выше температуры полиморфного превращения, выдержку при этой температуре, охлаждение до температуры 680-630°С со скоростью не менее 18°С/мин с последующей выдержкой в течение 1-3 ч, нагрев до температуры 720-780°С и выдержку при этой температуре в течение 2-3 ч, охлаждение до температуры 520-480°С со скоростью не менее 12°С/мин, а затем проводят нагрев до температуры старения, выдержку при этой температуре и охлаждение на воздухе.