RU1780337C - Method of charging titanium alloys by hydrogen - Google Patents

Abstract

FIELD: metal pressure forming. SUBSTANCE: method comprises steps of heating alloy in vacuum, saturating by hydrogen at temperature, providing a maximum rate of absorption, curing it at temperature, being by 20-40 C lower, than temperature of polymorphous transformation of the alloy with a predetermined concentration of hydrogen over a time period, necessary for equalizing concentration values of hydrogen along a cross section of a product. EFFECT: enhanced ductility, lowered deformation resistance of titanium alloys with provision of predetermined value of hydrogen absorption. 1 cl, 4 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии и используется при применении водорода в качестве временного легирующего элемента для повышения пластичности и снижения сопротивления деформации при обработке давлением, а также при термоводородной обработке титановых сплавов в авиационной технике и машиностроении. The invention relates to metallurgy and is used when using hydrogen as a temporary alloying element to increase ductility and reduce deformation resistance during pressure processing, as well as during the thermal treatment of titanium alloys in aircraft and mechanical engineering.

Известен способ новодороживания заготовок из α-,α+β-иβ-титановых сплавов, заключающийся в нагреве до 900^оС в вакууме, вакуумном отжиге, введении водорода, диффузионном отжиге и охлаждении до комнатной температуры.There is a method of novodorozhdeniya workpieces from α-, α + β-and β-titanium alloys, which consists in heating to 900 ^about C in vacuum, vacuum annealing, the introduction of hydrogen, diffusion annealing and cooling to room temperature.

Однако вследствие снижения растворимости водорода в титане при повышении температуры этот способ не всегда обеспечивает легирование заданным объемом водорода и увеличивает длительность процесса насыщения. However, due to a decrease in the solubility of hydrogen in titanium with increasing temperature, this method does not always ensure doping with a given volume of hydrogen and increases the duration of the saturation process.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому является способ новодороживания, применяемый для гидрирования кусковых отходов титановых сплавов с целью получения порошков титана, заключающийся в нагреве в вакууме при 900^оС в течение 20-30 мин для очистки поверхности отходов от кислорода, охлаждении с 900 до 300^оС в среде водорода при повышенном давлении, выдержке 1-1,5 ч, охлаждении до комнатной температуры.The closest in technical essence and the achieved results to the proposed is the method of novorozheniya used for hydrogenation of lumpy waste of titanium alloys to obtain titanium powders, which consists in heating in vacuum at 900 ^about C for 20-30 minutes to clean the surface of the waste from oxygen, cooling from 900 to 300 ^{° C} in a hydrogen atmosphere at elevated pressure, exposure 1-1.5 hours, cooled to room temperature.

Известный способ, принятый за прототип, предназначен для получения порошка из титановых сплавов и поэтому при его использовании создаются условия, обеспечивающие образование в поверхностных слоях заготовок гидрида титана, приводящего к растрескиванию поверхности. По этой причине использование прототипа для получения бездефектных заготовок титановых сплавов с заданной концентрацией водорода не представляется возможным. The known method adopted for the prototype is designed to produce powder from titanium alloys and therefore, when using it, conditions are created that ensure the formation of titanium hydride in the surface layers of the workpieces, leading to cracking of the surface. For this reason, the use of the prototype to obtain defect-free preforms of titanium alloys with a given concentration of hydrogen is not possible.

Целью изобретения является получение заданных значений концентрации равномерно распределенного по сечению водорода и сокращение длительности процесса наводороживания. The aim of the invention is to obtain the specified concentration values evenly distributed over the hydrogen cross section and reducing the duration of the hydrogenation process.

Поставленная цель достигается тем, что в способе наводороживания титановых сплавов, включающем нагрев заготовок в вакууме, насыщение водородом, выдержку и охлаждение до комнатной температуры, насыщение водородом проводят при температуре, обеспечивающей максимальную скорость поглощения водорода данным титановым сплавом, а выдержку после насыщения водородом при температуре на 20-40^оС ниже α+β _→ β-перехода сплава с заданной концентрацией водорода.This goal is achieved by the fact that in the method of hydrogenation of titanium alloys, including heating the workpieces in vacuum, saturation with hydrogen, aging and cooling to room temperature, saturation with hydrogen is carried out at a temperature that provides the maximum rate of hydrogen absorption by this titanium alloy, and aging after saturation with hydrogen at a temperature 20-40 ^C below the α + β _ → β-transition alloy having a predetermined hydrogen concentration.

Насыщение водородом титановых сплавов при температуре, обеспечивающей максимальную скорость поглощения водорода данным титановым сплавом, а также последующая выдержка при температуре на 20-40^оС ниже температуры α+β _→ β-перехода новодороженного до заданной концентрации сплава никогда не применялись в способе наводороживания титановых сплавов. Это позволяет считать предлагаемое техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия".Saturation of hydrogen at a temperature of titanium alloys, providing a maximum data rate of hydrogen absorption alloy of titanium and subsequent soaking at a temperature of 20-40 ^{° C} below the temperature of α + β _ → β-novodorozhennogo transition alloy to a predetermined concentration never been applied in the hydrogenation process of titanium alloys. This allows us to consider the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".

Положительный эффект способа достигается тем, что процесс наводороживания проводят при температуре, обеспечивающей максимальную скорость поглощения водорода данным титановым сплавом. Так, например, для сплавов ВТ1-0, ВТ18У и ВТ8 эта температура составляет 600^оС (фиг. 1-3). Наводороживание при более высокой и более низкой температуре приводит к повышению остаточного давления водорода в системе, а следовательно, и к снижению концентрации водорода в сплаве по сравнению с расчетной (фиг. 4). Кроме того, наводороживание при более низких температурах приводит к растрескиванию поверхности заготовок.The positive effect of the method is achieved by the fact that the hydrogenation process is carried out at a temperature that provides the maximum rate of hydrogen absorption by this titanium alloy. So, for example, for alloys VT1-0, VT18U and VT8, this temperature is 600 ^about C (Fig. 1-3). Hydrogenation at a higher and lower temperature leads to an increase in the residual pressure of hydrogen in the system and, consequently, to a decrease in the concentration of hydrogen in the alloy compared to the calculated one (Fig. 4). In addition, hydrogenation at lower temperatures leads to cracking of the surface of the workpieces.

Такое влияние температуры на скорость поглощения водорода титановыми сплавами и количество растворенного водорода можно объяснить тем, что с повышением температуры растворимость водорода в них уменьшается, а его диффузионная подвижность возрастает. Оптимальная температура наводороживания наблюдается при сочетании достаточно высоких значений растворимости и диффузионной подвижности водорода в сплаве. Повышение температуры наводороживания приводит к уменьшению растворимости водорода в сплаве, а следовательно, к снижению его концентрации по сравнению с расчетной. Наводороживание при более низких температурах способствует увеличению растворимости водорода, но из-за уменьшения скорости диффузии он проникает в заготовку на меньшую глубину, т. е. в растворении водорода принимает участие меньший объем сплава и в связи с этим снижается средняя концентрация водорода в заготовке по сравнению с расчетной. This effect of temperature on the rate of hydrogen absorption by titanium alloys and the amount of dissolved hydrogen can be explained by the fact that with increasing temperature, the solubility of hydrogen in them decreases, and its diffusion mobility increases. The optimum hydrogenation temperature is observed with a combination of fairly high solubility and diffusion mobility of hydrogen in the alloy. An increase in the hydrogenation temperature leads to a decrease in the solubility of hydrogen in the alloy and, consequently, to a decrease in its concentration in comparison with the calculated one. Hydrogenation at lower temperatures increases the solubility of hydrogen, but due to a decrease in the diffusion rate, it penetrates into the workpiece to a shallower depth, i.e., a smaller volume of alloy takes part in the dissolution of hydrogen and, therefore, the average concentration of hydrogen in the workpiece decreases compared to with estimated.

Кроме того, как видно из данных, приведенных на фиг. 1-3, при оптимальной температуре наводороживания сокращается время поглощения водорода (время до стабилизации давления водорода в системе). Так, например, для сплава ВТ18У при температуре 500^оС оно составляет 2900^оС, при оптимальной температуре 600^оС 2400 с, при 700^оС более 7000 с. Подобные закономерности характерны и для других сплавов.In addition, as can be seen from the data shown in FIG. 1-3, at the optimum hydrogenation temperature, the hydrogen uptake time is reduced (time to stabilize the hydrogen pressure in the system). For example, for VT18U alloy at a temperature of 500 ^{° C} it is 2900 ^{° C,} at optimal temperature of 600 ^C. 2400, at ⁷⁰⁰ ° C 7000 p. Similar patterns are characteristic of other alloys.

Выдержка после наводороживания необходима для выравнивания концентрации водорода по сечению заготовки. Это диффузионный процесс и для сокращения длительности его необходимо проводить при возможно более высоких температурах. Однако температура выдержки не должна превышать температуру α+β _→ β-перехода, т. к. титановые сплавы склонны к интенсивному росту зерна при температурах в β-области. Exposure after hydrogenation is necessary to equalize the concentration of hydrogen over the cross section of the workpiece. This is a diffusion process and to reduce the duration it must be carried out at the highest possible temperatures. However, the holding temperature should not exceed the temperature of the α + β _ → β transition, since titanium alloys are prone to intensive grain growth at temperatures in the β region.

В связи с этим с учетом точности регулирования температуры во избежание выдержки в β-области необходимо назначать температуру на 20-40^оС ниже температуры α+β _→ β-перехода сплава с заданным содержанием водорода.In this regard, with respect to temperature control accuracy in order to avoid exposure in the β-region should be prescribed temperature by 20-40 ^{° C} below the temperature of α + β _ → β-transition alloy to specify the content of hydrogen.

П р и м е р 1. Заготовки из сплава ВТ1- ⌀17 х 100 наводороживали при исходном давлении водорода 632 кПа. Температура α+β _→ β-перехода сплава с 0,35% водорода 800^оС. Время выдержки после поглощения водорода 2 ч (см. табл. 1).EXAMPLE 1. Billets from VT1--17 x 100 alloy were hydrogenated at an initial hydrogen pressure of 632 kPa. The temperature of α + β _ → β-transition alloy with 0.35% hydrogen 800 ° ^C. The holding time after the absorption of hydrogen for 2 hours (see. Table. 1).

П р и м е р 2. Заготовки из сплава ВТ18У ⌀ 17 х 100 наводороживались при исходном давлении водорода 632 кПа. Температура α+β _→ β-перехода сплава с 0,35% водорода 900^оС. Время выдержки после поглощения водорода 2 ч (см. табл. 2).PRI me R 2. Billets of VT18U ⌀ 17 x 100 alloy were hydrogenated at an initial hydrogen pressure of 632 kPa. The temperature of the α + β _ → β transition of the alloy with 0.35% hydrogen is 900 ^° C. The exposure time after absorption of hydrogen is 2 hours (see table 2).

П р и м е р 3. Заготовки из сплава ВТ ⌀ 17 х 100 наводороживались при исходном давлении водорода 632 кПа. Температура α+β -_→ β-перехода сплава с 0,35% водорода 820^оС. Время выдержки после поглощения водорода 2 ч (см. табл. 3).PRI me R 3. Billets of alloy VT ⌀ 17 x 100 were hydrogenated at an initial hydrogen pressure of 632 kPa. The temperature of α + β -_ → β-transition alloy with 0.35% hydrogen 820 ° ^C. The holding time after the absorption of hydrogen for 2 hours (see. Table. 3).

Использование предлагаемого способа наводороживания титановых сплавов позволяет интенсифицировать этот процесс, сокращая время наводороживания в 1,5-2 раза, получить концентрации водорода в металле, близкие к расчетным, избежать рост зерна и растрескивания поверхности. Using the proposed method of hydrogenation of titanium alloys allows to intensify this process, reducing hydrogenation time by 1.5-2 times, to obtain hydrogen concentrations in the metal close to the calculated ones, to avoid grain growth and surface cracking.

Claims (1)

СПОСОБ НАВОДОРОЖИВАНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий нагрев в вакууме, напуск водорода, выдержку для насыщения водорода и охлаждение до комнатной температуры, отличающийся тем, что, с целью получения заданных значений концентрации водорода и интенсификации процесса, насыщение водорода проводят при температуре, обеспечивающей максимальную скорость поглощения водорода сплавом, выдержку ведут в течение времени, необходимого для выравнивания концентрации водорода по сечению образца при температуре на 20 40^oС ниже температуры α+β _→ β перехода сплава с заданным значением концентрации водорода.METHOD FOR HYDROGENING TITANIUM ALLOYS, including heating in vacuum, hydrogen inlet, holding for hydrogen saturation and cooling to room temperature, characterized in that, in order to obtain the set values of hydrogen concentration and intensification of the process, hydrogen is saturated at a temperature that provides the maximum hydrogen absorption rate alloy, exposure is carried out for the time necessary to equalize the hydrogen concentration over the cross section of the sample at a temperature of 20 40 ^o C below the temperature α + β _ → β p the course of the alloy with a given value of the concentration of hydrogen.

Images