RU2178014C1 - METHOD OF ROLLING BARS FROM PSEUDO β- TITANIUM ALLOYS - Google Patents

Abstract

FIELD: production of bars from pseudo--β- titanium alloys for manufacture of bolts. SUBSTANCE: rolling of bars is performed in β- area at two stages; final rolling performed in (α+β)--area is accompanied by air cooling after each deformation. Rolling parameters are as follows: first stage - heating to T_rp + (40-150)C, deformation degree, 97 to 97.6 %; second stage - heating to T_rp +20C, deformation degree, 37 to 38 %; final rolling - heating to T_rp - (20-50)C, deformation degree, 54 to 55 %. EFFECT: possibility of obtaining microstructures of 1-2 type acc. to scale; possibility of obtaining strength of no less than 85 kgf/sq. mm and conducting cold upsetting at degree of 75 %. 6 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам обработки титановых сплавов, и может быть использовано при получении прутков для изготовления крепежных изделий, в частности болтов различной конфигурации, которые в свою очередь в технологической схеме своего изготовления подвергаются операции холодной высадки. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to methods for processing titanium alloys, and can be used to obtain rods for the manufacture of fasteners, in particular bolts of various configurations, which, in turn, undergo cold heading operations in their manufacturing process.

Известен способ горячей прокатки прутков из (α+β)-титановых сплавов, содержащий нагрев заготовки до температуры выше температуры полиморфного превращения в β-области, прокатку при этой температуре с суммарной деформацией металла на 50-90%, охлаждение до температуры окружающей среды, промежуточный подогрев раскатов в интервале температур на 20-50^oС ниже температуры полиморфного превращения в (α+β)-области и последующую деформацию с суммарным обжатием на 60-85% (Авторское свидетельство СССР 383481, B21B3/00, 1973) - прототип.A known method of hot rolling rods of (α + β) -titanium alloys, comprising heating the workpiece to a temperature above the temperature of polymorphic transformation in the β-region, rolling at this temperature with a total metal deformation of 50-90%, cooling to ambient temperature, intermediate heating the peals in the temperature range of 20-50 ^o C below the temperature of the polymorphic transformation into (α + β) -regions and subsequent deformation with a total compression of 60-85% (USSR author's certificate 383481, B21B3 / 00, 1973) - prototype.

Недостатком данного способа является то, что он не устанавливает конкретную температуру металла в β-области, при которой деформируется металл, особенно в конце деформации в β-области. В связи с этим исходное микрозерно подката, деформированного в β-области, формируется различным и измеряется от 100 мкм до 1000 мкм. Следовательно, для формирования необходимой микроструктуры в готовом прутке для зерен различного размера требуется различная степень последующей деформации. The disadvantage of this method is that it does not set a specific metal temperature in the β region at which the metal is deformed, especially at the end of the deformation in the β region. In this regard, the initial micrograin rolled, deformed in the β-region, is formed different and measured from 100 μm to 1000 μm. Therefore, for the formation of the necessary microstructure in the finished bar for grains of various sizes, a different degree of subsequent deformation is required.

Заявленный способ совпадает с данным способом по следующим существенным признакам: нагрев заготовки до температуры выше температуры полиморфного превращения в β-области, прокатка при этой температуре, охлаждение до температуры окружающей среды, нагрев подката до температуры на 20-50^oС ниже температуры полиморфного превращения в (α+β)-области и окончательная прокатка при этой температуре.The claimed method coincides with this method according to the following essential features: heating the workpiece to a temperature above the polymorphic transformation temperature in the β-region, rolling at this temperature, cooling to ambient temperature, heating the rolled metal to a temperature of 20-50 ^o C below the polymorphic transformation temperature (α + β) -regions and final rolling at this temperature.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в получении прутков из псевдо-β-титановых сплавов с микроструктурой 1-2 типа по девятитипной шкале микроструктур для сплава Вт16 ОСТ 1-90202-75. Поскольку материал прутков для изготовления крепежных изделий, в частности болтов различной конфигурации, по технологической схеме подвергается операции холодной высадки, он должен выдерживать осадку вхолодную со степенью 75%. При этом материал должен обладать достаточной прочностью σ_B = 85-95 кгс/мм. Комплекс этих свойств достигается при вполне определенной микроструктуре. Микроструктура должна быть глобулярная мелкодисперсная с участками границ бывшего β-зерна 1-2 типа (фиг. 1) по девятитипной шкале BИAM для сплава Вт16 ОСТ 1-90202-75. Микроструктура менее 1 типа обладает меньшей стойкостью к распространению трещин, поэтому материал прутков с такой микроструктурой не выдерживает осадки вхолодную со степенью деформации по высоте 75% (фиг. 2). А материал со структурой 3 типа обладает меньшей пластичностью по сравнению с материалом, имеющим микроструктуру 1-2 типа, и также не выдерживает испытаний на осадку со степенью деформации 75% (фиг. 3).The problem to which the claimed invention is directed, is to obtain rods of pseudo-β-titanium alloys with a microstructure of type 1-2 on a nine-type scale of microstructures for the alloy W16 OST 1-90202-75. Since the material of the rods for the manufacture of fasteners, in particular bolts of various configurations, undergoes a cold upset operation according to the technological scheme, it must withstand cold draft with a degree of 75%. In this case, the material should have sufficient strength σ _B = 85-95 kgf / mm. The complex of these properties is achieved with a well-defined microstructure. The microstructure should be finely divided globular with boundary sections of the former β-grain of type 1-2 (Fig. 1) according to the nine-type BIAM scale for the alloy W16 OST 1-90202-75. A microstructure of less than type 1 is less resistant to crack propagation, therefore, the material of bars with such a microstructure cannot withstand cold precipitation with a degree of deformation of 75% in height (Fig. 2). A material with a structure of type 3 has less ductility compared to a material having a microstructure of type 1-2, and also does not withstand tests for upset with a degree of deformation of 75% (Fig. 3).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе прокатки прутков из псевдо-β -титановых сплавов для крепежных изделий, включающем нагрев заготовки до температуры выше температуры полиморфного превращения в β-области, прокатку при этой температуре, охлаждение до температуры окружающей среды, нагрев подката до температуры на 20-50^oС ниже температуры полиморфного превращения в (α+β)-области и окончательную прокатку при этой температуре, в соответствии с изобретением нагрев и деформацию в β-области проводят в два этапа, при этом на первом этапе заготовку нагревают до температуры на 40-150^oС выше температуры полиморфного превращения, деформируют со степенью деформации 97-97,6% и охлаждают на воздухе, на втором этапе подкат нагревают до температуры на 20^oС выше температуры полиморфного превращения и деформируют со степенью деформации 37-38%, а окончательную прокатку в (α+β)-области проводят со степенью деформации 54-55%.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of rolling rods of pseudo-β-titanium alloys for fasteners, which includes heating the workpiece to a temperature above the temperature of polymorphic transformation in the β-region, rolling at this temperature, cooling to ambient temperature, heating the rolled metal to temperatures of 20-50 ^o C below the temperature of the polymorphic transformation in the (α + β) -region and the final rolling at this temperature, in accordance with the invention, heating and deformation in the β-region are carried out in two stages, while m at the first stage, the preform is heated to a temperature of 40-150 ^o C higher than the temperature of the polymorphic transformation, deformed with a degree of deformation of 97-97.6% and cooled in air, at the second stage the tackle is heated to a temperature of 20 ^o C above the temperature of the polymorphic transformation and deform with a degree of deformation of 37-38%, and the final rolling in the (α + β) region is carried out with a degree of deformation of 54-55%.

Изобретение поясняется фотографиями. На фиг. 1 показана микроструктура 1-2 типа по девятибальной шкале ВИАМ для сплава Вт16 ОСТ 1-90202-75. На фиг. 2 показано разрушение образца с микроструктурой 1 типа по шкале ВИАМ, осаженного вхолодную со степенью деформации 75%. На фиг. 3 показано разрушение образца с микроструктурой 3 типа по шкале ВИАМ, осаженного вхолодную со степенью деформации 40%. На фиг. 4 показана микроструктура подката с размером α-зерна 800 - 1000 мкм, на фиг. 5 - с размером α-зерна 100 - 200 мкм. На фиг. 6 показан образец от прутка с микроструктурой 1-2 типа по шкале ВИАМ, полученного заявленным способом, после осадки вхолодную со степенью деформации 86%. The invention is illustrated by photographs. In FIG. 1 shows the microstructure of type 1-2 on a nine-point VIAM scale for the alloy W16 OST 1-90202-75. In FIG. Figure 2 shows the destruction of a sample with a type 1 microstructure according to the VIAM scale, which was deposited cold with a degree of deformation of 75%. In FIG. Figure 3 shows the destruction of a sample with a microstructure of type 3 according to the VIAM scale, deposited cold with a degree of deformation of 40%. In FIG. 4 shows the microstructure of a rolled product with an α-grain size of 800-1000 μm; in FIG. 5 - with an α-grain size of 100 - 200 microns. In FIG. 6 shows a sample from a bar with a microstructure of type 1-2 according to the VIAM scale obtained by the claimed method, after cold deposition with a degree of deformation of 86%.

Способ реализуют следующим образом. The method is implemented as follows.

Исходную заготовку, имеющую β-структуру, нагревают до температуры Тпп + (40-150)^oС и прокатывают при этой температуре. Так как псевдо-β-сплавы имеют низкую температуру полиморфного превращения и, следовательно, высокое сопротивление деформации при температуре ниже Тпп + 40^oС, то целесообразно начальную деформацию заготовки провести в заявленном интервале температур. Деформация при этой температуре составляет 97-97,6%. В результате на подкате получают β-структуру с размером α-зерна 800-1000 мкм (фиг. 4). Подкат охлаждают на воздухе. Далее подкат нагревают до температуры Тпп + 20^oС и прокатывают при этой температуре. Так как подкат имеет малое поперечное сечение, то усилие при прокатке не будет превышать предельные значения. Деформация при этой температуре составляет 37-38%, что обеспечивает получение на подкате микроструктуры с β-зернами с размером α-зерна 100-200 мкм (фиг. 5). Подкат охлаждают на воздухе. Далее подкат нагревают до температуры Тпп - (20-50)^oС и прокатывают до готового размера со степенью деформации 54-55%, которая обеспечивает получение микрозерна структуры 1-2 типа (фиг. 1).An initial preform having a β-structure is heated to a temperature of TPP + (40-150) ^o C and rolled at this temperature. Since pseudo-β-alloys have a low polymorphic transformation temperature and, therefore, a high deformation resistance at a temperature lower than TPP + 40 ^o C, it is advisable to conduct the initial deformation of the workpiece in the claimed temperature range. The deformation at this temperature is 97-97.6%. As a result, a β-structure with an α-grain size of 800-1000 μm is obtained on the rolled metal (Fig. 4). The tackle is cooled in air. Next, the tackle is heated to a temperature of TPP + 20 ^o C and rolled at this temperature. Since the tackle has a small cross section, the rolling force will not exceed the limit values. The deformation at this temperature is 37-38%, which ensures that a microstructure with β-grains with an α-grain size of 100-200 μm is obtained on a rolled metal (Fig. 5). The tackle is cooled in air. Next, the tackle is heated to a temperature of TPP - (20-50) ^o C and rolled to a finished size with a degree of deformation of 54-55%, which provides a micrograin structure of type 1-2 (Fig. 1).

Пример 1. Example 1

Заявленный способ опробован при производстве прутков диаметром 8,5 мм из титанового сплава Вт16, предназначенных для изготовления болтов холодной высадкой. The claimed method is tested in the manufacture of rods with a diameter of 8.5 mm from titanium alloy W16, intended for the manufacture of bolts with cold heading.

Заготовку диаметром 130 мм сплава Вт16, имеющего температуру полиморфного превращения Тпп = 875^oС, нагрели до температуры 1050^oС и прокатали на прутки диаметром 19 мм со степенью деформации 97,6%. Прутки охладили до комнатной температуры. Затем подкат нагрели до температуры 895^oС, прокатали на прутки диаметром 15 мм со степенью деформации 38% и охладили на воздухе. Затем подкат нагрели до температуры 835^oС и прокатали на прутки диаметром 10 мм со степенью деформации 55%.A billet with a diameter of 130 mm for a W16 alloy having a polymorphic transformation temperature of TPP = 875 ^° C was heated to a temperature of 1050 ^° C and rolled into rods with a diameter of 19 mm with a degree of deformation of 97.6%. The rods were cooled to room temperature. Then the tackle was heated to a temperature of 895 ^o C, rolled into bars with a diameter of 15 mm with a degree of deformation of 38% and cooled in air. Then the tackle was heated to a temperature of 835 ^o C and rolled onto rods with a diameter of 10 mm with a degree of deformation of 55%.

После необходимой термообработки и обточки на диаметр 8,5 мм от прутков были отрезаны образцы для исследования микроструктуры, испытаний на осадку и испытаний механических свойств. Микроструктура была оценена 1-2 типом (фиг. 1). После испытания на осадку по ГОСТ 8817-82 образцы от прутков выдержали деформацию 86% (фиг. 6). Результаты испытаний механических свойств соответствуют требованиям технических условий. After the necessary heat treatment and turning to a diameter of 8.5 mm, samples were cut from the rods for microstructure studies, draft tests, and mechanical properties tests. The microstructure was rated 1-2 type (Fig. 1). After testing the draft according to GOST 8817-82, the samples from the rods withstood a strain of 86% (Fig. 6). The test results of mechanical properties meet the requirements of technical conditions.

Пример 2 (по прототипу). Example 2 (prototype).

Заготовку диаметром 60 мм сплава Вт16, имеющего Тпп = 880^oС, нагрели до температуры 1050^oС и прокатали на прутки диаметром 20 мм со степенью деформации 88,9%. Нагрели подкат до температуры 840^oС и прокатали на прутки диаметром 10 мм со степенью деформации 75%. Далее полученные прутки обработали аналогично описанному в примере 1. Микроструктура прутков соответствует 3 типу по шкале ВИАМ. Образцы на осадку не выдержали испытаний (фиг. 3).A billet with a diameter of 60 mm of W16 alloy having a TPP = 880 ^° C was heated to a temperature of 1050 ^° C and rolled into bars with a diameter of 20 mm with a degree of deformation of 88.9%. The tackle was heated to a temperature of 840 ^° C and rolled onto rods with a diameter of 10 mm with a degree of deformation of 75%. Further, the obtained rods were processed similarly to those described in Example 1. The microstructure of the rods corresponds to type 3 on the VIAM scale. Samples for sediment did not pass the tests (Fig. 3).

Claims (1)

Способ прокатки прутков из псевдо-β-титановых сплавов для крепежных изделий, включающий нагрев заготовки до температуры выше температуры полиморфного превращения в β-области, прокатку при этой температуре, охлаждение до температуры окружающей среды, нагрев подката до температуры на 20-50^oС ниже температуры полиморфного превращения в (α+β)-области и окончательную прокатку при этой температуре, отличающийся тем, что нагрев и деформацию в β-области проводят в два этапа, при этом на первом этапе заготовку нагревают до температуры на 40-150^oС выше температуры полиморфного превращения, деформируют со степенью деформации 97-97,6% и охлаждают на воздухе, на втором этапе подкат нагревают до температуры на 20^oС выше температуры полиморфного превращения и деформируют со степенью деформации 37-38%, а окончательную прокатку в (α+β)-области проводят со степенью деформации 54-55%.A method of rolling rods from pseudo-β-titanium alloys for fasteners, including heating the workpiece to a temperature above the temperature of polymorphic transformation in the β-region, rolling at this temperature, cooling to ambient temperature, heating the rolled metal to a temperature of 20-50 ^o C lower polymorphic transformation temperature in the (α + β) -region and final rolling at this temperature, characterized in that the heating and deformation in the β-region are carried out in two stages, while in the first stage the billet is heated to a temperature of 40-150 ^o With polymorphic transformation temperatures, deform with a degree of deformation of 97-97.6% and cool in air, at the second stage, the tackle is heated to a temperature of 20 ^o C above the polymorphic transformation temperature and deform with a degree of deformation of 37-38%, and the final rolling to ( α + β) -regions are carried out with a degree of deformation of 54-55%.

Images