RU2417950C1 - Nethod of thermal treatment of articles made from two-phase tutanium alloys - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, particularly, to thermal treatment of titanium alloys. Proposed method comprises quenching heating at 850 to 880°C, curing and quenching cooling and ageing at 480 to 500°C for 12 to 14 hrs. Quenching cooling is performed in medium consisting of pulsating water-air flow that features velocity of 25-30 m/s, pulsation frequency of 839-1000 Hz, pulsated air pressure of 8-12 kPa and variable sound pressure of 80-90dB.

EFFECT: reduced deformation in thermal treatment, higher hardness and wear resistance.

Description

Заявляемое изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к термической обработке, в частности к термической обработке титановых сплавов.The invention relates to the field of metallurgy, and more particularly to heat treatment, in particular to the heat treatment of titanium alloys.

В конструкции деталей машин и приборов широко применяются упрочняемые закалкой и последующим старением детали из термоупрочняемых двухфазных титановых сплавов, причем их использование имеет тенденцию к увеличению. Для упрочняющей термической обработки подобных деталей важную роль играют охлаждающие среды. Применение при закалке таких интенсивных охладителей, как вода, приводит к поводке, в особенности длинномерных деталей и деталей сложной формы, короблению и образованию трещин.In the design of machine parts and devices, hardened by quenching and subsequent aging of parts made of heat-strengthened two-phase titanium alloys are widely used, and their use tends to increase. Cooling media play an important role in hardening heat treatment of such parts. The use of such intense coolers as water during quenching leads to a leash, in particular to lengthy parts and parts of complex shape, warping and cracking.

Использование в качестве закалочных сред таких менее резких охладителей, как минеральные масла, а также водные растворы полимеров, создает проблему утилизации и при этом не всегда обеспечивает требуемую скорость охлаждения. Поэтому представляется перспективным использование закалочной среды, не уступающей вышеперечисленным по закаливающей способности, уменьшающей поводку и трещинообразование и в то же время являющейся экологически чистой - пульсирующий водовоздушный поток.The use of less harsh coolers such as mineral oils as well as aqueous polymer solutions as quenching media creates a disposal problem and does not always provide the required cooling rate. Therefore, it seems promising to use a quenching medium that is not inferior to the above in hardening ability, reduces leash and crack formation and at the same time is environmentally friendly - a pulsating water-air flow.

Известен способ термической обработки, которому подвергают изделия или заготовки из двухфазных титановых сплавов (см. патент RU 2255137 С1, 27.06.2005 г. Бюл. №18). Образцы из сплава ВТ14 в исходном состоянии, предварительно подвергнутые отжигу, закалке с температуры 850-880°С в воде или закалке и старению при температуре 480-500°С в течение 12 часов, нагревают до температуры 0,5-0,8 от температуры старения и после выдержки помещают в камеру газоструйного генератора звука, где они охлаждаются под действием нестационарного воздушного потока и акустического поля звукового диапазона частот с уровнем звукового давления 140-160 дБ в течение 4-5 минут. В результате данного способа обеспечивается повышение прочности до 1,3 раза без снижения пластичности.A known method of heat treatment, which is subjected to products or billets of two-phase titanium alloys (see patent RU 2255137 C1, 06/27/2005 Bull. No. 18). Samples of VT14 alloy in the initial state, preliminarily annealed, quenched from a temperature of 850-880 ° С in water or quenched, and aged at a temperature of 480-500 ° С for 12 hours, heated to a temperature of 0.5-0.8 of temperature After aging, they are placed in the chamber of a gas-jet sound generator, where they are cooled by the unsteady air flow and the acoustic field of the sound frequency range with a sound pressure level of 140-160 dB for 4-5 minutes. As a result of this method, an increase in strength up to 1.3 times is achieved without a decrease in ductility.

Основными недостатками способа являются закалка в таком интенсивном охладителе, как вода, создающем значительный градиент температур по объему изделия, что приводит к поводке, а также необходимость дополнительной технологической операции нагрева, делающей термическую обработку сложной и дорогостоящей.The main disadvantages of the method are hardening in such an intensive cooler as water, which creates a significant temperature gradient over the volume of the product, which leads to a leash, as well as the need for additional technological heating operation, which makes the heat treatment difficult and expensive.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ термической обработки изделия или заготовки из титанового сплава ВТ14 (см. Ю.М.Лахтин, В.П.Леонтьева. Материаловедение. М.: Машиностроение. 1990 г. С.384), принятый в качестве ближайшего аналога. Детали из сплава ВТ14 упрочняются закалкой от 850-880°С в воде и последующим старением при 480-500°С в течение 12-16 ч.Closest to the technical nature of the claimed invention is a method of heat treatment of a product or a workpiece made of titanium alloy VT14 (see Yu.M. Lakhtin, V.P. Leontyeva. Materials Science. M: Mechanical Engineering. 1990, S. 384), adopted as the closest analogue. Parts made of VT14 alloy are hardened by quenching from 850-880 ° C in water and subsequent aging at 480-500 ° C for 12-16 hours.

Основными недостатками данного известного способа являются поводка в результате закалки изделий в таком интенсивном охладителе, как вода, а также их недостаточно высокая твердость и износостойкость.The main disadvantages of this known method are the leash as a result of quenching of products in such an intensive cooler as water, as well as their insufficiently high hardness and wear resistance.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача уменьшить поводку в ходе закалки двухфазных титановых сплавов, наблюдаемую у длинномерных изделий и изделий сложной формы при применении таких резких охладителей, как вода, а также повысить твердость после закалки и старения, благодаря чему увеличивается износостойкость изделий из данных сплавов.The claimed invention has the task to reduce the leash during hardening of two-phase titanium alloys, observed in long products and products of complex shape when using such sharp coolers as water, and also to increase hardness after quenching and aging, thereby increasing the wear resistance of products from these alloys.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе термической обработки изделий из двухфазных титановых сплавов путем закалочного нагрева при температуре от 850 до 880°С, выдержки и закалочного охлаждения с последующим старением при температуре от 480 до 500°С продолжительностью от 12 до 14 час закалочное охлаждение осуществляют в среде, представляющей собой пульсирующий водовоздушный поток, обладающий скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 830 до 1000 Гц, импульсным воздушным давлением от 8 до 12 кПа и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ.The solution to this problem is achieved by the fact that in the method of heat treatment of products from two-phase titanium alloys by quenching heating at a temperature of from 850 to 880 ° C, holding and quenching cooling, followed by aging at a temperature of from 480 to 500 ° C for a duration of 12 to 14 hours, quenching cooling is carried out in an environment that is a pulsating water-air flow having a speed of 25 to 30 m / s, an oscillation frequency of 830 to 1000 Hz, a pulsed air pressure of 8 to 12 kPa and variable sound pressure from 80 to 90 dB.

Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно уменьшить поводку при термической обработке изделий из двухфазных титановых сплавов, а также увеличить их твердость и износостойкость после закалки и последующего старения в сравнении со стандартной термической обработкой.Thus, the invention allowed to obtain a technical result, namely, to reduce the leash during heat treatment of products from two-phase titanium alloys, as well as to increase their hardness and wear resistance after quenching and subsequent aging in comparison with standard heat treatment.

Заявляемое изобретение реализуется следующим образом: изделие из двухфазного титанового сплава ВТ14, нагретое в электропечи до температуры закалки от 850 до 880°С, после требуемой выдержки помещают в рабочую камеру, где охлаждают под действием пульсирующего водовоздушного потока, обладающего скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 830 до 1000 Гц, импульсным воздушным давлением от 8 до 12 кПа и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ, оказывающего на закаливающееся изделие комплексное воздействие. Расход воды при этом составляет от 1 до 1,5 л/мин.The claimed invention is implemented as follows: a product of two-phase titanium alloy VT14, heated in an electric furnace to a quenching temperature from 850 to 880 ° C, after the required exposure is placed in a working chamber, where it is cooled by a pulsating water-air stream with a speed of 25 to 30 m / s, oscillation frequency from 830 to 1000 Hz, pulsed air pressure from 8 to 12 kPa and variable sound pressure from 80 to 90 dB, which has a complex effect on the hardened product. The water consumption in this case is from 1 to 1.5 l / min.

Как следствие, при меньшей, чем в воде, скорости охлаждения получена твердость не выше, чем при закалке в воде, и более высокая твердость после старения. Пульсации водовоздушной смеси обеспечивают релаксацию напряжений, возникающих в результате закалочного охлаждения, и тем самым уменьшают поводку изделий. Более высокая твердость после старения титанового сплава, закаленного в пульсирующей водовоздушной смеси в сравнении с закаленным в воде, может быть объяснена более дисперсной мартенситной α"-фазой, образующейся при закалке под влиянием пульсаций водовоздушного потока, распад которой в процессе старения обеспечивает повышение твердости и прочности.As a result, at a lower cooling rate than in water, the hardness obtained is not higher than when quenched in water, and higher hardness after aging. Ripples of the water-air mixture provide relaxation of stresses resulting from quenching cooling, and thereby reduce the leash of products. The higher hardness after aging of a titanium alloy quenched in a pulsating water-air mixture compared to that quenched in water can be explained by a more dispersed martensitic α "phase, which is formed during quenching under the influence of pulsations of the air flow, the decay of which during aging provides an increase in hardness and strength .

После закалки изделие подвергают искусственному старению в электропечи при температуре от 480 до 500°С.After hardening, the product is subjected to artificial aging in an electric furnace at a temperature of from 480 to 500 ° C.

Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно уменьшить поводку при термической обработке изделий из двухфазных титановых сплавов, а также повысить твердость и износостойкость в сравнении со стандартной упрочняющей термической обработкой подобных сплавов.Thus, the invention allowed to obtain a technical result, namely to reduce the leash during heat treatment of products from two-phase titanium alloys, as well as to increase hardness and wear resistance in comparison with standard hardening heat treatment of such alloys.

Claims (1)

Способ термической обработки изделий из двухфазных титановых сплавов путем закалочного нагрева при температуре от 850 до 880°С, выдержки и закалочного охлаждения с последующим старением при температуре от 480 до 500°С продолжительностью от 12 до 14 ч, отличающийся тем, что закалочное охлаждение осуществляют в среде, представляющей собой пульсирующий водовоздушный поток, обладающий скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 830 до 1000 Гц, импульсным воздушным давлением от 8 до 12 кПа и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ. The method of heat treatment of products from two-phase titanium alloys by quenching heating at a temperature of from 850 to 880 ° C, aging and quenching cooling, followed by aging at a temperature of from 480 to 500 ° C for a duration of 12 to 14 hours, characterized in that the quenching cooling is carried out in medium, which is a pulsating water-air flow with a speed of 25 to 30 m / s, an oscillation frequency of 830 to 1000 Hz, a pulsed air pressure of 8 to 12 kPa, and a variable sound pressure of 80 to 90 dB.