RU2465367C1 - Способ получения изделия конструкции "блиск" из жаропрочных титановых сплавов - Google Patents
Способ получения изделия конструкции "блиск" из жаропрочных титановых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2465367C1 RU2465367C1 RU2011137955/02A RU2011137955A RU2465367C1 RU 2465367 C1 RU2465367 C1 RU 2465367C1 RU 2011137955/02 A RU2011137955/02 A RU 2011137955/02A RU 2011137955 A RU2011137955 A RU 2011137955A RU 2465367 C1 RU2465367 C1 RU 2465367C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deformation
- zone
- region
- blade
- product
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Forging (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения изделий из жаропрочных титановых сплавов, и может найти применение в авиационной промышленности, а также энергетическом машиностроении в качестве конструкции «блиск» газотурбинных двигателей ГТД. Заявлен способ получения изделия конструкции «блиск» из жаропрочных титановых сплавов, имеющих лопаточную и дисковую зоны. Способ включает обработку исходной заготовки деформацией в β-области, охлаждение, деформацию лопаточной зоны в (α+β)-области и термическую обработку изделия. Деформацию в β-области проводят при температуре Тпп+(10÷30)°С в закрытом штампе выдавливанием металла из дисковой зоны в лопаточную со степенью деформации не менее 50%, с получением профилированной заготовки. Деформацию лопаточной зоны в (α+β)-области проводят со степенью деформации не менее 45%. Технический результат - получение изделия конструкции «блиск» с высоким коэффициентм использования металла, формирование в дисковой зоне изделия пластинчатой рекристаллизованной микроструктуры с размером β-зерна 50-150 мкм, а в лопаточной зоне - глобулярно-пластинчатой структуры с долей глобулярной α-фазы не менее 60%, обеспечивающих оптимальный уровень механических свойств. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 4 пр.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения изделий из жаропрочных деформированных титановых сплавов, и может найти применение в авиационной промышленности, а также энергетическом машиностроении в качестве конструкции «блиск» газотурбинных двигателей (ГТД).
Конструкция «блиск» предусматривает изготовление дисков компрессора высокого давления (КВД) за счет неразъемного соединения диска и лопаток. При производстве изделий конструкции «блиск» из жаропрочных титановых сплавов важнейшими научно-практическими задачами являются получение регламентированной структуры, фазового состава, высокого и стабильного уровня механических и эксплуатационных свойств в различных зонах заготовок. При этом структура диска и лопаток различна. Пластинчатая рекристаллизованная структура диска должна обеспечивать высокие значения вязкости разрушения, а глобулярная или бимодальная структура лопаток - высокую усталостную прочность.
Известен способ получения изделия конструкции «блиск», включающий отдельное изготовление диска и лопаток с оптимальной структурой и последующее их неразъемное соединение методом лазерной сварки, сварки в защитной атмосфере или сварки трением (патенты США №7341431, 5038014, 6095402).
Заготовка, изготовленная по известному способу, не является монолитной, что может привести к разрушению по границе раздела диска и лопатки. Известный способ также требует использования дорогостоящего сварочного оборудования.
Известен способ получения изделия конструкции «блиск» без границ раздела между диском и лопатками. Способ включает получение отдельно деформированных заготовок диска и лопаток с оптимальной структурой и их диффузионную сварку в газостате (горячим изостатическим прессованием) с использованием порошковой присадки из того же материала (патент №ЕР1859889).
Известный способ требует использования уникального оборудования (газостата) и является очень трудоемким в связи с необходимостью изготовления сложнопрофильной капсулы и последующего ее удаления с изделия.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению и взятым за прототип является способ получения изделия конструкции «блиск» из жаропрочных титановых сплавов, включающий обработку исходной заготовки деформацией в β-области со степенью деформации 20-40% в открытом штампе или термической обработкой в β-области в течение 1 часа, ускоренное охлаждение, нагрев до температуры (α+β)-области, деформацию периферийной (лопаточной) зоны при температуре (α+β)-области со степенью деформации 20-40% с получением изделия с толщиной лопаточной зоны меньшей или равной толщине дисковой зоны заготовки и термическую обработку изделия (патент США №6110302).
Недостатками способа-прототипа является то, что структура в дисковой и лопаточной зонах изделия «блиск» не является оптимальной. В дисковой зоне формируется очень крупная структура (в случае термической обработки при температурах β-области), что приводит к снижению пластичности материала. При обработке исходной заготовки деформацией в β-области формируется структура с вытянутыми границами зерен, ориентированными в направлении наиболее вероятного распространения трещины, снижающая вязкость разрушения.
Оптимальной структурой для лопаток и лопаточной зоны изделия «блиск» является глобулярная или бимодальная структура, однако в лопаточной зоне формируется в основном пластинчатая структура с небольшой долей глобулярной α-фазы, не обеспечивающая получение необходимой усталостной прочности и пластичности.
Изделия, полученные по способу-прототипу, имеют низкий коэффициент использования металла (КИМ), так как требуют механической обработки с удалением значительной части металла в дисковой зоне.
Технической задачей изобретения является создание способа получения изделия конструкции «блиск» из жаропрочных титановых сплавов, обеспечивающего повышение коэффициента использования металла, формирование в дисковой зоне изделия пластинчатой рекристаллизованной микроструктуры с размером β-зерна 50-150 мкм, а в лопаточной зоне - глобулярно-пластинчатой структуры с долей глобулярной α-фазы не менее 60%, обеспечивающих оптимальный уровень механических свойств.
Для достижения поставленной задачи предложен способ получения изделия конструкции «блиск» из жаропрочных титановых сплавов, имеющих лопаточную и дисковую зоны, включающий обработку исходной заготовки деформацией в β-области, охлаждение, деформацию лопаточной зоны в (α+β)-области и термическую обработку изделия, в котором деформацию в β-области проводят при температуре Тпп+(10÷30)°С в закрытом штампе выдавливанием металла из дисковой зоны в лопаточную со степенью деформации не менее 50%, с получением профилированной заготовки, а деформацию лопаточной зоны в (α+β)-области проводят со степенью деформации не менее 45%.
Перед деформацией в β-области проводят предварительную деформацию исходной заготовки в (α+β)-области со скоростью деформации 2,0-4,0 мм/с и степенью деформации не менее 40% с последующим нагревом под деформацию в β-области в течение не более 30 мин.
Деформация в β-области при температуре Тпп+(10÷30)°С в закрытом штампе, выдавливанием металла из дисковой зоны в лопаточную зону заготовки позволяет получить профилированную заготовку с тонкой дисковой зоной и проводить охлаждение на воздухе (без ускоренного охлаждения) с получением микроструктуры с размером β-зерна 50-150 мкм и повысить КИМ по сравнению со способом-прототипом.
Предварительная деформация в (α+β)-области со скоростью деформации 2,0-4,0 мм/с и степенью деформации не менее 40%, позволяет проводить нагрев заготовки в течение не более 30 мин и при последующей деформации в β-области при температуре Тпп+(10÷30)°С со степенью деформации не менее 50% позволяет получить пластинчатую рекристаллизованную структуру с размером β-зерна 50-150 мкм.
Деформация по предлагаемым режимам обеспечивает по сравнению со способом-прототипом получение более мелкой структуры в дисковой зоне изделия и соответственно повышение механических свойств.
Деформация в (α+β)-области лопаточной зоны изделия со степенью деформации не менее 45% позволяет получать глобулярно-пластинчатую структуру с долей глобулярной α-фазы не менее 60%.
Деформация по предлагаемым режимам обеспечивает по сравнению со способом-прототипом увеличение в лопаточной зоне изделия доли глобулярной α-фазы.
Схема деформации согласно предлагаемому способу представлена на фиг.1.
Примеры осуществления
Пример 1.
Для осуществления способа выбран жаропрочный титановый сплав ВТ18У (Тпп=1020°С), из которого изготовлено изделие конструкции «блиск» диаметром 250 мм.
В качестве исходной заготовки использовали деформированный пруток диаметром 100 мм с размером β-зерна 250 мкм.
Предварительную деформацию в (α+β)-области проводили свободной осадкой при температуре 990°С со скоростью деформации 2,0 мм/с и степенью деформации 40%.
Нагрев заготовки после предварительной деформации до температуры деформации в β-области проводили путем переноса заготовки в печь сразу после предварительной деформации. Время нагрева составило 12 минут.
Деформацию в β-области проводили при температуре 1030°С (Тпп+10°С) в закрытом штампе выдавливанием металла из дисковой зоны в лопаточную зону заготовки с получением профилированной заготовки. Охлаждение заготовки проводили на воздухе.
В образце, вырезанном из дисковой зоны профилированной заготовки, размер зерна составил 100 мкм.
Деформацию лопаточной зоны проводили в (α+β)-области при температуре 990°С (Тпп-30°С) со степенью деформации 45% в кольцевом штампе. В лопаточной зоне изделия была получена глобулярно-пластинчатая структура с долей глобулярной α-фазы 70%.
Режимы предлагаемого способа и механические свойства изделий конструкции «блиск» приведены в таблице.
Коэффициент использования металла (КИМ) в полученном изделии составил 0,5 при сохранении оптимального уровня механических свойств.
Примеры 2 и 3 для сплавов ВТ25У и ВТ8-1 соответственно были выполнены аналогично примеру 1 по режимам, приведенным в таблице.
Пример 4 (способ-прототип).
Для осуществления способа-прототипа выбран жаропрочный титановый сплав ВТ8-1 (аналог Ti17) (Тпп=1000°С), из которого изготовлено изделие конструкции «блиск» диаметром 250 мм.
В качестве исходной заготовки использовали деформированный пруток диаметром 120 мм с размером β-зерна 250 мкм.
Нагрев заготовки до температуры 1080°С (Тпп+80°С) проводили в течение 1 часа.
Деформацию в β-области проводили при температуре 1080°С свободной осадкой. Охлаждение заготовки проводили ускоренно при обдувке вентилятором.
В образце, вырезанном из дисковой зоны заготовки, размер зерна составил 250 мкм.
Деформацию лопаточной зоны проводили в (α+β)-области при температуре 970°С (Тпп-30°С) со степенью деформации 40% в кольцевом штампе. В лопаточной зоне изделия сформировалась глобулярно-пластинчатая структура с долей глобулярной α-фазы 30%.
Коэффициент использования металла (КИМ) в полученной заготовке составил 0,2.
Сравнительный анализ предлагаемого способа получения изделия конструкции «блиск» из жаропрочных титановых сплавов со способом-прототипом показал, что предлагаемый способ позволяет повысить КИМ в 2-2,5 раза, а также обеспечивает формирование оптимальной структуры в дисковой и лопаточной зоне изделия, в частности получение пластинчатой рекристаллизованной микроструктуры с размером β-зерна 50-150 мкм материала в дисковой зоне изделия и глобулярно-пластинчатой структуры материала с долей глобулярной α-фазы 60-80% в лопаточной зоне изделия, что позволяет повысить механические свойства изделия по сравнению со способом-прототипом: в дисковой зоне ударная вязкость материала (KCU) увеличилась на 20%, относительное удлинение (δ) увеличилось на 25%, в лопаточной зоне усталостная прочность материала (σ-1) повысилась на 10%, относительное удлинение увеличилось на 35%.
При использовании предлагаемого способа повысятся надежность и ресурс изделий конструкции «блиск» компрессора высокого давления ГТД.
Claims (2)
1. Способ получения изделия конструкции «блиск» из жаропрочных титановых сплавов, имеющих лопаточную и дисковую зоны, включающий обработку исходной заготовки деформацией в β-области, охлаждение, деформацию лопаточной зоны в (α+β)-области, термическую обработку изделия, отличающийся тем, что деформацию в β-области проводят при температуре Тпп+(10÷30)°С в закрытом штампе выдавливанием металла из дисковой зоны в лопаточную со степенью деформации не менее 50%, с получением профилированной заготовки, а деформацию лопаточной зоны в (α+β)-области проводят со степенью деформации не менее 45%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед деформацией в β-области проводят предварительную деформацию исходной заготовки в (α+β)-области со скоростью деформации 2,0-4,0 мм/с и степенью деформации не менее 40% с последующим нагревом под деформацию в β-области в течение не более 30 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011137955/02A RU2465367C1 (ru) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Способ получения изделия конструкции "блиск" из жаропрочных титановых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011137955/02A RU2465367C1 (ru) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Способ получения изделия конструкции "блиск" из жаропрочных титановых сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2465367C1 true RU2465367C1 (ru) | 2012-10-27 |
Family
ID=47147454
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011137955/02A RU2465367C1 (ru) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Способ получения изделия конструкции "блиск" из жаропрочных титановых сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2465367C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU209367U1 (ru) * | 2021-02-16 | 2022-03-15 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация " (АО "ОДК") | Моноблочная заготовка блиска |
CN115007775A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-06 | 中国航发北京航空材料研究院 | 高强度650℃高温钛合金大尺寸整体叶盘锻件制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6110302A (en) * | 1996-12-24 | 2000-08-29 | General Electric Company | Dual-property alpha-beta titanium alloy forgings |
RU2268131C1 (ru) * | 2004-08-30 | 2006-01-20 | Открытое акционерное общество "Энергомашкорпорация" | Способ изготовления роторов |
US20060045785A1 (en) * | 2004-08-30 | 2006-03-02 | Yiping Hu | Method for repairing titanium alloy components |
US20080099465A1 (en) * | 2006-01-12 | 2008-05-01 | General Electric Company | Localized heat treating apparatus for blisk airfoils |
-
2011
- 2011-09-15 RU RU2011137955/02A patent/RU2465367C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6110302A (en) * | 1996-12-24 | 2000-08-29 | General Electric Company | Dual-property alpha-beta titanium alloy forgings |
RU2268131C1 (ru) * | 2004-08-30 | 2006-01-20 | Открытое акционерное общество "Энергомашкорпорация" | Способ изготовления роторов |
US20060045785A1 (en) * | 2004-08-30 | 2006-03-02 | Yiping Hu | Method for repairing titanium alloy components |
US20080099465A1 (en) * | 2006-01-12 | 2008-05-01 | General Electric Company | Localized heat treating apparatus for blisk airfoils |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU209367U1 (ru) * | 2021-02-16 | 2022-03-15 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация " (АО "ОДК") | Моноблочная заготовка блиска |
CN115007775A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-06 | 中国航发北京航空材料研究院 | 高强度650℃高温钛合金大尺寸整体叶盘锻件制备方法 |
CN115007775B (zh) * | 2022-06-29 | 2024-02-02 | 中国航发北京航空材料研究院 | 高强度650℃高温钛合金大尺寸整体叶盘锻件制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6200985B2 (ja) | α+γチタンアルミナイド合金から、往復ピストンエンジン及びガスタービン、特に航空エンジン用の高耐応力特性の部品を製造する方法 | |
US8888461B2 (en) | Material for a gas turbine component, method for producing a gas turbine component and gas turbine component | |
RU2368695C1 (ru) | Способ получения изделия из высоколегированного жаропрочного никелевого сплава | |
US5032189A (en) | Method for refining the microstructure of beta processed ingot metallurgy titanium alloy articles | |
CN106734796A (zh) | 发动机用耐高温钛合金大规格棒材的锻造方法 | |
US10107112B2 (en) | Method for producing forged components from a TiAl alloy and component produced thereby | |
CA2706289A1 (en) | Method for producing a forging from a gamma titanium aluminum-based alloy | |
Sizova et al. | Wire-arc additive manufacturing of pre-forms for forging of a Ti–6Al–4V turbine blade | |
CN105734473A (zh) | 一种tc17钛合金的等温锻造组织控制方法 | |
Sizova et al. | Hot workability and microstructure evolution of pre-forms for forgings produced by additive manufacturing | |
RU2465367C1 (ru) | Способ получения изделия конструкции "блиск" из жаропрочных титановых сплавов | |
CN105695910A (zh) | 一种TiAl基合金板材超塑性成形方法 | |
Zarghani et al. | Hot compressive deformation behavior of Ti-8Al-1Mo-1 V titanium alloy at elevated temperatures: Focus on flow behavior, constitutive modeling, and processing maps | |
RU2610658C2 (ru) | Способ изготовления составных заготовок типа "диск-диск" и "диск-вал" из жаропрочных титановых и никелевых сплавов | |
RU2382686C2 (ru) | Способ штамповки заготовок из наноструктурных титановых сплавов | |
JP4259863B2 (ja) | TiAl合金からなる高負荷容量の部材を製造する方法 | |
US20090159162A1 (en) | Methods for improving mechanical properties of a beta processed titanium alloy article | |
Ermatchenko et al. | Production of aircraft engine compressor rotor discs with desired service life in titanium alloys | |
RU2389822C1 (ru) | Способ изготовления штамповок дисков из слитков высокоградиентной кристаллизации из никелевых сплавов | |
RU2520924C1 (ru) | Способ изготовления поковок дисков из сплава алюминия титана на основе орто-фазы | |
RU2453398C1 (ru) | Способ получения изделия из сплава типа вв751п с высокой прочностью и жаропрочностью | |
RU2256721C1 (ru) | Способ изготовления диска из высоколегированного жаропрочного никелевого сплава | |
Valitov et al. | The effect of thermomechanical treatment conditions on the structure and properties of the granulated EP741NP nickel alloy | |
RU2229952C1 (ru) | Способ штамповки заготовок из титановых сплавов | |
Bhowal et al. | Full scale gatorizing of fine grain inconel 718 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130916 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150610 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20170130 |