RU2625376C1 - Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения в направлении оси прутка - Google Patents
Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения в направлении оси прутка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2625376C1 RU2625376C1 RU2016110292A RU2016110292A RU2625376C1 RU 2625376 C1 RU2625376 C1 RU 2625376C1 RU 2016110292 A RU2016110292 A RU 2016110292A RU 2016110292 A RU2016110292 A RU 2016110292A RU 2625376 C1 RU2625376 C1 RU 2625376C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- rod
- phase
- titanium alloys
- alloy
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
- B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов. Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов с молибденовым эквивалентом от 3,3 до 22% включает закалку прутка и его холодную деформацию. Перед закалкой пруток подвергают горячей деформации при температуре в диапазоне от 500°C до Тпп-20°C с обеспечением аксиальной текстуры β-фазы <110> с полюсной плотностью не менее трех. Закалку прутка осуществляют с температур в диапазоне от 720°C до Тпп с последующей холодной деформацией вдоль оси прутка при температуре не выше 300°C и с относительным удлинением от 1 до 30%, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава. Сплав характеризуется низким термическим коэффициентом линейного расширения при высоких значениях прочности и удовлетворительной пластичности. 1 ил., 2 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно описывает способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения в направлении оси прутка, то есть для реализации одномерного инвар-эффекта в двухфазных титановых сплавах.
В инварном сплаве Н36 (Fe-36%Ni) [1] инвар-эффект связан с ферромагнитностью этого материала, и поэтому такой материал не требует какой-либо специальной термомеханической обработки для реализации инвар-эффекта. Недостатками данного материала является недостаточная прочность при высокой плотности, а также недостаточно низкие значения термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР), а также ограниченная коррозионная стойкость.
Также известен неферромагнитный сплав 93ЦТ (Zr-(6-8%)Ti), характеризующийся достаточно высокой пластичностью и коррозионной стойкостью [2]. К недостаткам этого материала можно отнести также сравнительно высокие значения ТКЛР, а также ограниченный температурный интервал проявления инвар-эффекта (-100…150°С) при повышенной плотности.
Недостатком другого существующего сплава Cr - (3-7%)Fe - (0.2-1.5%)Mn - (0.001-1.0%)La является крайне узкий интервал пониженных значений ТКЛР (0…40°С) при катастрофически низкой пластичности при комнатных температурах и высокой плотности [2]. Кроме того, сплав является нетехнологичным.
Известен способ реализации инвар-эффекта в титановых сплавах, легированных 2…20% (масс.) ванадия, а также опционально ниобием и танталом [2, 3], используемый для получения состояния с низким термическим расширением в диапазоне температур от -150 до 200°С, включающий закалку сплава из однофазной β-области для получения структуры α''-мартенсита с последующей холодной прокаткой с обжатием 30…70% для получения преимущественной кристаллографической ориентировки (текстуры) мартенсита. Инвар-эффект в данном случае реализуется за счет анизотропии свойств кристаллической решетки мартенсита вдоль осей «а», «b» и «с».
Данный способ является близким к предлагаемому техническому решению. Недостатком данного подхода является необходимость использования специальных прецизионных сплавов, а также недостаточный уровень прочностных свойств в состоянии после обработки. Последнее отчасти связано с необходимостью закалки сплава из однофазной β-области, что приводит к сильному росту зерен с последующим падением прочностных и пластических свойств. Кроме того, способ требует проведения прокатки с сильными обжатиями в холодном состоянии, когда пластичность сплава является низкой.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в формировании состояния в прутках из коррозионностойких неферромагнитных промышленных титановых двухфазных титановых сплавов с низким контролируемым значением ТКЛР (вплоть до отрицательного), которое характеризуется повышенной прочностью при удовлетворительной пластичности.
Техническим результатом изобретения является низкое значение ТКЛР (-3…3) в интервале температур -140…+70°С при высоких значениях прочности (более 900 МПа) и удовлетворительной пластичности (более 5%).
Указанный результат достигается за счет комплексной термомеханической обработки, которая включает горячую деформацию прутка при температуре в диапазоне 500°С…Тпп-20°С для получения аксиальной текстуры β-фазы <110> с полюсной плотностью не менее 3, закалку прутка с температур в интервале 720°С…Тпп с последующей холодной деформацией вдоль оси прутка, при температуре не выше 300°С и с относительным удлинением от 1 до 30%, где Тпп - температура полного полиморфного превращения используемой плавки сплава.
В качестве материала, из которого производится пруток, могут выступать двухфазные титановые сплавы, условный молибденовый эквивалент которых находится в интервале от 3,3 до 22%.
Сущность изобретения: достижение вышеуказанного технического результата изобретения основано на анизотропии термического расширения кристаллической решетки α''-мартенсита, формирование которого возможно при охлаждении и деформации титановых сплавов.
При деформировании двухфазных титановых сплавов при повышенных температурах происходит текстурирование β-фазы, то есть возникновение в материале преимущественной кристаллографической ориентировки. При этом частицы α-фазы, сохраняющиеся в структуре сплава до температуры полного полиморфного превращения (Тпп), препятствуют протеканию рекристаллизации β-фазы, при которой может изменяться сформированная деформацией текстура. При последующей закалке происходит фиксация метастабильной β-фазы с текстурным состоянием, которое было сформировано при горячей деформации. Деформирование закаленного сплава в холодном состоянии приводит к повышению температуры начала мартенситного превращения выше комнатной и протеканию деформационно-индуцированного прямого β→α''-мартенситного превращения. Формирующая при этом α''-мартенситная фаза наследует текстурное состояние от β-фазы. Преимущественная аксиальная текстура (010) α''-мартенситной фазы вследствие отрицательного термического расширения вдоль оси «b» ее кристаллической решетки обеспечивает компенсацию термического расширения/сужения материала в указанном интервале температур.
С целью реализации инвар-эффекта сплавы, из которых изготовлены прутки, должны характеризоваться следующим. Во-первых, должна иметься возможность фиксации метастабильной β-фазы при закалке. Во-вторых, химический состав β-фазы должен обеспечивать возможность протекания деформационно-индуцированного β→α''-мартенситного превращения при комнатных температурах. Использование сплавов с молибденовым эквивалентом менее 3,3% исключает возможность сохранить в закаленном состоянии β-фазу в достаточном количестве, а в сплавах с эквивалентом свыше 22% стабильность закаленной β-фазы оказывается слишком высокой для протекания деформационно-индуцированного мартенситного превращения при комнатной температуре.
Предшествующее закалке деформирование прутков при этом должно осуществляться при температурах, обеспечивающих максимально высокую объемную долю β-фазы в структуре материала, при этом сохраняющаяся в структуре α-фаза должна эффективно подавлять протекание рекристаллизационных процессов в материале. Как показали исследования, при температурах ниже 500°С объемная доля β-фазы в структуре является пренебрежимо низкой, а выше Тпп-20° доля α-фазы оказывается недостаточной для торможения рекристаллизации. Температура последующей закалки была выбрана таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить фиксацию метастабильной β-фазы при комнатной температуре, а с другой стороны, сохранялась возможность протекания деформационно-индуцированного мартенситного превращения. Закалка с температур ниже 720°С приводит к получению β-фазы с температурой начала мартенситного превращения значительно ниже комнатной. Степень холодной деформации должна быть достаточной для протекания β→α''-мартенситного превращения при комнатной температуре. Меньшая степень деформации не обеспечивает необходимого повышения температуре начала мартенситного превращения, а более высокая приводит к получению α'-мартенсита в структуре, реализация инвар-эффекта, при котором является невозможной.
Пример.
Предлагаемое техническое решение подтверждено на примере термомеханической обработки промышленного сплава ВТ16 (Ti-3Al-5Mo-5V), условный молибденовый эквивалент которого равен 8,25.
В процессе обработки исходная заготовка под пруток диаметром 12 мм подвергалась волочению на конечный диаметр 5.3 мм и закаливалась в воду с температуры 760°С. Затем пруток при комнатной температуре подвергался одноосному растяжению вдоль оси до достижения относительной степени деформации 0.7…8.0%. Значения ТКЛР определялись с помощью высокоточного дифференциального дилатометра Linseis L75VD1600C.
В табл. 1 представлены зафиксированные в температурном интервале -140…70°С значения, а на фиг. 1 - зависимость ТКЛР сплава от степени холодной деформации. В табл. 2 приведены механические свойства сплава после холодной деформации со степенью 8%.
Как видно из приведенных данных, в результате предложенной термомеханической обработки достигается значительное снижение ТКЛР (вплоть до отрицательных значений) при сохранении высокой прочности (более 900 МПа) и удовлетворительной пластичности (порядка 5%).
Источники информации
1. Прецизионные сплавы. Справочник. М.: 1984, с. 212…258.
2. Неферромагнитный инварный сплав и изделие, выполненное из него (их варианты): пат. 2095455 Рос. Федерация. №96114190/02; заявл. 16.07.1996; опубл. 10.11.1997.
3. Хромова Л.П. Повышение качества изделий точного машиностроения на основе разработки инварного титанового сплава: автореф. дис. канд. техн. наук. - Москва, 2005. - 28 с.
Claims (1)
- Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов с молибденовым эквивалентом от 3,3 до 22%, включающий закалку прутка и его холодную деформацию, отличающийся тем, что перед закалкой пруток подвергают горячей деформации при температуре в диапазоне от 500°C до Тпп-20°C с обеспечением аксиальной текстуры β-фазы <110> с полюсной плотностью не менее трех, закалку прутка осуществляют с температур в диапазоне от 720°C до Тпп с последующей холодной деформацией вдоль оси прутка при температуре не выше 300°C и с относительным удлинением от 1 до 30%, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016110292A RU2625376C1 (ru) | 2016-03-21 | 2016-03-21 | Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения в направлении оси прутка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016110292A RU2625376C1 (ru) | 2016-03-21 | 2016-03-21 | Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения в направлении оси прутка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2625376C1 true RU2625376C1 (ru) | 2017-07-13 |
Family
ID=59495614
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016110292A RU2625376C1 (ru) | 2016-03-21 | 2016-03-21 | Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения в направлении оси прутка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2625376C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU742483A1 (ru) * | 1978-01-11 | 1980-06-25 | Калининградский Машиностроительный Завод | Способ термомеханической обработки -титановых сплавов |
RU2095455C1 (ru) * | 1996-07-16 | 1997-11-10 | Научно-производственный центр "ИНОР" | Неферромагнитный инварный сплав и изделие, выполненное из него (их варианты) |
RU2119549C1 (ru) * | 1997-06-17 | 1998-09-27 | Сергей Герасимович Федотов | Способ получения инварных сплавов |
US6077369A (en) * | 1994-09-20 | 2000-06-20 | Nippon Steel Corporation | Method of straightening wire rods of titanium and titanium alloy |
US20150159252A1 (en) * | 2012-07-02 | 2015-06-11 | Nhk Spring Co., Ltd. | A+b type titanium alloy and production method therefor |
-
2016
- 2016-03-21 RU RU2016110292A patent/RU2625376C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU742483A1 (ru) * | 1978-01-11 | 1980-06-25 | Калининградский Машиностроительный Завод | Способ термомеханической обработки -титановых сплавов |
US6077369A (en) * | 1994-09-20 | 2000-06-20 | Nippon Steel Corporation | Method of straightening wire rods of titanium and titanium alloy |
RU2095455C1 (ru) * | 1996-07-16 | 1997-11-10 | Научно-производственный центр "ИНОР" | Неферромагнитный инварный сплав и изделие, выполненное из него (их варианты) |
RU2119549C1 (ru) * | 1997-06-17 | 1998-09-27 | Сергей Герасимович Федотов | Способ получения инварных сплавов |
US20150159252A1 (en) * | 2012-07-02 | 2015-06-11 | Nhk Spring Co., Ltd. | A+b type titanium alloy and production method therefor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5215855B2 (ja) | Fe基合金及びその製造方法 | |
Sutou et al. | Characteristics of Cu–Al–Mn-based shape memory alloys and their applications | |
US7628874B2 (en) | Methods of processing nickel-titanium alloys | |
Sutou et al. | Effects of aging on stress-induced martensitic transformation in ductile Cu–Al–Mn-based shape memory alloys | |
Adharapurapu et al. | Superelasticity in a new bioimplant material: Ni-rich 55NiTi alloy | |
US20170088910A1 (en) | Corrosion and cracking resistant high manganese austenitic steels containing passivating elements | |
Ijaz et al. | Design of a novel superelastic Ti-23Hf-3Mo-4Sn biomedical alloy combining low modulus, high strength and large recovery strain | |
JP4837783B2 (ja) | 引張強度が1000MPa級以上のα+β型チタン合金部材のヤング率調整方法 | |
Guo et al. | Evolution of microstructure and texture during recrystallization of the cold-swaged Ti-Nb-Ta-Zr-O alloy | |
Wojcik | Properties and heat treatment of high transition temperature Ni-Ti-Hf alloys | |
Ha et al. | Effect of C content on the microstructure and physical properties of Fe-36Ni invar alloy | |
RU2625376C1 (ru) | Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения в направлении оси прутка | |
JP2003268501A (ja) | Fe基形状記憶合金及びその製造方法 | |
RU2524888C1 (ru) | СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МОНОКРИСТАЛЛОВ ФЕРРОМАГНИТНОГО СПЛАВА Fe-Ni-Co-Al-Ti С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ И СВЕРХЭЛАСТИЧНОСТЬЮ, ОРИЕНТИРОВАННЫХ ВДОЛЬ [001] НАПРАВЛЕНИЯ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ РАСТЯЖЕНИЕМ | |
RU2639744C1 (ru) | Способ термомеханической обработки листов из двухфазных титановых сплавов для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения в плоскости листа | |
Lee et al. | Microstructure and mechanical properties in B-doped Fe-31.9 Ni-9.6 Co-4.7 Ti alloys | |
Cai et al. | Effect of annealing and cold work on mechanical properties of beta III titanium | |
Bolzoni et al. | Effect of α+ β solution treatment and aging on the performance of powder forged Ti-5Al-2.5 Fe | |
Kuramoto et al. | Strengthening the alloys with elastic softening in shear modulus C′ | |
Franz et al. | Martensitic transformation of a CuZnAl-shape memory alloy strengthened by hot-rolling | |
Nyamuchiwa et al. | Microstructure and mechanical properties change with cold deformation of the biomedical Ti-17Nb-6Ta-3Zr alloy | |
JP6351149B2 (ja) | チタン合金および同合金の熱処理方法 | |
Ivanić et al. | SEM analysis of fracture surface of the CuAlNi shape memory alloy after heat treatment | |
Shakhova et al. | Submicrocrystalline structures and tensile behaviour of stainless steels subjected to large strain deformation and subsequent annealing | |
Endoh et al. | Phase Constitution and Mechanical Properties of Ti‐Mo‐Sn‐Zr Shape Memory Alloys |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180322 |