RU2690869C1 - METHOD OF MAKING WIRE FROM (α + β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH INDUCTION HEATING AND WITH HIGH DEGREE OF DEFORMATION - Google Patents
METHOD OF MAKING WIRE FROM (α + β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH INDUCTION HEATING AND WITH HIGH DEGREE OF DEFORMATION Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690869C1 RU2690869C1 RU2018107961A RU2018107961A RU2690869C1 RU 2690869 C1 RU2690869 C1 RU 2690869C1 RU 2018107961 A RU2018107961 A RU 2018107961A RU 2018107961 A RU2018107961 A RU 2018107961A RU 2690869 C1 RU2690869 C1 RU 2690869C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wire
- deformation
- workpiece
- diameter
- khz
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims description 18
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims description 18
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 10
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 13
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910001040 Beta-titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 102220253765 rs141230910 Human genes 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
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
- B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
- B21C23/02—Making uncoated products
- B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
- B21C23/08—Making wire, bars, tubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
- B21F99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metal Extraction Processes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам обработки титановых сплавов давлением, содержащих алюминий, ванадий, и может быть использовано при изготовлении проволоки из (α+β)-титанового сплава методом горячего деформирования (волочения или прокатки), используемой для аддитивной технологии.The invention relates to methods of processing titanium alloys with pressure containing aluminum, vanadium, and can be used in the manufacture of wire from (α + β) -titanium alloy by hot deformation (drawing or rolling) used for additive technology.
Изобретение направлено на увеличение производительности, на снижение потерь готовой продукции, снижение затрат энергии на температурную обработку сплава и улучшение таких показателей при изготовлении проволоки для аддитивной технологии из (α+β)-титанового сплава как прочность и пластичность и исключение обрывы проволоки в процессе изготовления.The invention is aimed at increasing productivity, reducing loss of finished products, reducing energy costs for thermal processing of the alloy and improving such indicators in the manufacture of wire for additive technology from (α + β) -titanium alloy such as strength and ductility and the elimination of wire breaks in the manufacturing process.
Титановый сплав (α+β)-класса, пригодный для применения в качестве проволоки для аддитивной технологии, представляет собой сплав Ti-Al-V, который номинально содержит мас. %: алюминий 5,50-6,76, ванадий 3,50-4,40, менее 0,20 мас. % кислорода, титан остальное Сплав используется для изготовления крупногабаритных сварных и сборных конструкций летательных аппаратов, для изготовления баллонов, работающих под внутренним давлением в широком интервале температур от -196°С до 450°С, и целого ряда других конструктивных элементов в авиакосмической промышленности. Для изготовления данных изделий с использованием аддитивной технологии, требуется проволока, имеющая повышенные свойства по однородности микроструктуры, фазовому составу, с минимальной анизотропией механических свойств по всей длине и без наличия сварных соединений и других дефектов.Titanium alloy (α + β) class, suitable for use as a wire for additive technology, is an alloy of Ti-Al-V, which nominally contains wt. %: aluminum 5.50-6.76, vanadium 3.50-4.40, less than 0.20 wt. % oxygen, the rest of titanium Alloy is used for the manufacture of large-sized welded and prefabricated aircraft, for the manufacture of cylinders operating under internal pressure in a wide temperature range from -196 ° C to 450 ° C, and a number of other structural elements in the aerospace industry. For the manufacture of these products using additive technology, a wire is required that has improved properties of homogeneity of the microstructure, phase composition, with minimal anisotropy of mechanical properties along the entire length and without the presence of welded joints and other defects.
Известен способ изготовления проволоки из α-титановых сплавов путем нагрева заготовки и прокатки в несколько проходов со скоростью в первом проходе не более 2 м/с, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, нагрев производят до температуры, определяемой из зависимости Т=[(450-470)-20 V1]°С, где V1 - скорость прокатки в первом проходе, а деформацию осуществляют в многовалковых калибрах с суммарной степенью 75-80%. (Патент RU №1476718, заявка 4292778/02 от 03.08.1987 г, МПК В21В 3/00).A known method of manufacturing wire from α-titanium alloys by heating the workpiece and rolling in several passes at a speed in the first pass of not more than 2 m / s, characterized in that, in order to increase productivity, heating is performed to a temperature determined from the T = [ (450-470) -20 V 1 ] ° C, where V 1 is the rolling speed in the first pass, and the deformation is carried out in multi-roll gauges with a total degree of 75-80%. (Patent RU No. 1476718, application 4292778/02 dated 08/03/1987, IPC W21B 3/00).
Недостатком этого способа являются то, что в данной разработке использована многократная термообработка, получаемые при этом механические свойства проволоки не позволяют получить, из одной заготовки, провод без сварных соединений необходимой длины.The disadvantage of this method is that in this development used multiple heat treatment, the resulting mechanical properties of the wire do not allow to get, from one piece, the wire without welded joints of the required length.
Известен способ получения проволоки из (α+β)-титановых сплавов, включающий нагрев, деформацию и отжиг (Волочение легких сплавов. Ерманок М.З., Ватрушин Л.С. М.: ВИЛС, 1999, с. 95-108).A known method of producing wire from (α + β) -titanium alloys, including heating, deformation and annealing (Drawing of light alloys. MZ Ermanok, LS Vatrushin. M .: VILS, 1999, pp. 95-108).
Недостатком этого способа являются применение много переходной операции деформации, осуществляемой с нагревом, и применение энергоемких операций травления и вакуумного отжига, следствием которого является низкий уровень значений характеристик предела прочности на разрыв, что не позволяет, из одной заготовки, получение проволоки из титанового сплава ВТ6 с повышенными механическими свойствами одним куском необходимой длины для аддитивной технологии.The disadvantage of this method is the use of many transient deformation operations carried out with heating, and the use of energy-intensive etching and vacuum annealing operations, which result in a low level of tensile strength characteristics, which does not allow, from a single workpiece, to obtain a wire made of titanium alloy VT6 enhanced mechanical properties in one piece of the required length for additive technology.
Известен способ изготовления высокопрочной проволоки из титана и титановых сплавов, включающий получение слитка, его горячую деформацию с получением заготовки для волочения, волочение при комнатной температуре на конечный размер и окончательную термическую обработку (US 6077369 А, C22F 1/18, 20.06.2000).A known method of manufacturing high-strength wire from titanium and titanium alloys, including the production of ingot, its hot deformation with obtaining blanks for drawing, drawing at room temperature to a final size and final heat treatment (US 6077369 A, C22F 1/18, 20.06.2000).
Недостатком этого способа является окисление и трещинообразование поверхности, формирование структурной неоднородности по длине проволоки и как следствие разброс и нестабильность механических свойств проволоки, что не позволяет получение структурированной проволоки из титанового сплава ВТ6 с повышенными механическими свойствами одним куском необходимой длины для аддитивной технологии.The disadvantage of this method is the oxidation and cracking of the surface, the formation of structural heterogeneity along the length of the wire and, as a consequence, the variation and instability of the mechanical properties of the wire, which does not allow obtaining a structured wire of titanium VT6 alloy with enhanced mechanical properties in one piece of the required length for additive technology.
Известен способ изготовления высокопрочной проволоки из (α+β)-титанового сплава мартенситного класса, включающий получение слитка, его горячую деформацию с получением заготовки для волочения, волочение при комнатной температуре на конечный размер и окончательную термическую обработку, при этом после горячей деформации полученные заготовки отжигают на воздухе и механически обрабатывают, волочение проводят многократно с промежуточными отжигами в атмосфере воздуха, при этом, после первого хода волочения проводят механическую обработку, а окончательную термическую обработку ведут в атмосфере воздуха в течение 60-180 мин при температуре (0,5÷0,7)Тпп °С с дальнейшим охлаждением до комнатной температуры. (Патент RU №2460825, заявка 2011140698 от 07.10.2011 г, МПК В21В 3/00).A known method of manufacturing a high-strength wire of (α + β) -metane alloy of martensitic class, including the production of ingot, its hot deformation to produce blanks for drawing, drawing at room temperature by the final size and final heat treatment, while after hot deformation the resulting blanks are annealed in the air and mechanically treated; drawing is carried out repeatedly with intermediate annealing in an atmosphere of air; in this case, after the first drawing stroke, mechanical processing is carried out And the final heat treatment is carried out in an atmosphere of air for 60-180 min at a temperature of (0,5 ÷ 0,7) Trin ° C with subsequent cooling to room temperature. (Patent RU №2460825, application 2011140698 dated 10/07/2011, IPC В21В 3/00).
Недостатками этого способа являются многостадийность и длительность процесса обработки заготовки и низкие механические свойства сплава по сравнению с предлагаемым способом. Данный способ не позволяет получить структурированную проволоку из титанового сплава ВТ6 с повышенными механическими свойствами одним куском необходимой длины для аддитивной технологии.The disadvantages of this method are the multistage and duration of the processing of the workpiece and the low mechanical properties of the alloy compared with the proposed method. This method does not allow to obtain a structured wire made of titanium alloy VT6 with improved mechanical properties in one piece of the required length for additive technology.
Наиболее близким техническим решением для описываемого ниже способа является способ изготовления проволоки из (α+β)-титановых сплавов, включающий нагрев заготовки и деформацию в несколько проходов, при этом в процессе деформации осуществляют охлаждение, причем при степени суммарной деформации до 50% охлаждение осуществляют до температуры деформации 640-670°С, при степени суммарной деформации более 50%, но менее 80% охлаждение осуществляют до температуры деформации более 670°С, но менее 700°С. (Патент RU №1520717, заявка 4309001 от 21.09.1987, МПК В21В 1/00).The closest technical solution for the method described below is a method of manufacturing wire from (α + β) -titanium alloys, including heating the workpiece and deformation in several passes, while cooling is carried out in the deformation process, while cooling to 50% is carried out deformation temperature of 640-670 ° C, with the degree of total deformation of more than 50% but less than 80%, cooling is carried out to a deformation temperature of more than 670 ° C but less than 700 ° C. (Patent RU No. 1520717, application 4309001 of 09/21/1987, IPC В21В 1/00).
Недостатком данного способа являются то, что механические свойства титанового сплава, полученные указанной обработкой, ниже, чем в предлагаемом способе, что не позволяет получение, из одной заготовки, структурированной проволоки из титанового сплава ВТ6 с повышенными механическими свойствами одним куском без обрыва, необходимой длины для аддитивной технологии.The disadvantage of this method is that the mechanical properties of titanium alloy obtained by this treatment are lower than in the proposed method, which does not allow obtaining, from one billet, structured wire from titanium alloy VT6 with improved mechanical properties in one piece without breaking, the required length for additive technology.
Задачей данного изобретения является повышение качества проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии, снижение затрат на ее изготовление.The objective of the invention is to improve the quality of wire from (α + β) -titanium alloy for additive technology, reducing the cost of its manufacture.
Технический результат, достигаемый в процессе решения задачи, заключается в снижении продолжительности полного цикла производства проволоки, в получении проволоки единым куском без сварных соединений, повышение прочности и пластичности титановой проволоки из (α+β)-титанового сплава, получение однородной, мелкозернистой структуры сплава, снижение анизотропии механических свойств по длине и сечению проволоки.The technical result achieved in the process of solving the problem is to reduce the duration of the full cycle of wire production, to get the wire in one piece without welded joints, to increase the strength and ductility of titanium wire from (α + β) titanium alloy, to obtain a uniform, fine-grained alloy structure, reduction of anisotropy of mechanical properties along the length and cross section of the wire.
Технический результат достигается способом изготовления проволоки для аддитивных технологий из (α+β)-титановых сплавов, включающий нагрев и деформацию заготовки путем волочения или прокатки, отличающийся тем, что нагрев заготовки проводят индукционным методом с использованием одного, двух или трех устройств индукционного нагрева в зависимости от диаметра заготовки, а деформацию заготовки осуществляют при степени деформации заготовки μ=(10-50)% за один проход, которую выбирают из условияThe technical result is achieved by a method of manufacturing wire for additive technologies of (α + β) -titanium alloys, including heating and deformation of the workpiece by drawing or rolling, characterized in that the heating of the workpiece is carried out by induction using one, two or three induction heating devices, depending on from the diameter of the workpiece, and the deformation of the workpiece is carried out at the degree of deformation of the workpiece μ = (10-50)% in one pass, which is chosen from the condition
μ=(d2 i-d2 (i+1))/d2 i×100, гдеμ = (d 2 i -d 2 (i + 1) ) / d 2 i × 100, where
di и d(i+1) - диаметры проволоки до и после деформации на i-том проходе соответсвенно,d i and d (i + 1) are the wire diameters before and after deformation on the i-th pass, respectively,
при этом нагрев заготовки диаметром от 7,5 до 4,16 мм осуществляют тремя индукторами, один из которых имеет номинальную мощность N1=60 кВт и частоту f1=66 кГц, второй - номинальную мощность N2=45 кВт и частоту f2=100 кГц, а третий - номинальную мощность N3=35 кВт и частоту f3=440 кГц, нагрев заготовки диаметром от менее 4,16 до 2,39 мм осуществляют двумя индукторами с номинальной мощностью N2=45 кВт и частотой f2=100 кГц и номинальной мощностью N3=35 кВт и частоту f3=440 кГц, а нагрев заготовки диаметром от менее 2,39 до 1,84 мм осуществляют одним индуктором с номинальной мощностью N3=35 кВт и частоту f3=440 кГц.the heating of the workpiece with a diameter of 7.5 to 4.16 mm is carried out by three inductors, one of which has a nominal power of N 1 = 60 kW and a frequency f 1 = 66 kHz, the second is the nominal power of N 2 = 45 kW and the frequency f 2 = 100 kHz, and the third - rated power N 3 = 35 kW and frequency f 3 = 440 kHz, heating the workpiece with a diameter from less than 4.16 to 2.39 mm is performed by two inductors with a nominal power N 2 = 45 kW and frequency f 2 = 100 kHz and nominal power N 3 = 35 kW and frequency f 3 = 440 kHz, and heating the workpiece with a diameter from less than 2.39 to 1.84 mm is performed by one inductor with nominally th power N 3 = 35 kW and the frequency f 3 = 440 kHz.
Кроме этого, используют титановый сплав, содержащий, мас. %:In addition, use titanium alloy containing, by weight. %:
алюминий 5,50-6,76,aluminum 5.50-6.76,
ванадий 3,50-4,40,vanadium 3.50-4.40,
железо ≤0,22,iron ≤0.22,
углерод ≤0,05,carbon ≤0.05,
кислород 0,14-0,18,oxygen 0.14-0.18,
азот ≤0,03,nitrogen ≤0.03,
водород ≤0,015,hydrogen ≤0,015,
титан - остальное, изготавливают проволоку, которая имеет допуск по диаметру -0,05/+0,01 мм, и имеет остаточное напряжение, определенное по отклонению от прямолинейности, на образцах, отобранных в начале и конце проволоки, и составляющее не более 1,0 мм на 1 м проволоки, после ее изгиба по радиусу 150 мм.titanium - the rest, is made of wire, which has a tolerance of diameter of -0.05 / + 0.01 mm, and has a residual voltage, determined by the deviation from straightness, on samples taken at the beginning and end of the wire, and not more than 1, 0 mm per 1 m of wire, after its bending along a radius of 150 mm.
Снижение продолжительности полного цикла производства проволоки, при получении проволоки единым куском без сварных соединений, повышение прочности и пластичности титановой проволоки из (α+β)-титанового сплава, при однородной, мелкозернистой структуре сплава, малой анизотропии механических свойств по длине и сечению проволоки, определяются условиями нагрева заготовки, температурой нагрева и степенью деформации проволоки. Повышение прочности и пластичности титановой проволоки из (α+β)-титанового сплава, это свойства титанового сплава, которые необходимо получить в процессе изготовления проволоки, чтобы иметь возможность изготовить проволоку, из одной заготовки, одним куском без сварных соединений. Для сплавов титана характерно значительное увеличение сопротивления пластической деформации и потеря пластичности на начальных стадиях деформирования. Прочность и пластичность титановой проволоки из (α+β)-титанового сплава, в большей степени определяется температурой нагрева заготовки и скоростью пластической деформации. Особенно это проявляется при деформации α+β-титановых сплавов, имеющих повышенное содержание легирующих элементов, что способствует дополнительному упрочнению материала. В данном способе предлагается проводить нагрев заготовки индукционным способом используя одну или две или три установки с номинальной мощностью N=(50-80) кВт и частотой f=(40-80) кГц, и/или номинальной мощностью N=(30-60) кВт и частотой f=(80-300) кГц, и/или номинальной мощностью N=(10-40) кВт и частотой f=(300-500) кГц. При индукционном нагреве проволоки из титанового сплава имеются трудности формирования равномерного температурного поля по глубине заготовки. Это обусловлено особенностями протекания высокочастотного тока по проводнику, низкой теплопроводностью титана, высоким уровнем тепловых потерь. Из-за скин-эффекта при индукционном нагреве тепловые источники распределены по сечению заготовки неравномерно: максимальное тепловыделение происходит на поверхности, с увеличением расстояния от поверхности интенсивность источников теплоты падает. Соответственно поверхностные слои имеют более высокую температуру, чем середина, причем эта разность температур тем больше, чем больше мощность, на которой осуществляется нагрев, и чем выше частота тока. По мере разогрева заготовки происходит рост тепловых потерь в окружающую среду. Расширение металла и фазовые (структурные) превращения распространяются с поверхности внутрь нагреваемой заготовки в течение определенного времени. Со стороны наружных расширяющихся слоев внутренние, непрогретые, слои, испытывают напряжения растяжения, а наружные со стороны внутренних - напряжения сжатия. Чтобы снизить полный цикл производства проволоки необходимо сократить число проходов, что ведет к увеличению степени деформации. Увеличение степени деформации до 50% возможно за один проход при быстром нагреве заготовки и равномерном распределения температуры по ее сечению. Предлагается нагрев заготовки производить одним или двумя, или тремя индукторами. Важным здесь является фактор распределения температурного поля по сечению провода. При высокой степени деформации, однородность температурного поля по сечению проволоки должна быть максимально равномерной.The reduction in the duration of the full cycle of wire production, when receiving wire in one piece without welded joints, increasing the strength and ductility of titanium wire from (α + β) titanium alloy, with a uniform, fine-grained alloy structure, low anisotropy of mechanical properties along the length and cross section of the wire, are determined heating conditions of the workpiece, the heating temperature and the degree of deformation of the wire. Increasing the strength and ductility of titanium wire from (α + β) -titanium alloy, these are the properties of titanium alloy that must be obtained in the process of making the wire in order to be able to manufacture the wire from one billet, in one piece without welded joints. Titanium alloys are characterized by a significant increase in the resistance to plastic deformation and a loss of ductility at the initial stages of deformation. The strength and ductility of titanium wire from (α + β) -titanium alloy, to a greater extent determined by the heating temperature of the workpiece and the rate of plastic deformation. This is especially manifested when the deformation of α + β-titanium alloys with a high content of alloying elements, which contributes to the additional hardening of the material. In this method it is proposed to carry out heating of the workpiece by induction using one or two or three installations with a nominal power N = (50-80) kW and a frequency f = (40-80) kHz, and / or the nominal power N = (30-60) kW and frequency f = (80-300) kHz, and / or nominal power N = (10-40) kW and frequency f = (300-500) kHz. During induction heating of a wire made of titanium alloy, there are difficulties in forming a uniform temperature field over the depth of the workpiece. This is due to the peculiarities of the flow of high-frequency current through the conductor, low thermal conductivity of titanium, high level of heat loss. Due to the skin effect during induction heating, heat sources are unevenly distributed over the cross section of the workpiece: maximum heat generation occurs on the surface, with increasing distance from the surface, the intensity of heat sources decreases. Accordingly, the surface layers have a higher temperature than the middle, and this temperature difference is greater, the greater the power at which heating is carried out, and the higher the frequency of the current. As the billet warms up, heat loss to the environment increases. Metal expansion and phase (structural) transformations propagate from the surface to the inside of the heated billet for a certain time. On the side of the outer expanding layers, the inner, cold layers are subjected to tensile stresses, and the outer ones on the side of the inner layers are compressive stresses. To reduce the full cycle of wire production, it is necessary to reduce the number of passes, which leads to an increase in the degree of deformation. Increasing the degree of deformation up to 50% is possible in one pass with the rapid heating of the workpiece and uniform temperature distribution over its cross section. It is proposed to heat the billet to produce one or two, or three inductors. The important factor here is the distribution of the temperature field over the cross section of the wire. With a high degree of deformation, the uniformity of the temperature field over the cross section of the wire should be as uniform as possible.
При нагреве заготовки несколькими индукторами, существенно увеличивается скорость ее нагрева, возрастает равномерность распределения температуры заготовки по сечению, что обеспечивает получение однородной, мелкозернистой структуры сплава, снижение анизотропии механических свойств по длине и сечению проволоки. Высокая степень пластической деформации заготовки на каждом проходе является эффективным средством формирования структуры металлов, определяющей важнейшие структурно-чувствительные свойства, такие как пластичность и прочность. Существующие традиционные процессы деформации заготовок при производстве проволоки, такие как прокатка, волочение, при малой степени деформации, не обеспечивают эффективного решения структурообразования, что обусловлено следующим: степень деформации заготовки за один проход составляют до 12%, параметры напряженного и деформированного состояний в этих процессах характеризуются значительной неоднородностью их распределения, определяемой контактным трением, материал обладает низкой пластичностью. Увеличение степени пластического деформирования, за один проход до 50% позволяет реализовать возможности пластической деформации как одного из наиболее эффективных средств формирования структуры, при изготовлении проволоки из (α+β)-титановых сплавов для аддитивных технологий. Предлагаемый способ интенсивной пластической деформации титанового сплава, позволяет получать заготовки проволоки с различной мелкой зернистой структурой до нескольких микрон, с формированием нового состояния материала с высокими физико-механическими свойствами.When the workpiece is heated by several inductors, its heating rate increases significantly, the uniform distribution of the workpiece temperature over the cross section increases, which ensures a uniform, fine-grained alloy structure, reducing the anisotropy of mechanical properties along the length and cross-section of the wire. The high degree of plastic deformation of the workpiece at each pass is an effective means of forming the structure of metals, which determines the most important structural-sensitive properties, such as plasticity and strength. The existing traditional processes of deformation of billets in the production of wire, such as rolling, drawing, with a small degree of deformation, do not provide an effective solution to structure formation, which is due to the following: the degree of deformation of the billet in one pass is up to 12%; significant heterogeneity of their distribution, determined by contact friction, the material has a low ductility. Increasing the degree of plastic deformation in one pass up to 50% allows realizing the possibility of plastic deformation as one of the most effective means of forming a structure in the manufacture of wire from (α + β) titanium alloys for additive technologies. The proposed method of severe plastic deformation of titanium alloy allows to obtain wire blanks with various fine granular structure up to several microns, with the formation of a new material state with high physicomechanical properties.
Для получения титановой проволоки необходимого качества, удовлетворяющей аддитивной технологии, имеющей минимальную анизотропию механических свойств и фазового состава по сечению и по длине, авторами предлагаемого технического решения проведены работы по отработке режимов нагрева проволоки индукционным способом с использованием при нагреве заготовки одного или двух, или трех индукторов при высокой степени деформации до 50%.To obtain titanium wire of the required quality, satisfying additive technology, having minimal anisotropy of mechanical properties and phase composition over the cross section and length, the authors of the proposed technical solution carried out work on the heating of the wire by induction using one or two or three inductors during heating with a high degree of deformation up to 50%.
При индукционном нагреве одной установкой номинальной мощностью N=(50-80) кВт и частотой f=(40-80) кГц, разность температур внутренних и внешних слоев металла приводит к локальным изменениям в структуре титана, а также к возникновению остаточных напряжений и образованию микротрещин на поверхности на начальных стадиях деформации, в дальнейшем с уменьшением диаметра не схлопнувшиеся микротрещины приводят к порыву проволоки. Использование трех индукторов нагрева, на максимальных диаметрах заготовки, имеющих различные мощности и частоты, позволяют снизить градиент температур по сечению заготовки. При индукционном нагреве проволоки из титанового сплава тепло поверхностного слоя идет на нагрев внутренних слоев. При дополнительном нагреве поверхностного слоя индуктором с N=(10-40) кВт и частотой f=(300-500) кГц, образование мельчайших микротрещин, которые выходят на поверхность, не происходит. Итак, тепловая энергия поверхностного слоя, полученная на индукционных установках имеющих меньшую частоту переменного магнитного поля, и ушедшая на разогрев внутренних слоев компенсируется дополнительным нагревом поверхностного слоя установками индукционного нагрева имеющих большую частоту, при этом практически исчезает градиент распределения температур на значительную толщину проволоки.With induction heating by a single unit with a nominal power of N = (50-80) kW and a frequency f = (40-80) kHz, the temperature difference between the inner and outer layers of the metal leads to local changes in the structure of titanium, as well as residual stresses and the formation of microcracks on the surface at the initial stages of deformation, further with a decrease in diameter, the microcracks that did not collapse lead to a gust of wire. The use of three heating inductors, at maximum billet diameters with different powers and frequencies, makes it possible to reduce the temperature gradient over the billet section. During induction heating of a wire made of titanium alloy, the heat of the surface layer is used to heat the inner layers. With additional heating of the surface layer by an inductor with N = (10-40) kW and a frequency f = (300-500) kHz, the formation of the smallest microcracks that reach the surface does not occur. So, the thermal energy of the surface layer, obtained at induction installations with a lower frequency alternating magnetic field, and left for heating the inner layers is compensated for by additional heating of the surface layer by induction heating installations having a greater frequency, while the temperature distribution gradient by a considerable wire thickness almost disappears.
Нагрев заготовки индукционным способом из титановых сплавов, используя одну или две или три установки с номинальной мощностью N1=(50-80) кВт и частотой f1=(40-80) кГц, номинальной мощностью N2=(30-60) кВт и частотой f2=(80-300) кГц, номинальной мощностью N3=(10-40) кВт и частотой f3=(300-500) кГц, при степени деформации заготовки μ=(10-50)% за один проход, где - μ=(d2 i-d2 (i+1))/d2 i×100, di и d(i+1) - диаметры проволоки до и после деформации на i-том проходе позволяет:Heating of the workpiece by the induction method of titanium alloys using one or two or three units with a nominal power of N 1 = (50-80) kW and a frequency f 1 = (40-80) kHz, with a nominal power of N 2 = (30-60) kW and frequency f 2 = (80-300) kHz, nominal power N 3 = (10-40) kW and frequency f 3 = (300-500) kHz, with the degree of deformation of the workpiece μ = (10-50)% in one pass , where - μ = (d 2 i -d 2 (i + 1) ) / d 2 i × 100, d i and d (i + 1) are the wire diameters before and after deformation on the i-th passage that allows:
- формировать предельно равномерное температурное поле по длине и по сечению заготовки,- to form an extremely uniform temperature field along the length and section of the workpiece,
- избежать недогрева заготовки,- avoid underheating the workpiece,
- достигнуть необходимой пластичности,- to achieve the required plasticity,
- избежать появление деформационных микро разрывов,- to avoid the appearance of deformation micro ruptures,
- исключить перегрев заготовки и увеличение зернистости и неоднородности структуры,- to exclude overheating of the workpiece and an increase in grain size and heterogeneity of the structure,
- повысить качество проволоки,- to improve the quality of the wire,
- добиться высокой точности и скорости управления температурным нагревом заготовки.- to achieve high accuracy and speed control temperature of the workpiece.
Экспериментально, в зависимости от диаметра заготовки проволоки, определены мощности и частоты нагрева заготовок из титана и количество одновременно используемых индукторов нагрева и предельные значения температуры деформации заготовки. Необходимо отметить, что в зависимости от конкретных требований к качеству проволоки по микроструктуре, количество одновременно используемых индукторов нагрева представленные в таблице 1 могут меняться.Experimentally, depending on the diameter of the wire blank, the powers and frequencies of heating titanium blanks and the number of simultaneously used heating inductors and limiting deformation temperatures of the blank were determined. It should be noted that, depending on the specific requirements for the quality of the wire in terms of microstructure, the number of simultaneously used inductors of heating presented in Table 1 may vary.
Контроль температуры при нагреве заготовки проводится пирометрами на каждом индукторе с точностью измерения температуры 0,1°С.Temperature control during the heating of the workpiece is carried out by pyrometers on each inductor with a temperature measurement accuracy of 0.1 ° C.
Реализация способа.The implementation of the method.
Реализация способа проводилась в три этапа. На первом этапе изготавливались заготовки для прокатки или волочения, на втором этапе проводилось изготовление проволоки волочением или прокаткой, на третьем этапе проводилось исследование образцов проволоки. Ниже представлена часть вариантов реализации предлагаемого способа изготовления проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии с индукционным нагревом. Все заготовки были изготовлены из одного слитка.The implementation of the method was carried out in three stages. At the first stage, blanks for rolling or drawing were made, at the second stage, wire was drawn by drawing or rolling, at the third stage, wire samples were studied. Below are some of the options for implementing the proposed method of manufacturing a wire from (α + β) -titanium alloy for additive technology with induction heating. All blanks were made from a single ingot.
Этап изготовление заготовки.Stage manufacturing billet.
Методом тройного вакуумного дугового переплава получали слиток из титанового сплава ВТ6 диаметром 450 мм; далее обтачивали до 420 мм; нагревали до температуры 850°С в газовой печи и ковали на диаметр 115 мм. Полученную заготовку обтачивали для удаления альфированного слоя, затем нагревали до температуры 900°С и проводили горячую прокатку в бухту на диаметр 8,0 мм. Далее проводили отжиг на воздухе при температуре 700°С в течении 2-х часов с охлаждением на воздухе.By the method of triple vacuum arc remelting, an ingot from a titanium alloy VT6 with a diameter of 450 mm was obtained; further grinded to 420 mm; heated to a temperature of 850 ° C in a gas oven and forged to a diameter of 115 mm. The resulting billet was ground to remove the alphated layer, then heated to a temperature of 900 ° C and hot rolled to a coil of 8.0 mm in diameter. Next, annealing was carried out in air at 700 ° C for 2 hours with air cooling.
Этап проведение исследований.Stage of research.
Проводились следующие виды исследования поволоки. Определялись механические свойства, исследовалась структура сплава. Исследования механических свойств проводились на проволоке, вырезанной из конца бухты, или из конца проволоки в месте обрыва. Полученная проволока подвергалась растяжению на разрывной машине INSTRON 5969. Длина образца проволоки для растяжения составляла 600 мм. Скорость растяжения проволоки составляла 10 мм/мин. Основные механические характеристики проволоки представлены в табл. 2. Остаточное напряжение определялось на образцах, отобранных в начале и конце проволоки. Образец длиной 950 мм изгибался по радиусу 150 мм, после этого измерялась прямолинейность проволоки в соответствии с ГОСТ 26877-2008. Исследование структуры (α+β)-титанового сплава проводили на образцах проволоки полученных после проведения всего цикла получения готового провода и пригодного для аддитивной технологии. На фиг. 1 представлена характерная структура сплава ВТ6 полученная на проволоке, изготовленной на оптимальных режимах (Пример 1.), на фиг. 2 представлена структура сплава ВТ6 полученная на проволоке которая порвалась (Пример 3.). Изображение получено на растровом электронном микроскопе модели MIRA3 TESCAN, напряжение 15 кВ, увеличение 5kx., α - фаза титанового сплава темные области, β-фаза - светлые области. Результаты исследований представлены в табл. 2Conducted the following types of studies of the war. Mechanical properties were determined, alloy structure was investigated. Studies of mechanical properties were carried out on a wire cut from the end of the coil, or from the end of the wire in the place of the break. The resulting wire was subjected to stretching on a breaking machine INSTRON 5969. The length of the sample wire for stretching was 600 mm. The stretching speed of the wire was 10 mm / min. The main mechanical characteristics of the wire are presented in table. 2. The residual voltage was determined on samples taken at the beginning and end of the wire. The sample with a length of 950 mm was bent along a radius of 150 mm, after that the straightness of the wire was measured in accordance with GOST 26877-2008. The study of the structure of (α + β) -titanium alloy was carried out on wire samples obtained after the entire cycle of the finished wire and suitable for additive technology. FIG. 1 shows the characteristic structure of the alloy VT6 obtained on a wire manufactured in optimal conditions (Example 1.), FIG. 2 shows the structure of the alloy VT6 obtained on a wire that broke (Example 3.). The image was obtained on a scanning electron microscope model MIRA3 TESCAN, voltage 15 kV, magnification 5kx., Α - phase of a titanium alloy dark areas, β-phase - light areas. The research results are presented in Table. 2
Этап изготовления проволоки.The stage of manufacture of wire.
Пример 1. Деформацию заготовки с диаметра 7,5 мм до диаметра 1,84 мм проводили за 5 проходов. Нагрев заготовки проводился до температуры 650°С. Деформацию проводили волочением, нагрев заготовки проводили одним или двумя, или тремя индукторами, на режимах, которые не выходили за предельные значения (табл. 1). Нагрев заготовок диаметром от 7,5 до 4,16 мм проводили тремя индукторами с номинальной мощностью N1=60 кВт и частотой f1=66 кГц, с номинальной мощностью N2=45 кВт и частотой f2=100 кГц, номинальной мощностью N3=35 кВт и частотой f3=440 кГц. Нагрев заготовок диаметром от менее 4,16 мм до 2,39 мм проводили двумя индукторами с номинальной мощность N2=45 кВт и частотой f2=100 кГц, с номинальной мощностью N3=35 кВт и частотой f3=440 кГц. Нагрев заготовок диаметром от менее 2,39 мм до 1,84 мм проводили на одной установке с номинальной мощностью N3=35 кВт и частотой f3=440 кГц для заготовок. Степень деформации заготовки принимали μ=(40-45)%. Скорость деформации (V) заготовки выбирали на каждом проходе, в зависимости от диаметра (d) заготовки:Example 1. The deformation of the workpiece with a diameter of 7.5 mm to a diameter of 1.84 mm was carried out in 5 passes. The billet was heated to a temperature of 650 ° C. The deformation was performed by dragging, the preform was heated by one or two, or three inductors, in modes that did not go beyond the limiting values (Table 1). Heating of billets with a diameter of 7.5 to 4.16 mm was performed by three inductors with a nominal power of N 1 = 60 kW and a frequency of f 1 = 66 kHz, with a nominal power of N 2 = 45 kW and a frequency of f 2 = 100 kHz, nominal power of N 3 = 35 kW and frequency f 3 = 440 kHz. Heating of billets with diameters from less than 4.16 mm to 2.39 mm was carried out by two inductors with a nominal power of N 2 = 45 kW and a frequency of f 2 = 100 kHz, with a nominal power of N 3 = 35 kW and a frequency of f 3 = 440 kHz. Heating of billets with diameters from less than 2.39 mm to 1.84 mm was carried out in one installation with a nominal power of N 3 = 35 kW and a frequency f 3 = 440 kHz for blanks. The degree of deformation of the workpiece was taken μ = (40-45)%. The strain rate (V) of the workpiece was chosen at each pass, depending on the diameter (d) of the workpiece:
V=40 м/мин для диаметра d=(от 7,5 до 5,56) мм, μ=45%.V = 40 m / min for diameter d = (from 7.5 to 5.56) mm, μ = 45%.
V=50 м/мин для диаметра d=(от менее 5,56 до 4,16) мм, μ=44%.V = 50 m / min for diameter d = (from less than 5.56 to 4.16) mm, μ = 44%.
V=55 м/мин для диаметра d=(от менее 4,16 до 3,14) мм, μ=43%.V = 55 m / min for diameter d = (from less than 4.16 to 3.14) mm, μ = 43%.
V=60 м/мин для диаметра d=(от менее 3,14 до 2,39) мм, μ=42%.V = 60 m / min for diameter d = (from less than 3.14 to 2.39) mm, μ = 42%.
V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,39 до 1,84) мм, μ=40%.V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.39 to 1.84) mm, μ = 40%.
Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 2. Деформация проволоки на диаметре 5,56 мм. проводилась при мощности индукционного нагревателя N1=45 кВт, что меньше оптимальной на 5 кВт. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в середине прохода, концы проволоки были сварены. Мощность N1 была увеличена до оптимальных значений. N1=55 кВт В дальнейшем при проходах при данных параметрах мощности N1 обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 2. The deformation of the wire at a diameter of 5.56 mm. was carried out with an induction heater power of N 1 = 45 kW, which is 5 kW less than optimal. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire break in the middle of the aisle, the ends of the wire were welded. Power N 1 was increased to optimal values. N 1 = 55 kW There were no wire breaks during the passes at the given power parameters N 1 . The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 3. Деформация проволоки на диаметре 5,56 мм проводилась при мощности индукционного нагревателя N1=85 кВт, что выше оптимальной на 5 кВт. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в начале прохода, концы проволоки были сварены. Мощность N1 была уменьшена до оптимальных значений. N1=75 кВт В дальнейшем при проходах при данных параметрах мощности N1 обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 3. The deformation of the wire at a diameter of 5.56 mm was carried out with an induction heater power of N 1 = 85 kW, which is 5 kW higher than the optimum. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire breakage at the beginning of the passage, the ends of the wire were welded. Power N 1 was reduced to optimal values. N 1 = 75 kW There were no wire breaks during further passes at given power parameters N 1 . The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 4. Деформация проволоки на диаметр 5,56 мм проводилась на частоте индукционного нагревателя f1=90 кГц, что выше оптимальной на 10 кГц Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, концы проволоки были сварены. Частота индукционного тока f1 была уменьшена до оптимальных значений f1=75 кГц. В дальнейшем при проходах при данных параметрах частоты тока f1 обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 4. Wire deformation to a diameter of 5.56 mm was carried out at an induction heater frequency f 1 = 90 kHz, which is 10 kHz higher than the optimum. The remaining parameters of the wire manufacturing process were optimal, as in example 1. Wire breakage occurred at the beginning of the passage, the wire ends were welded. The frequency of the induction current f 1 was reduced to the optimal values f 1 = 75 kHz. In the future, when passing at the given frequency parameters f 1, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 5. Деформация проволоки на диаметр 5,56 мм проводилась на частоте индукционного нагревателя f1=30 кГц, что ниже оптимальной на 10 кГц Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, концы проволоки были сварены. Частота индукционного тока f1 была увеличена до оптимальных значений f1=45 кГц. В дальнейшем при проходах при данных параметрах частоты тока f1 обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 5. Wire deformation to a diameter of 5.56 mm was carried out at an induction heater frequency f 1 = 30 kHz, which is 10 kHz below the optimum. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. The wire was broken at the beginning of the passage, the wire ends were welded. The frequency of the induction current f 1 was increased to the optimal values f 1 = 45 kHz. In the future, when passing at the given frequency parameters f 1, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 6. Деформация проволоки на диаметре 4,16 мм проводилась при мощности индукционного нагревателя N2=25 кВт, что меньше оптимальной на 5 кВт. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в середине прохода, концы проволоки были сварены. Мощность N2 была увеличена до оптимальных значений. N2=35 кВт. В дальнейшем при проходах при данных параметрах мощности N2 обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 6. The deformation of the wire on the diameter of 4.16 mm was carried out at the power of the induction heater N 2 = 25 kW, which is less than the optimum by 5 kW. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire break in the middle of the aisle, the ends of the wire were welded. Power N 2 has been increased to optimal values. N 2 = 35 kW. In the future, when passing at the given power parameters N 2, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 7. Деформация проволоки на диаметре 4,16 мм проводилась при мощности индукционного нагревателя N2=65 кВт, что выше оптимальной на 5 кВт. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в начале прохода, концы проволоки были сварены. Мощность N2 была уменьшена до оптимальных значений. N2=55 кВт. В дальнейшем при проходах при данных параметрах мощности N2 обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 7. The deformation of the wire at a diameter of 4.16 mm was carried out with an induction heater power of N 2 = 65 kW, which is 5 kW higher than the optimum. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire breakage at the beginning of the passage, the ends of the wire were welded. Power N 2 was reduced to optimal values. N 2 = 55 kW. In the future, when passing at the given power parameters N 2, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 8. Деформация проволоки на диаметр 4,16 мм проводилась на частоте индукционного нагревателя f2=70 кГц, что ниже оптимальной на 10 кГц Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, концы проволоки были сварены. Частота индукционного тока f2 была увеличена до оптимальных значений f2=85 кГц. В дальнейшем при проходах при данных параметрах частоты тока f2 обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 8. Wire deformation to a diameter of 4.16 mm was carried out at an induction heater frequency f 2 = 70 kHz, which is 10 kHz below the optimum. The remaining parameters of the wire manufacturing process were optimal, as in Example 1. The wire was broken at the beginning of the passage, the ends of the wire were welded. The frequency of the induction current f 2 was increased to optimal values of f 2 = 85 kHz. Later on, when passing through the given frequency parameters f 2, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 9. Деформация проволоки на диаметр 4,16 мм проводилась на частоте индукционного нагревателя f2=310 кГц, что выше оптимальной на 10 кГц Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, концы проволоки были сварены. Частота индукционного тока f2 была уменьшена до оптимальных значений f2=290 кГц. В дальнейшем при проходах при данных параметрах частоты тока f2 обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 9. Wire deformation at a diameter of 4.16 mm was carried out at an induction heater frequency f 2 = 310 kHz, which is 10 kHz higher than the optimum. The remaining parameters of the wire manufacturing process were optimal, as in Example 1. The wire was broken at the beginning of the passage, the wire ends were welded. The frequency of the induction current f 2 was reduced to optimal values of f 2 = 290 kHz. Later on, when passing through the given frequency parameters f 2, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 10. Деформация проволоки на диаметре 2,39 мм проводилась при мощности индукционного нагревателя N3=8 кВт, что меньше оптимальной на 2 кВт. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в середине прохода, концы проволоки были сварены. Мощность N3 была увеличена до оптимальных значений. N3=12 кВт. В дальнейшем при проходах при данных параметрах мощности N3 обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 10. The deformation of the wire on the diameter of 2.39 mm was carried out at the power of the induction heater N 3 = 8 kW, which is less than the optimal 2 kW. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire break in the middle of the aisle, the ends of the wire were welded. Power N 3 was increased to optimal values. N 3 = 12 kW. In the future, when passing at the given power parameters N 3, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 11. Деформация проволоки на диаметре 2,39 мм проводилась при мощности индукционного нагревателя N3=45 кВт, что выше оптимальной на 5 кВт. Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в начале прохода, концы проволоки были сварены. Мощность N3 была уменьшена до оптимальных значений. N3=35 кВт. В дальнейшем при проходах при данных параметрах мощности N3 обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 11. The deformation of the wire at a diameter of 2.39 mm was carried out with an induction heater power of N 3 = 45 kW, which is 5 kW higher than the optimum. The remaining parameters of the wire fabrication process were optimal, as in Example 1. There was a wire breakage at the beginning of the passage, the ends of the wire were welded. Power N 3 has been reduced to optimum values. N 3 = 35 kW. In the future, when passing at the given power parameters N 3, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 12. Деформация проволоки на диаметр 2,39 мм проводилась на частоте индукционного нагревателя f3=510 кГц, что выше оптимальной на 10 кГц Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, концы проволоки были сварены. Частота индукционного тока f3 была уменьшена до оптимальных значений f3=490 кГц. В дальнейшем при проходах при данных параметрах частоты тока f3 обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 12. Wire deformation at a diameter of 2.39 mm was carried out at an induction heater frequency of f 3 = 510 kHz, which is 10 kHz higher than the optimum. The remaining parameters of the wire manufacturing process were optimal, as in Example 1. The wire was broken at the beginning of the passage, the wire ends were welded. The frequency of the induction current f 3 was reduced to optimal values of f 3 = 490 kHz. In the future, when passing at the given frequency parameters f 3, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 13. Деформация проволоки на диаметр 2,39 мм проводилась на частоте индукционного нагревателя f3=290 кГц, что ниже оптимальной на 10 кГц Остальные параметры процесса изготовления проволоки были оптимальными, как в примере 1. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, концы проволоки были сварены. Частота индукционного тока f3 была увеличена до оптимальных значений f3=310 кГц. В дальнейшем при проходах при данных параметрах частоты тока f3 обрывов проволоки не было. Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).Example 13. Wire deformation to a diameter of 2.39 mm was carried out at an induction heater frequency of f 3 = 290 kHz, which is 10 kHz below optimal. The remaining parameters of the wire manufacturing process were optimal, as in Example 1. The wire was broken at the beginning of the passage, the ends of the wire were welded. The frequency of the induction current f 3 was increased to the optimal values of f 3 = 310 kHz. In the future, when passing at the given frequency parameters f 3, there were no wire breaks. The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 14. Деформацию заготовки с диаметра 7,5 мм до диаметра 1,84 мм проводили за 5 температурных проходов. Нагрев заготовки проводился до температуры 650°С. Деформацию проводили волочением, нагрев заготовки проводили одним или двумя или тремя индукторами, на режимах, которые не выходили за предельные значения (табл. 1), на установках с номинальной мощностью N1=60 кВт и частотой f1=66 кГц, с номинальной мощностью N2=45 кВт и частотой f2=100 кГц, номинальной мощностью N3=35 кВт и частотой f2=440 кГц для заготовок диаметром от 7,5 до 4,16 мм, на установках с N2=45 кВт и f2=100 кГц, N3=35 кВт и f2=440 кГц для заготовок диаметром от менее 4,16 мм до 2,39 мм, на установке с N3=35 кВт и f2=440 кГц для заготовок диаметром от менее 2,39 мм до 1,84 мм. Степень деформации заготовки на первом проходе принимали μ=52%, μ=(d2 i-d2 (i+1))/d2 i×100=(7,52-5,22)/7,52×100%=52%), что выше оптимальной на 2%. Произошел обрыв проволоки в вначале прохода, на диаметре 5,2 мм. Концы проволоки были сварены. Диаметр фильеры был увеличен с 5,2 мм до 5,34 мм, что позволило уменьшить степень деформации до 49,3%. На данном проходе обрыва проволоки не происходило. Скорость деформации (V) заготовки выбирали на каждом проходе, в зависимости от диаметра (d) заготовки:Example 14. The deformation of the workpiece with a diameter of 7.5 mm to a diameter of 1.84 mm was carried out in 5 temperature passes. The billet was heated to a temperature of 650 ° C. The deformation was carried out by dragging, the preform was heated by one or two or three inductors, in modes that did not exceed the limit values (Table 1), in installations with a nominal power N 1 = 60 kW and a frequency f 1 = 66 kHz, with a nominal power N 2 = 45 kW and frequency f 2 = 100 kHz, nominal power N 3 = 35 kW and frequency f 2 = 440 kHz for blanks with a diameter of 7.5 to 4.16 mm, in installations with N 2 = 45 kW and f 2 = 100 kHz, N 3 = 35 kW and f 2 = 440 kHz for blanks with diameters from less than 4.16 mm to 2.39 mm, on an installation with N 3 = 35 kW and f 2 = 440 kHz for blanks with diameters from less 2.39 mm about 1.84 mm. The degree of deformation of the workpiece on the first pass was taken as μ = 52%, μ = (d 2 i -d 2 (i + 1) ) / d 2 i × 100 = (7.5 2 -5.2 2 ) / 7.5 2 × 100% = 52%), which is 2% higher than optimal. There was a wire breakage at the beginning of the passage, at a diameter of 5.2 mm. The ends of the wire were welded. The diameter of the spinneret was increased from 5.2 mm to 5.34 mm, which made it possible to reduce the degree of deformation to 49.3%. There was no wire break on this aisle. The strain rate (V) of the workpiece was chosen at each pass, depending on the diameter (d) of the workpiece:
V=40 м/мин для диаметра d=(от 7,5 до 5,2) мм, μ=52% (обрыв);V = 40 m / min for diameter d = (from 7.5 to 5.2) mm, μ = 52% (break);
V=40 м/мин для диаметра d=(от 7,5 до 5,34) мм, μ=49,3%;V = 40 m / min for the diameter d = (from 7.5 to 5.34) mm, μ = 49.3%;
V=50 м/мин для диаметра d=(от менее 5,34 до 3,81) мм, μ=49%;V = 50 m / min for diameter d = (from less than 5.34 to 3.81) mm, μ = 49%;
V=55 м/мин для диаметра d=(от менее 3,81 до 2,87) мм, μ=43%;V = 55 m / min for diameter d = (from less than 3.81 to 2.87) mm, μ = 43%;
V=60 м/мин для диаметра d=(от менее 2,87 до 2,32) мм, μ=35%;V = 60 m / min for diameter d = (from less than 2.87 to 2.32) mm, μ = 35%;
V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,32 до 1,84) мм, μ=37%.V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.32 to 1.84) mm, μ = 37%.
Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).The test results of the wire are presented in (Table 2).
Пример 15. Деформацию заготовки с диаметра 7,5 мм до диаметра 1,84 мм проводили за 5 температурных проходов. Нагрев заготовки проводился до температуры 650°С. Деформацию проводили волочением, нагрев заготовки проводили одним или двумя или тремя индукторами, на режимах, которые не выходили за предельные значения (табл. 1), на установках с номинальной мощностью N1=60 кВт и частотой f1=66 кГц, с номинальной мощностью N2=45 кВт и частотой f2=100 кГц, номинальной мощностью N3=35 кВт и частотой f2=440 кГц для заготовок диаметром от 7,5 до 4,16 мм, на установках с N2=45 кВт и f2=100 кГц, N3=35 кВт и f2=440 кГц для заготовок диаметром от менее 4,16 мм до 2,39 мм, на установке с N3=35 кВт и f2=440 кГц для заготовок диаметром от менее 2,39 мм до 1,84 мм. Деформация заготовки на пятом проходе была разбита на шесть подэтапов со степенью деформации менее 10%. Такой процесс получения проволоки экономически не выгоден. Обрыва проволоки при всех проходах, на диаметре от 2,39 мм до 1,84 мм не было. Скорость деформации (V) заготовки выбирали на каждом проходе, в зависимости от диаметра (d) заготовки:Example 15. The deformation of the workpiece with a diameter of 7.5 mm to a diameter of 1.84 mm was carried out in 5 temperature passes. The billet was heated to a temperature of 650 ° C. The deformation was carried out by dragging, the preform was heated by one or two or three inductors, in modes that did not exceed the limit values (Table 1), in installations with a nominal power N 1 = 60 kW and a frequency f 1 = 66 kHz, with a nominal power N 2 = 45 kW and frequency f 2 = 100 kHz, nominal power N 3 = 35 kW and frequency f 2 = 440 kHz for blanks with a diameter of 7.5 to 4.16 mm, in installations with N 2 = 45 kW and f 2 = 100 kHz, N 3 = 35 kW and f 2 = 440 kHz for blanks with diameters from less than 4.16 mm to 2.39 mm, on an installation with N 3 = 35 kW and f 2 = 440 kHz for blanks with diameters from less 2.39 mm about 1.84 mm. The deformation of the workpiece on the fifth pass was divided into six sub-steps with a degree of deformation of less than 10%. This process of obtaining wire is not economically viable. There was no wire breakage at all passes, on the diameter from 2.39 mm to 1.84 mm. The strain rate (V) of the workpiece was chosen at each pass, depending on the diameter (d) of the workpiece:
V=40 м/мин для диаметра d=(от 7,5 до 5,56) мм, μ=45%V = 40 m / min for diameter d = (from 7.5 to 5.56) mm, μ = 45%
V=50 м/мин для диаметра d=(от менее 5,56 до 4,16) мм, μ=44%V = 50 m / min for diameter d = (from less than 5.56 to 4.16) mm, μ = 44%
V=55 м/мин для диаметра d=(от менее 4,16 до 3,14) мм, μ=43%V = 55 m / min for diameter d = (from less than 4.16 to 3.14) mm, μ = 43%
V=60 м/мин для диаметра d=(от менее 3,14 до 2,39) мм, μ=42%V = 60 m / min for diameter d = (from less than 3.14 to 2.39) mm, μ = 42%
V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,39 до 2,31) мм, μ=7%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.39 to 2.31) mm, μ = 7%
V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,31 до 2,2) мм, μ=9%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.31 to 2.2) mm, μ = 9%
V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,2 до 2,1) мм, μ=9%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.2 to 2.1) mm, μ = 9%
V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,1 до 2,01) мм, μ=9%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.1 to 2.01) mm, μ = 9%
V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 2,01 до 1,92) мм, μ=9%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 2.01 to 1.92) mm, μ = 9%
V=70 м/мин для диаметра d=(от менее 1,92 до 1,84) мм, μ=9%V = 70 m / min for diameter d = (from less than 1.92 to 1.84) mm, μ = 9%
Результаты испытаний проволоки представлены в (табл. 2).The test results of the wire are presented in (Table 2).
Представленные в таблице 2 данные показывают, что предлагаемый способ изготовления проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии с индукционным нагревом позволяет получить проволоку, имеющую повышенные прочностные и пластические свойства, с однородной, мелкозернистой структурой, необходимой длины, одним куском без сварных соединений. Волочение или прокатка заготовки при степени деформации до (10-50)% позволяет получить мелкозернистую структура сплава обладающую высокой прочностью и пластичностью.The data presented in Table 2 shows that the proposed method for manufacturing a wire from (α + β) -titanium alloy for additive technology with induction heating makes it possible to obtain a wire having enhanced strength and plastic properties with a uniform, fine-grained structure, the required length, in one piece without welded joints. Dragging or rolling the billet at a degree of deformation to (10-50)% allows to obtain a fine-grained alloy structure with high strength and ductility.
Таким образом, предлагаемый способ получения проволоки из (α+β)-титанового сплава позволяет значительно сократить время технологического процесса изготовления проволоки, произвести проволоку без сваривания отдельных кусков, обладающую стабильно высоким уровнем прочности, пластичности и однородности по всей длине, что является одним из главных условий для проволоки, используемой в аддитивных технологиях.Thus, the proposed method of producing wire from (α + β) -titanium alloy can significantly reduce the time of the technological process of manufacturing wire, produce wire without welding individual pieces, which has a consistently high level of strength, ductility and uniformity along the entire length, which is one of the main conditions for wire used in additive technologies.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107961A RU2690869C1 (en) | 2018-03-05 | 2018-03-05 | METHOD OF MAKING WIRE FROM (α + β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH INDUCTION HEATING AND WITH HIGH DEGREE OF DEFORMATION |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107961A RU2690869C1 (en) | 2018-03-05 | 2018-03-05 | METHOD OF MAKING WIRE FROM (α + β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH INDUCTION HEATING AND WITH HIGH DEGREE OF DEFORMATION |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2690869C1 true RU2690869C1 (en) | 2019-06-06 |
Family
ID=67037419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018107961A RU2690869C1 (en) | 2018-03-05 | 2018-03-05 | METHOD OF MAKING WIRE FROM (α + β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH INDUCTION HEATING AND WITH HIGH DEGREE OF DEFORMATION |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2690869C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1520717A1 (en) * | 1987-09-21 | 2001-09-20 | Б.А. Никифоров | METHOD OF MAKING WIRES FROM (α + β) -TITANEAL ALLOYS |
| US20110232349A1 (en) * | 2003-05-09 | 2011-09-29 | Hebda John J | Processing of titanium-aluminum-vanadium alloys and products made thereby |
| RU2575276C2 (en) * | 2010-07-19 | 2016-02-20 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ, ИНК. | Treatment of alpha/beta titanium alloys |
-
2018
- 2018-03-05 RU RU2018107961A patent/RU2690869C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1520717A1 (en) * | 1987-09-21 | 2001-09-20 | Б.А. Никифоров | METHOD OF MAKING WIRES FROM (α + β) -TITANEAL ALLOYS |
| US20110232349A1 (en) * | 2003-05-09 | 2011-09-29 | Hebda John J | Processing of titanium-aluminum-vanadium alloys and products made thereby |
| RU2575276C2 (en) * | 2010-07-19 | 2016-02-20 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ, ИНК. | Treatment of alpha/beta titanium alloys |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP4023354B1 (en) | Preparation method for coated alloy wire | |
| RU2583566C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING COLD-DEFORMED SEAMLESS PIPES MADE OF TITANIUM ALLOY Ti-3Al-2,5V | |
| Jian et al. | Gradient microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-4V titanium alloy fabricated by high-frequency induction quenching treatment | |
| Wang et al. | Influence of processing parameters on microstructure and tensile properties of TG6 titanium alloy | |
| CHAO et al. | Working hardening behaviors of severely cold deformed and fine-grained AZ31 Mg alloys at room temperature | |
| Furushima et al. | Effects of oxidation and surface roughening on drawing limit in dieless drawing process of SUS304 stainless steel microtubes | |
| RU2644714C2 (en) | Method for manufacturing rods of titanium based alloys | |
| RU2681040C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURE OF (α+β)-TITANIUM ALLOY WIRE FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH INDUCTION HEATING | |
| RU2690905C1 (en) | METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH CONTROL OF TEMPERATURE TOLERANCE AND HIGH DEGREE OF DEFORMATION | |
| Yang et al. | Effect of power spinning and heat treatment on microstructure evolution and mechanical properties of duplex low-cost titanium alloy | |
| RU2751067C2 (en) | METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY | |
| RU2690264C1 (en) | METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH REMOVAL OF SURFACE LAYER | |
| RU2655482C1 (en) | METHOD OF WIRE PRODUCTION FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH INDUCTION HEATING AND CONTROL OF THE PROCESS BY THE ACOUSTIC EMISSION METHOD | |
| RU2751066C2 (en) | Method of making wire from (α+β)-titanium alloy for additive technology | |
| RU2751068C2 (en) | METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY | |
| RU2690869C1 (en) | METHOD OF MAKING WIRE FROM (α + β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH INDUCTION HEATING AND WITH HIGH DEGREE OF DEFORMATION | |
| RU2690263C1 (en) | METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH HIGH SPEED AND DEGREE OF DEFORMATION | |
| RU2690262C1 (en) | METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY | |
| RU2691815C1 (en) | METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH CONTROL OF DEFORMATION TEMPERATURE TOLERANCE FIELD | |
| CN115612955B (en) | Recrystallized high-strength and high-toughness superfine crystal pure titanium and preparation method thereof | |
| RU2751070C2 (en) | METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY | |
| Sidelnikov et al. | Comparative analysis of properties of wires from alloys of Al-REM system, obtained using the methods of continuous extrusion | |
| CN106521380A (en) | Hot quenching new process and application of large-size high-strength aluminum alloy forgings | |
| RU2750872C1 (en) | MANUFACTURE OF WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOYS WITH LENGTH OF AT LEAST 8500 M FOR ADDITIVE TECHNOLOGIES | |
| RU2682071C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURE OF (α+β)-TITANIUM ALLOY WIRE FOR ADDITIVE TECHNOLOGY |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20220316 Effective date: 20220316 |