RU2758045C1 - Method for producing billets in the form of a bar from (a+b)-titanium alloys - Google Patents
Method for producing billets in the form of a bar from (a+b)-titanium alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758045C1 RU2758045C1 RU2021102265A RU2021102265A RU2758045C1 RU 2758045 C1 RU2758045 C1 RU 2758045C1 RU 2021102265 A RU2021102265 A RU 2021102265A RU 2021102265 A RU2021102265 A RU 2021102265A RU 2758045 C1 RU2758045 C1 RU 2758045C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- forging
- temperature
- bar
- billet
- region
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
- B21J1/04—Shaping in the rough solely by forging or pressing
-
- 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)
- Forging (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам изготовления кованых заготовок из (α+β)-титановых сплавов, методом горячего деформирования.The invention relates to the field of metal forming by pressure, in particular to methods of manufacturing forged blanks from (α + β) -titanium alloys, by the method of hot deformation.
Известно, что структура и однородность титановых сплавов оказывают решающее влияние на уровень и стабильность механических свойств заготовок. При разработке технологического процесса изготовления заготовок с заданными свойствами, при горячем деформировании (α+β)-титановых сплавов, структуре сплава и его механическим свойствам, уделяется огромное внимание. Титановые сплавы (α+β)-класса используются для изготовления изделий, работающих под большим внутренним давлением и в широком интервале температур от -196°С до 450°С. Для изготовления изделий, работающих в таких условиях, требуется заготовки, имеющие повышенные свойства по однородности микроструктуры, фазовому составу, с минимальной анизотропией механических свойств по всему объему заготовки и без наличия дефектов, обладающих высокой прочностью, пластичностью и энергоемкостью.It is known that the structure and homogeneity of titanium alloys have a decisive influence on the level and stability of the mechanical properties of workpieces. When developing a technological process for the manufacture of billets with desired properties, during hot deformation of (α + β) -titanium alloys, the structure of the alloy and its mechanical properties, great attention is paid. Titanium alloys (α + β) -class are used for the manufacture of products operating under high internal pressure and in a wide temperature range from -196 ° C to 450 ° C. For the manufacture of products operating under such conditions, workpieces are required that have increased properties in terms of the homogeneity of the microstructure, phase composition, with minimal anisotropy of mechanical properties throughout the workpiece volume and without the presence of defects, with high strength, ductility and energy consumption.
Известен способ производства промежуточных заготовок из (α+β)-сплавов титана методом ковки на прессах по схеме, включающей горячую деформацию слитков после нагрева в интервале температур β-области 1050-1300°С, деформацию после подогрева при более низких температурах β-области (1000-1130°С) и комбинированные операции (α+β)- и β-деформации, причем нагрев перед (α+β)-деформацией выполняется при температурах на 20-40°С ниже температуры полиморфного превращения (Тпп) сплава (Титановые сплавы. Александров В.К., Аношкин Н.Ф. и др. Полуфабрикаты из титановых сплавов. - М.: ВИЛС, 1996, с.184-185, 189). A known method for the production of intermediate billets from (α + β) titanium alloys by forging on presses according to a scheme including hot deformation of ingots after heating in the temperature range of the β-region of 1050-1300 ° C, deformation after heating at lower temperatures of the β-region ( 1000-1130 ° C) and combined operations (α + β) - and β-deformation, and heating before (α + β) -deformation is performed at temperatures 20-40 ° C below the temperature of polymorphic transformation (TPT) of the alloy (Titanium alloys Aleksandrov V.K., Anoshkin N.F. and others. Semi-finished products from titanium alloys. - M .: VILS, 1996, pp. 184-185, 189).
Применение такой специальной многоступенчатой схемы способствует развитию рекристаллизации и измельчению пластинчатой структуры, что обеспечивает получение матовой макроструктуры 4-6 балла и микроструктуры 3-5 типа. Однако для ряда изделий ответственного применения предъявляются более высокие требования к микроструктуре заготовок. На решение этой задачи и направлено заявляемое изобретение. Недостатками данного технического решения являются структурная неоднородность заготовки из-за захолаживания металла в процессе ковки, неравномерность деформации и наличие зон с затрудненной деформацией.The use of such a special multistage scheme promotes the development of recrystallization and refinement of the lamellar structure, which provides a matte macrostructure of 4-6 points and a microstructure of type 3-5. However, for a number of products of critical use, higher requirements are imposed on the microstructure of the workpieces. The claimed invention is aimed at solving this problem. The disadvantages of this technical solution are the structural inhomogeneity of the workpiece due to chilling of the metal during forging, uneven deformation and the presence of zones with difficult deformation.
Известен способ изготовления промежуточных заготовок из (α+β)-титановых сплавов, включающий операцию деформирования слитка при температурах β-области и комбинированные операции деформирования заготовки при температурах (α+β)- и β-областей, отличающийся тем, что на стадии окончательного деформирования при температуре в (α+β)-области по крайней мере одну ковочную операцию выполняют после нагрева заготовки до температуры на 50-80°С ниже температуры полиморфного превращения сплава (Тпп), при этом заготовку по крайней мере один раз охлаждают в воде, а перед деформированием на окончательный размер заготовку нагревают до температуры на 20-40° ниже Тпп в течение времени, обеспечивающего прохождение глобуляризации α-фазы, и фиксируют полученную структуру охлаждением в воде, после чего заготовку вновь нагревают до температуры на 20-40°С ниже Тпп и окончательно деформируют. (патент РФ №2266171, по заявке 2004116944/02, от 04.06.2004г. МПК B21J 5/00).A known method of manufacturing intermediate billets from (α + β) -titanium alloys, including the operation of deformation of the ingot at temperatures of the β-region and combined operations of deformation of the workpiece at temperatures (α + β) - and β-regions, characterized in that at the stage of final deformation at a temperature in the (α + β) -region, at least one forging operation is performed after heating the workpiece to a temperature of 50-80 ° C below the temperature of the polymorphic transformation of the alloy (TPT), while the workpiece is cooled at least once in water, and before deformation to the final size, the workpiece is heated to a temperature of 20-40 ° C below TPP for a time that ensures the passage of globularization of the α-phase, and the resulting structure is fixed by cooling in water, after which the workpiece is reheated to a temperature of 20-40 ° C below TPP and finally deformed. (RF patent No. 2266171, on application 2004116944/02, dated 04.06.2004. IPC B21J 5/00).
Недостатками известного способа являются неоднородность макроструктуры по сечению заготовки, большое количество нагревов, особенно при окончательном деформировании при температурах (α+β)-области, что существенно снижает производительность процесса, не обеспечивает получение заготовок, из слитков, с механическими свойствами необходимого уровня, по прочности, пластичности и энергоемкостиThe disadvantages of the known method are the heterogeneity of the macrostructure over the cross section of the workpiece, a large number of heating, especially during the final deformation at temperatures of the (α + β) -area, which significantly reduces the productivity of the process, does not ensure the production of workpieces, from ingots, with mechanical properties of the required level, in terms of strength , plasticity and energy intensity
Известен способ изготовления промежуточных заготовок из (α+β)-титановых сплавов, включающем комбинированные операции деформирования слитка при температурах β-области и операции деформирования заготовки при температурах (α+β)- и β-областей, заготовку, предварительно деформированную после нагрева до температуры на 100÷200°C выше температуры полиморфного превращения, деформируют в заготовку квадратного сечения после ее нагрева до температуры на 20÷60°C ниже температуры полиморфного превращения, проводят рекристаллизационную обработку методом нагрева до температуры на 50÷100°C выше температуры полиморфного превращения и осадки в торец с уковом 1,3÷1,4 и последующим охлаждением в воде, а окончательное деформирование заготовки в заданный размер осуществляют за несколько переходов с величиной однократного укова 1,5÷2,0 после нагрева заготовки до температуры на 20÷60°C ниже температуры полиморфного превращения, при этом величина суммарного укова при окончательном деформировании составляет 5,0÷6,0. (RU 2468882 по заявке 2011123363 от 08.06.2011г. МКИ B21J 1/04). A known method of manufacturing intermediate billets from (α + β) -titanium alloys, including combined operations of deformation of the ingot at temperatures of the β-region and the operation of deformation of the workpiece at temperatures (α + β) - and β-regions, the workpiece, pre-deformed after heating to a temperature 100 ÷ 200 ° C higher than the polymorphic transformation temperature, deformed into a square billet after heating it to a temperature 20 ÷ 60 ° C lower than the polymorphic transformation temperature, recrystallization processing is carried out by heating to a temperature 50 ÷ 100 ° C higher than the polymorphic transformation temperature, and upsetting at the end with a forging 1.3 ÷ 1.4 and subsequent cooling in water, and the final deformation of the workpiece into a given size is carried out in several transitions with a single forcing value of 1.5 ÷ 2.0 after heating the workpiece to a temperature of 20 ÷ 60 ° C is lower than the temperature of polymorphic transformation, while the value of the total spike during final deformation is 5.0 ÷ 6.0. (RU 2468882 by application 2011123363 dated 06/08/2011 MKI B21J 1/04).
Недостаток данного способа изготовления промежуточных заготовок из (α+β)-титановых сплавов заключается в том, что не обеспечивается получение промежуточных заготовок с однородной глобулярно-пластинчатой микроструктурой по сечению заготовки с механическими свойствами необходимого уровня по прочности, пластичности и энергоемкости. The disadvantage of this method for the manufacture of intermediate billets from (α + β) -titanium alloys is that it is not possible to obtain intermediate billets with a uniform globular-lamellar microstructure over the cross-section of the billet with mechanical properties of the required level of strength, ductility and energy consumption.
Известен способ изготовления высококачественных прутков широкого диапазона диаметров из двухфазных титановых сплавов, предназначенных для изготовления деталей аэрокосмического назначения. Способ включает нагрев заготовки до температуры выше температуры полиморфного превращения в β-области, прокатку при этой температуре, охлаждение до температуры окружающей среды, нагрев подката до температуры на 20-50°С ниже температуры полиморфного превращения и окончательную прокатку при этой температуре. Нагрев и деформацию в β-области проводят в два этапа, при этом на первом этапе заготовку нагревают до температуры на 40-150°С выше температуры полиморфного превращения, деформируют со степенью деформации 97-97,6% и охлаждают на воздухе, на втором этапе подкат нагревают до температуры на 20°С выше температуры полиморфного превращения и деформируют со степенью деформации 37-38%, а окончательную прокатку в (α+β)-области проводят со степенью деформации 54-55%. (Патент RU 2178014 по заявке 2000111295 от 06.05.2000г. МПК C22F1/18). A known method of manufacturing high-quality rods of a wide range of diameters from two-phase titanium alloys, intended for the manufacture of parts for aerospace purposes. The method includes heating the billet to a temperature above the temperature of the polymorphic transformation in the β-region, rolling at this temperature, cooling to ambient temperature, heating the rolled stock to a temperature 20-50 ° C below the polymorphic transformation temperature, and final rolling at this temperature. Heating and deformation in the β-region is carried out in two stages, while at the first stage the workpiece is heated to a temperature of 40-150 ° C above the temperature of polymorphic transformation, deformed with a degree of deformation of 97-97.6% and cooled in air, at the second stage the rolling stock is heated to a temperature 20 ° C above the polymorphic transformation temperature and deformed with a deformation rate of 37-38%, and the final rolling in the (α + β) -region is carried out with a deformation rate of 54-55%. (Patent RU 2178014 on application 2000111295 dated 06/05/2000 IPC C22F1 / 18).
Недостатком является структурная неоднородность, большое число нагревов, особенно при ковке в (α+β)-области на последних переходах. The disadvantage is the structural inhomogeneity, a large number of heating, especially when forging in the (α + β) -region at the last transitions.
Известен способ изготовления промежуточной заготовки из α- или (α+β) -титановых сплавов, включающий ковку слитка в пруток за несколько переходов при температуре в β- и (α+β)-областях, механическую обработку заготовки и окончательное прессование в (α+β)-области, отличающийся тем, что величина укова на последних переходах ковки составляет 1,36-2,5, а нагрев заготовки перед прессованием осуществляют в два этапа, причем на первом этапе заготовку нагревают до температуры поверхности заготовки в диапазоне от температуры на 250°С ниже температуры полиморфного превращения до температуры на 100°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 0,3-2,5°С/с, а на втором этапе заготовку охлаждают или нагревают до температуры на 40-250°С ниже температуры полиморфного превращения. (Патент RU 2314362 по заявке 2005138442 от 09.12.2005г. МПК C22F1/18).A known method of manufacturing an intermediate billet from α- or (α + β) -titanium alloys, including forging an ingot into a bar in several passes at a temperature in β- and (α + β) -areas, machining the billet and final pressing in (α + β) -area, characterized in that the forging value at the last forging transitions is 1.36-2.5, and the billet is heated before pressing in two stages, and at the first stage the billet is heated to the billet surface temperature in the range from 250 ° C below the temperature of polymorphic transformation to a temperature of 100 ° C higher than the temperature of polymorphic transformation at a rate of 0.3-2.5 ° C / s, and at the second stage, the workpiece is cooled or heated to a temperature of 40-250 ° C below the temperature of polymorphic transformation ... (Patent RU 2314362 on application 2005138442 dated 09.12.2005, IPC C22F1 / 18).
Недостатком данного способа является структурная неоднородность по сечению заготовки, не обеспечивается получение промежуточных заготовок с механическими свойствами необходимого уровня по прочности, пластичности и энергоемкости, большое число нагревов, особенно при ковке в (α+β)-области на последних переходах. The disadvantage of this method is the structural heterogeneity over the section of the workpiece, it is not possible to obtain intermediate workpieces with mechanical properties of the required level of strength, plasticity and energy consumption, a large number of heating, especially when forging in the (α + β) -region at the last transitions.
Известен способ изготовления промежуточных заготовок из титановых сплавов методом горячего деформирования. Ковку слитка в пруток производят за несколько переходов при температуре β- области и промежуточную ковку за несколько переходов при температуре β- и (α+β)-области. Промежуточную ковку при температуре (α+β)-области осуществляют с величиной укова 1,25-1,75. На окончательных переходах указанную промежуточную ковку ведут с уковом 1,25-1,35 в пруток. Затем производят механическую обработку прутка, резку его на заготовки и формирование торцов, после чего осуществляют окончательное деформирование прессованием при температуре (α+β)-области. (Патент RU 2217260 по заявке 2002108620 от 04.04.002г. МПК B21J 1/04). Данное техническое решение принято в качестве прототипаA known method of manufacturing intermediate blanks from titanium alloys by hot deformation. The forging of an ingot into a bar is carried out in several transitions at a temperature of the β-region and intermediate forging in several transitions at a temperature of the β- and (α + β) -regions. Intermediate forging at a temperature of (α + β) -area is carried out with a forging value of 1.25-1.75. At the final transitions, the specified intermediate forging is carried out with a forging of 1.25-1.35 into a bar. Then the bar is machined, cut into blanks and the ends are formed, after which the final deformation is carried out by pressing at a temperature of the (α + β) -area. (Patent RU 2217260 on application 2002108620 dated 04.04.002, IPC B21J 1/04). This technical solution was adopted as a prototype.
Данным способом не обеспечивается получение промежуточных заготовок с регламентированной однородной глобулярно-пластинчатой микроструктурой по всему объему заготовки, с заданными механическими свойствами по прочности, пластичности и энергоемкости.This method does not ensure the production of intermediate billets with a regulated homogeneous globular-lamellar microstructure throughout the billet volume, with specified mechanical properties in terms of strength, plasticity and energy intensity.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение промежуточных заготовок из (α+β)-титановых сплавов с регламентированной мелкодисперсной глобулярно-пластинчатой микроструктурой по всему объему заготовки, с заданными механическими свойствами по прочности, пластичности и энергоемкости.The problem to be solved by this invention is to obtain intermediate billets from (α + β) -titanium alloys with a regulated fine globular-lamellar microstructure throughout the billet volume, with specified mechanical properties in terms of strength, ductility and energy intensity.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении однородности глобулярно-пластинчатой микроструктуры по всему объему заготовки и, как следствие, в получении сплава с однородной, мелкодисперсной микроструктуры с размером зерна 5,0-10,0 мкм, содержащего равноосную α-фазу в количестве (50-80) % в трансформированной β-матрице без признаков границ β-зерен с пределом прочности на разрыв не менее 1200 МПа при соотношении параметров σ0,2/σB, не менее 0,9, где σ0,2 - предел текучести, МПа, σB - предел прочности, МПа. In the process of solving the problem, the technical result is achieved, which consists in increasing the homogeneity of the globular-lamellar microstructure throughout the volume of the workpiece and, as a consequence, in obtaining an alloy with a homogeneous, finely dispersed microstructure with a grain size of 5.0-10.0 microns, containing an equiaxed α- phase in an amount of (50-80)% in a transformed β-matrix without signs of β-grain boundaries with a tensile strength of at least 1200 MPa with a parameter ratio of σ 0.2 / σ B , not less than 0.9, where σ 0, 2 - yield point, MPa, σ B - ultimate strength, MPa.
Указанный технический результат достигается способом изготовления заготовки в виде прутка из (α+β)-титановых сплавов, включающим ковку слитка в пруток за несколько переходов при температуре β-области, промежуточную ковку за несколько переходов, окончательное деформирование при температуре (α+β)-области, отличающийся тем, что ковку слитка в β-области проводят при температуре Тпп+(70-170)оС с величиной укова 4,5-5,0 и с последующим охлаждением заготовки в виде прутка на воздухе, промежуточную ковку заготовки в виде прутка ведут сначала в (α+β)-области при температуре Тпп-40оС с величиной укова 1,5-1,6 за один переход, а затем заготовку в виде прутка нагревают в β-область для рекристаллизации сплава при температуре Тпп+(70-170)оС и ведут ковку заготовки в виде прутка при этой температуре с величиной укова 1,3-1,4 с последующим охлаждением на воздухе, окончательную ковку на пруток ведут в (α+β)-области при температуре Тпп-40оС с 5 величиной укова 6,0-5,5, а затем осуществляют механическую обработку, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава.The specified technical result is achieved by the method of manufacturing a billet in the form of a bar from (α + β) -titanium alloys, including forging an ingot into a bar in several passes at a temperature of the β-region, intermediate forging in several passes, and final deformation at a temperature of (α + β) - region, characterized in that the forging of the ingot in the β-region is carried out at a temperature Тп + (70-170) оС with a forging value of 4.5-5.0 and with subsequent cooling of the billet in the form of a bar in air, intermediate forging of the billet in the form of a bar lead first in the (α + β) -region at a temperature Тп-40оС with a forging value of 1.5-1.6 in one pass, and then the workpiece in the form of a bar is heated in the β-region for recrystallization of the alloy at a temperature Тп + (70- 170) ° C and forging a workpiece in the form of a bar at this temperature with a forging value of 1.3-1.4, followed by cooling in air, the final forging into a bar is carried out in the (α + β) -region at a temperature Tpp-40 ° C with 5 forging 6.0-5.5, and then carry out mechanical processing, where TPP is the temperature of the polymorphic transformation of the alloy.
В способе после нагрева в β-область для рекристаллизации ковку заготовки в виде прутка ведут с величиной укова 1,3-1,4 при температуре β-области 2 - 3 раза. In the method, after heating to the β-region for recrystallization, the forging of the billet in the form of a rod is carried out with a forging value of 1.3-1.4 at a temperature of the β-region 2 - 3 times.
В способе в изготовленной заготовке в виде прутка сплав имеет равномерную, мелкодисперсную микроструктуру с размером зерна 5,0-10,0 мкм, содержащую равноосную α-фазу в количестве 50-80 % в трансформированной β-матрице без признаков границ β-зерен.In the method in the manufactured billet in the form of a rod, the alloy has a uniform, finely dispersed microstructure with a grain size of 5.0-10.0 μm, containing an equiaxed α-phase in an amount of 50-80% in a transformed β-matrix without signs of β-grain boundaries.
В способе заготовка в виде прутка имеет предел прочности на разрыв σB не менее 1200 МПа при соотношении параметров σ0,2/σB, не менее 0,9, где σ0,2 - предел текучести, МПа.In the method, the billet in the form of a bar has a tensile strength σB of at least 1200 MPa with a ratio of parameters σ 0.2 / σ B , not less than 0.9, where σ 0.2 is the yield point, MPa.
Механические свойства (α+β)- титановых сплавов существенно зависят от характера микроструктуры. Наибольшие различия наблюдаются для сплавов с зернистой и пластинчатой структурой. Для сплавов с зернистой структурой характерна высокая пластичность и технологичность, энергоемкость. Сплавы с пластинчатой структурой отличаются высокой энергоемкостью. Высокая энергоемкость сплава с пластинчатой структурой обусловлена наличием множества границ раздела зерен, блоков, пластин. The mechanical properties of (α + β) - titanium alloys significantly depend on the nature of the microstructure. The greatest differences are observed for alloys with a granular and lamellar structure. Alloys with a granular structure are characterized by high plasticity and manufacturability, energy consumption. Lamellar alloys are characterized by high energy consumption. The high energy consumption of an alloy with a lamellar structure is due to the presence of many interfaces between grains, blocks, and plates.
Ковка слитка в β-области при температуре Тпп+(70-170)°С с величиной укова 4,5 - 5,0 на первых проходах значительно измельчает и разрушает грубую литую макроструктуру слитка. Последующие операции промежуточной ковки заготовки в (α+β)-области при температуре (Тпп-40)°С с величиной укова 1,5-1,6 за один переход и последующим нагревом в β-область на рекристаллизацию при температуре Тпп+(70-170) °С и ковку заготовки при данной температуре с уковом (1,3-1,4), в процессе деформационного наклепа приводят изменение структуры, β-зерна и α-пластины сплющиваются и вытягиваются вдоль направления течения металла, дробятся. В процессе рекристаллизации измельчается зерно, плотность дефектов структуры растет. Окончательное деформирование заготовки в (α+β)-области при температуре (Тпп-40) °С с величиной укова (6,0-6,5) переводит структуру металла в (α+β)-деформированную обеспечивая получение регламентированной однородной мелкозернистой первичной альфа-фазы в трансформированной бета-матрице без признаков границ β-зерен с повышенным уровнем механических свойств и минимизацией анизотропии по длине прутка за счет измельчения структурных составляющих и равномерной структурой по всему сечению. Такой металл обладает повышенной прочностью, пластичностью и энергоемкостью. Forging an ingot in the β-region at a temperature of Тп + (70-170) ° С with a forging value of 4.5 - 5.0 on the first passes significantly refines and destroys the rough cast macrostructure of the ingot. Subsequent operations of intermediate forging of the billet in the (α + β) -region at a temperature of (Тп-40) ° С with a forging value of 1.5-1.6 in one transition and subsequent heating into the β-region for recrystallization at a temperature Тпр + (70 -170) ° C and forging a workpiece at a given temperature with forging (1.3-1.4), in the process of deformation work hardening lead to a change in the structure, β-grains and α-plates are flattened and stretched along the direction of metal flow, crushed. In the process of recrystallization, the grain is refined, and the density of structural defects increases. The final deformation of the workpiece in the (α + β) -area at a temperature of (Тп-40) ° С with a forging value of (6.0-6.5) converts the metal structure to (α + β) -deformed, providing a regulated homogeneous fine-grained primary alpha -phase in a transformed beta matrix without signs of β-grain boundaries with an increased level of mechanical properties and minimization of anisotropy along the length of the bar due to the refinement of structural components and a uniform structure throughout the section. Such a metal has increased strength, ductility and energy consumption.
Способ получения универсальной кованой заготовки из (α+β)- титановых сплавов реализовали на титановом сплаве Ti-6Al-4V с температурой Тпп=985°С, исходные свойства которого представлены на интернет ресурсе: https://ru.qaz.wiki/wiki/Ti-6Al-4V .The method of obtaining a universal forged billet from (α + β) - titanium alloys was implemented on a titanium alloy Ti-6Al-4V with a temperature of TPP = 985 ° C, the initial properties of which are presented on the Internet resource: https://ru.qaz.wiki/wiki / Ti-6Al-4V.
Микроструктурные исследования сплава выполняли на электронном микроскопе. Изображения получены на растровом электронном микроскопе модели MIRA3 TESCAN. Оценку энергоемкости титановых сплавов оценивали по методике «Способ оценки энергоемкости титанового сплава». (Патент RU 2661445 по заявке 2017116681 от 12.05.2017г. МПК C22F 1/18). Для оценки энергоемкости титанового сплава определяли параметр σ0,2/σВ где σ0,2 - предел текучести, МПа; σВ - предел прочности, МПа и твердость по Бринелю (НВ). Microstructural studies of the alloy were carried out using an electron microscope. Images were obtained on a scanning electron microscope model MIRA3 TESCAN. The energy consumption of titanium alloys was estimated by the method "A method for assessing the energy intensity of a titanium alloy." (Patent RU 2661445 on application 2017116681 dated 05/12/2017 IPC C22F 1/18). To assess the energy intensity of the titanium alloy, the parameter σ0.2/ σVwhere σ0.2 - yield point, MPa; σV - ultimate strength, MPa and Brinell hardness (HB).
Пример №1 реализации способа. Example No. 1 of the implementation of the method.
Способ изготовления кованого прутка диаметром 100 мм из (α+β)- титанового сплава проводили на параметрах ковки - значений уковов и областей температур, экономически выгодных (в указанных пределах) и позволяющих получить заготовку с повышенной однородностью глобулярно-пластинчатой микроструктуры без признаков границ β-зерна по всему объему, обладающей повышенной пластичностью, прочностью и энергоемкостью.The method of manufacturing a forged rod with a diameter of 100 mm from (α + β) - titanium alloy was carried out on the parameters of forging - values of forges and temperature ranges that are economically profitable (within the specified limits) and allow obtaining a workpiece with increased homogeneity of the globular-lamellar microstructure without signs of boundaries β- grains throughout the volume, with increased plasticity, strength and energy consumption.
Слиток диаметром 450 мм из титанового сплава Ti-6Al-4V температурой Тпп=985°С за несколько переходов отковали в пруток диаметром 255 мм при температурах деформации (1100-1150) °С с уковом 4,5, охлаждение на воздухе. Далее осуществляли деформационный наклеп при температуре на 40 °С ниже Тпп с уковом 1,5 за один переход с последующим нагревом на рекристаллизацию при температуре 1070 °С и проведение ковки с уковом 1,3 с последующим охлаждением на воздухе. Окончательное деформирование на пруток диаметром 100 мм проводили при температуре на 40 °С ниже Тпп с уковом 6,1.An ingot with a diameter of 450 mm from a titanium alloy Ti-6Al-4V with a temperature of Тп = 985 ° С was forged in several passes into a rod with a diameter of 255 mm at deformation temperatures (1100-1150) ° С with a forging of 4.5, air cooling. Further, deformation work hardening was carried out at a temperature of 40 ° C below Tpp with a forging of 1.5 in one pass, followed by heating for recrystallization at a temperature of 1070 ° C and carrying out forging with a forging of 1.3 followed by cooling in air. The final deformation into a rod with a diameter of 100 mm was carried out at a temperature of 40 ° C below TPR with a bore of 6.1.
Последовательное деформирование в β-, (α+β)-, β-областях обеспечивает значительное измельчение и разрушение грубой литой макроструктуры слитка. Крупнозернистая структура слитка еще сохраняется, при этом формируется каркас повышенной технологической пластичности, придающий материалу способность воспринимать последующую деформацию в (α+β)-области, не разрушаясь. В процессе деформации в (α+β)-области (деформационный наклеп) с уковом 1.3-1,6 происходит одновременно изменение β-зерен и α-пластин. Окончательное деформирование заготовки в (α+β)-области переводит структуру металла в (α+β)-деформированную и при укове 6,0-6,5 обеспечивает получение глобулярно-пластинчатой микроструктуры по всему объему заготовки и, как следствие, в получении сплава с однородной, мелкодисперсной микроструктуры с размером зерна (5,0-10,0) мкм, содержащую равноосную α-фазу в количестве (50-80) % в трансформированной β-матрице без признаков границ β-зерен с высоким уровнем механических свойств по прочности, пластичности и энергоемкости и минимальной анизотропией по длине прутка за счет измельчения структурных составляющих. Sequential deformation in β-, (α + β) -, β-regions provides significant refinement and destruction of the rough cast macrostructure of the ingot. The coarse-grained structure of the ingot is still preserved, while a frame of increased technological plasticity is formed, which gives the material the ability to perceive subsequent deformation in the (α + β) -region without collapsing. In the process of deformation in the (α + β) -area (deformation hardening) with a forging of 1.3-1.6, β-grains and α-plates change simultaneously. The final deformation of the workpiece in the (α + β) -region transforms the metal structure into the (α + β) -deformed one and, with a forging of 6.0-6.5, provides a globular-lamellar microstructure throughout the volume of the workpiece and, as a consequence, in the production of an alloy with a homogeneous, finely dispersed microstructure with a grain size of (5.0-10.0) μm, containing an equiaxed α-phase in an amount of (50-80)% in a transformed β-matrix without signs of β-grain boundaries with a high level of mechanical properties in strength , plasticity and energy consumption and minimal anisotropy along the length of the bar due to the refinement of the structural components.
Результаты исследований представлены на фиг. 1, на изображении светлые области α-фаза, темные области β- фаза. Результаты механических испытаний приведены в таблице №1.The research results are presented in Fig. 1, the image shows the light areas of the α-phase, the dark areas of the β-phase. The results of mechanical tests are shown in table 1.
Пример №2 реализации способа. Example No. 2 implementation of the method.
Получение кованого 100 мм прутка из (α+β)- титанового сплава проводили на параметрах ковки, величина уковов менее указанных в предлагаемом способе и области температур в пределах, указанных в предлагаемом способе. Такой режим получения универсальной кованой заготовки из (α+β)- титановых сплавов экономически не выгодный из-за высокой длительности и энергоемкости способа. Способ позволяет получить заготовку с высокой однородностью глобулярно-пластинчатой микроструктуры без признаков границ β-зерна по всему объему, обладающей повышенной пластичностью, прочностью и энергоемкостью. Obtaining a forged 100 mm rod from (α + β) - titanium alloy was carried out on the parameters of forging, the value of the forging is less than those indicated in the proposed method and the temperature range within the limits specified in the proposed method. This mode of obtaining a universal forged billet from (α + β) - titanium alloys is economically unprofitable due to the high duration and energy consumption of the method. The method makes it possible to obtain a workpiece with a high homogeneity of the globular-lamellar microstructure without signs of β-grain boundaries throughout the volume, with increased plasticity, strength and energy consumption.
Ковку проводили при следующих режимах.Forging was carried out under the following conditions.
Слиток диаметром 450 мм из титанового сплава Ti-6Al-4V за несколько переходов отковали в пруток диаметром 285 мм при температурах деформации (1100-1150) °С с уковом 2,8, охлаждение на воздухе. Далее осуществляли деформационный наклеп при температуре на 40 °С ниже Тпп с уковом 1,45 за один переход с последующим нагревом на рекристаллизацию при температуре 1070 °С с уковом 1,20 с охлаждением на воздухе. Окончательное деформирование на пруток диаметром 100 мм проведено при температуре на 40 °С ниже Тпп с уковом 6,4.An ingot with a diameter of 450 mm from a titanium alloy Ti-6Al-4V was forged in several passes into a rod with a diameter of 285 mm at deformation temperatures (1100-1150) ° C with a forging of 2.8, air cooling. Further, deformation work hardening was carried out at a temperature of 40 ° C below Tpp with a forcing of 1.45 for one transition, followed by heating for recrystallization at a temperature of 1070 ° C with a forging of 1.20 with air cooling. The final deformation into a rod with a diameter of 100 mm was carried out at a temperature of 40 ° C below TPP with a forging of 6.4.
Результаты механических испытаний приведены в таблице №1.The results of mechanical tests are shown in table 1.
Пример №3 реализации способа. Example No. 3 implementation of the method.
Способ получения кованого 100 мм прктка из (α+β)- титанового сплава проводили на параметрах ковки, величина уковов принималась в пределах, указанных в предлагаемом способе. Температура проведения процесса ковки была выше оптимальных температур, заявленных в предлагаемом способе. Такой режим получения универсальной кованой заготовки из (α+β)- титановых сплавов экономически не выгодный, высокая длительность и энергоемкость, потеря массы заготовки при выгорании металла. Способ позволяет получить заготовку с высокой однородностью глобулярно-пластинчатой микроструктуры без признаков границ β-зерна по всему объему, обладающей повышенной пластичностью, прочностью и энергоемкостью. The method of obtaining a forged 100 mm prktka from (α + β) - titanium alloy was carried out on the parameters of forging, the size of the forging was taken within the limits specified in the proposed method. The temperature of the forging process was higher than the optimum temperatures stated in the proposed method. This mode of obtaining a universal forged billet from (α + β) - titanium alloys is not economically profitable, high duration and energy consumption, loss of billet mass during metal burnout. The method makes it possible to obtain a workpiece with a high homogeneity of the globular-lamellar microstructure without signs of β-grain boundaries throughout the volume, with increased plasticity, strength and energy consumption.
Ковку проводили при следующих режимах. Forging was carried out under the following conditions.
Слиток диаметром 450 мм из титанового сплава Ti-6Al-4V за несколько переходов отковали в пруток диаметром 285 мм при температурах деформации (1160-1190) °С с уковом 2,97, охлаждение на воздухе. Далее осуществляли деформационный наклеп при температуре на 60 °С ниже Тпп с уковом 1,55 за один переход с последующим нагревом на рекристаллизацию при температуре 1230°С с уковом 1,24 с охлаждением на воздухе. Окончательное деформирование на пруток диаметром 100 мм проведено при температуре на 40 °С ниже Тпп с уковом 4,8. An ingot with a diameter of 450 mm from a titanium alloy Ti-6Al-4V was forged in several passes into a rod with a diameter of 285 mm at deformation temperatures (1160-1190) ° C with a forging of 2.97, air cooling. Further, deformation work hardening was carried out at a temperature of 60 ° C below Тпр with a bead of 1.55 in one transition, followed by heating for recrystallization at a temperature of 1230 ° C with a bead of 1.24 with air cooling. The final deformation into a rod with a diameter of 100 mm was carried out at a temperature of 40 ° C below Tpp with a bore of 4.8.
Результаты механических испытаний приведены в таблице №1The results of mechanical tests are shown in table No. 1
Таблица 1Table 1
Проведенные исследования показали, что эффективное измельчение зерен достигается в результате деформации в (α+β)-области, при деформации с уковом (6,0-6,5). Нагрев в однофазную β-область сопровождается повышением пластичности и снижением сопротивления деформации. Однако получить необходимую структуру и свойства заготовки при деформации в β-области из-за интенсивного роста зерна и грубого внутризеренного строения не представляется возможным. Чередование процессов ковки в β-области и в (α+β)-области позволяет снизить число проходов при ковке, снизить зернистость и улучшить внутризеренное строение сплава. Оптимальную структуру и регламентированные свойства по прочности, пластичности и энергоемкости получаем при деформации в (α+β)-области при резком увеличении деформации до получения заготовки необходимого размера. The studies carried out have shown that effective grinding of grains is achieved as a result of deformation in the (α + β) -area, with deformation with a bite (6.0-6.5). Heating to the single-phase β-region is accompanied by an increase in plasticity and a decrease in resistance to deformation. However, it is not possible to obtain the required structure and properties of the workpiece upon deformation in the β-region due to the intensive grain growth and coarse intragranular structure. The alternation of forging processes in the β-region and in the (α + β) -region makes it possible to reduce the number of passes during forging, reduce grain size and improve the intragranular structure of the alloy. The optimal structure and regulated properties in terms of strength, plasticity, and energy consumption are obtained upon deformation in the (α + β) -region with a sharp increase in deformation until a workpiece of the required size is obtained.
Анализ данных, приведенных в таблице №1 показывает, что заявленный способ, по сравнению с известным, обеспечивает получение однородной глобулярно-пластинчатой и менее зернистой микроструктуры в сравнении с прототипом. Микроструктура по заявленному способу 5-8 мкм, по способу прототипу 20-50 мкм. Полученная заготовка имеет высокие значения σВ, σ0,2/σВ, твердости по Бринелю (НВ), что говорит о высокой пластичности, прочности и энергоемкости сплава. Микроструктура титанового сплава Ti-6A1-4V определялась на заготовке, полученной на режимах примера 1 заявляемого способа.Analysis of the data shown in table No. 1 shows that the claimed method, in comparison with the known, provides a homogeneous globular-lamellar and less granular microstructure in comparison with the prototype. The microstructure according to the claimed method is 5-8 microns, according to the prototype method is 20-50 microns. The resulting billet has high values of σ B, σ 0.2 / σ B , Brinell hardness (HB), which indicates high ductility, strength and energy consumption of the alloy. The microstructure of the titanium alloy Ti-6A1-4V was determined on the workpiece obtained in the modes of example 1 of the proposed method.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102265A RU2758045C1 (en) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | Method for producing billets in the form of a bar from (a+b)-titanium alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102265A RU2758045C1 (en) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | Method for producing billets in the form of a bar from (a+b)-titanium alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2758045C1 true RU2758045C1 (en) | 2021-10-25 |
Family
ID=78289783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021102265A RU2758045C1 (en) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | Method for producing billets in the form of a bar from (a+b)-titanium alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2758045C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114433765A (en) * | 2022-02-08 | 2022-05-06 | 西部钛业有限责任公司 | Preparation method of high-toughness TA31 titanium alloy material |
| CN117000926A (en) * | 2023-08-10 | 2023-11-07 | 陕西鼎益科技有限公司 | Forging forming method for improving structural uniformity of titanium alloy bar |
| CN117620172A (en) * | 2023-12-12 | 2024-03-01 | 山东煜兴材料科技有限公司 | Forging process of high-quality TC4 titanium alloy bar |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2217260C1 (en) * | 2002-04-04 | 2003-11-27 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | METHOD FOR MAKING INTERMEDIATE BLANKS OF α AND α TITANIUM ALLOYS |
| RU2314362C2 (en) * | 2005-12-09 | 2008-01-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | METHOD OF MANUFACTURE OF INTERMEDIATE BLANK FROM α- OR α+β-TITANIUM ALLOYS |
| CN101476096A (en) * | 2008-11-21 | 2009-07-08 | 宝鸡钛业股份有限公司 | Method for processing Ti-6Al-4V titanium alloy large size bar material |
| CN104070125B (en) * | 2014-03-11 | 2016-08-17 | 宁夏东方钽业股份有限公司 | A kind of forging processing method of TC4 titanium alloy large size bar |
| RU2664346C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-08-16 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method for producing titanium alloy billets for products experiencing variable mechanical loads |
| RU2681033C2 (en) * | 2017-05-12 | 2019-03-01 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method for producing titanium alloy billets for products experiencing variable mechanical loads |
-
2021
- 2021-02-02 RU RU2021102265A patent/RU2758045C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2217260C1 (en) * | 2002-04-04 | 2003-11-27 | ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение | METHOD FOR MAKING INTERMEDIATE BLANKS OF α AND α TITANIUM ALLOYS |
| RU2314362C2 (en) * | 2005-12-09 | 2008-01-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | METHOD OF MANUFACTURE OF INTERMEDIATE BLANK FROM α- OR α+β-TITANIUM ALLOYS |
| CN101476096A (en) * | 2008-11-21 | 2009-07-08 | 宝鸡钛业股份有限公司 | Method for processing Ti-6Al-4V titanium alloy large size bar material |
| CN101476096B (en) * | 2008-11-21 | 2010-08-11 | 宝鸡钛业股份有限公司 | Method for processing Ti-6Al-4V titanium alloy large size bar material |
| CN104070125B (en) * | 2014-03-11 | 2016-08-17 | 宁夏东方钽业股份有限公司 | A kind of forging processing method of TC4 titanium alloy large size bar |
| RU2664346C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-08-16 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method for producing titanium alloy billets for products experiencing variable mechanical loads |
| RU2681033C2 (en) * | 2017-05-12 | 2019-03-01 | Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ | Method for producing titanium alloy billets for products experiencing variable mechanical loads |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114433765A (en) * | 2022-02-08 | 2022-05-06 | 西部钛业有限责任公司 | Preparation method of high-toughness TA31 titanium alloy material |
| CN114433765B (en) * | 2022-02-08 | 2023-05-05 | 西部钛业有限责任公司 | Preparation method of high-strength and high-toughness TA31 titanium alloy material |
| CN117000926A (en) * | 2023-08-10 | 2023-11-07 | 陕西鼎益科技有限公司 | Forging forming method for improving structural uniformity of titanium alloy bar |
| CN117000926B (en) * | 2023-08-10 | 2024-04-12 | 陕西鼎益科技有限公司 | Forging forming method for improving structural uniformity of titanium alloy bar |
| CN117620172A (en) * | 2023-12-12 | 2024-03-01 | 山东煜兴材料科技有限公司 | Forging process of high-quality TC4 titanium alloy bar |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2758045C1 (en) | Method for producing billets in the form of a bar from (a+b)-titanium alloys | |
| US7611592B2 (en) | Methods of beta processing titanium alloys | |
| Xia et al. | Microstructure, texture and mechanical properties of coarse-grained Mg–Gd–Y–Nd–Zr alloy processed by multidirectional forging | |
| Sang-Yong et al. | Characterization of Al 7075 alloys after cold working and heating in the semi-solid temperature range | |
| Mirzakhani et al. | Combination of sever plastic deformation and precipitation hardening processes affecting the mechanical properties in Al–Mg–Si alloy | |
| US7708845B2 (en) | Method for manufacturing thin sheets of high strength titanium alloys description | |
| US9469892B2 (en) | Hot thermo-mechanical processing of heat-treatable aluminum alloys | |
| US4721537A (en) | Method of producing a fine grain aluminum alloy using three axes deformation | |
| RU2758044C1 (en) | Method for manufacturing forged billet in form of bar from (a+b)-titanium alloys | |
| CN105283574A (en) | Ni-based superalloy and method for producing same | |
| CN107955893A (en) | A kind of method for forging and molding of aluminium alloy knuckle | |
| US5194102A (en) | Method for increasing the strength of aluminum alloy products through warm working | |
| RU2758735C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING A FORGED WORKPIECE IN THE FORM OF A ROD FROM (α+β)-TITANIUM ALLOYS | |
| Reza-E-Rabby et al. | Effect of various post-extrusion tempering on performance of AA2024 tubes fabricated by shear assisted processing and extrusion | |
| RU2314362C2 (en) | METHOD OF MANUFACTURE OF INTERMEDIATE BLANK FROM α- OR α+β-TITANIUM ALLOYS | |
| RU2758737C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING A FORGED WORKPIECE IN THE FORM OF A ROD FROM (α+β)-TITANIUM ALLOYS | |
| Kaibyshev et al. | Cost‐Affordable Technique Involving Equal Channel Angular Pressing for the Manufacturing of Ultrafine Grained Sheets of an Al–Li–Mg–Sc Alloy | |
| US6565683B1 (en) | Method for processing billets from multiphase alloys and the article | |
| JP5605273B2 (en) | High strength α + β type titanium alloy having excellent hot and cold workability, production method thereof, and titanium alloy product | |
| RU2739926C1 (en) | Ultra-fine aluminum alloys for high-strength articles made under superplasticity conditions, and a method of producing articles | |
| RU2761398C1 (en) | Method for processing rods made of ortho-titanium alloys for producing blades of a gas turbine engine compressor | |
| EP4317497A1 (en) | Material for the manufacture of high-strength fasteners and method for producing same | |
| RU2266171C1 (en) | METHOD FOR MAKING INTERMEDIATE BLANK OF (α+β) TITANIUM ALLOYS | |
| RU2299264C1 (en) | Deformed aluminum alloys articles forming method | |
| RU2355489C2 (en) | Method of producing of hot-rolled pipes made of alpha- and semi- alpha-titanium alloys |