RU2801383C1 - Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе алюминида Ti2AlNb - Google Patents
Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе алюминида Ti2AlNb Download PDFInfo
- Publication number
- RU2801383C1 RU2801383C1 RU2022116155A RU2022116155A RU2801383C1 RU 2801383 C1 RU2801383 C1 RU 2801383C1 RU 2022116155 A RU2022116155 A RU 2022116155A RU 2022116155 A RU2022116155 A RU 2022116155A RU 2801383 C1 RU2801383 C1 RU 2801383C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deformation
- temperature
- aluminide
- carried out
- hours
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области обработки металлов и сплавов давлением, в частности к способу изготовления лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе алюминида Ti2AlNb. Может использоваться в аэрокосмической промышленности для изготовления деталей газотурбинных двигателей. При получении заготовок лопаток из сплава на основе алюминида Ti2AlNb осуществляют штамповку со степенью деформации не менее 50% при температуре ниже Тпп на 50-200°С, где Тпп-температура β↔α2 превращения. После чего проводят закалку при температуре ниже Тпп на 50-150°С с выдержкой не менее 0,5 часа и с последующим печным охлаждением до температуры образования фазы Ti2AlNb. Затем охлаждают на воздухе и проводят старение при температуре ниже Тпп на 200-300°С и временем выдержки от 1 до 36 часов. Или проводят штамповку при температуре ниже Тпп на 50-150°С со степенью деформации от 50%, после чего осуществляют старение при температуре ниже Тпп на 200-300°С с выдержкой от 6 до 36 часов и охлаждение с печью. Обеспечиваются высокие механические свойства. 2 н. п. ф-лы, 2 ил., 8 пр.
Description
Группа изобретений относится к области обработки металлов и сплавов давлением, а именно к технологии обработки давлением интерметаллидных сплавов на основе алюминида Ti2AlNb и может быть использовано в аэрокосмической промышленности для изготовления деталей газотурбинных двигателей с регламентированной структурой и заданными механическими свойствами.
Интерметаллидные сплавы на основе орторомбического алюминида титана обладают такими свойствами как высокая термическая стабильность, высокие удельные прочностные характеристики при достаточном уровне пластичности. Сочетание таких характеристик позволяет применять их в газотурбинных двигателях в качестве деталей с рабочей температурой до 650°С. Однако сдерживающим фактором для применения данных сплавов является сложность обеспечения баланса между прочностью, пластичностью и вязкостью разрушения при комнатной и рабочей температуре. В данных сплавах в ходе кристаллизации формируются крупные зерна размером до нескольких миллиметров, что затрудняет пластическую деформацию и не позволяет реализовать весь потенциал материала. Хотя в ходе горячей прокатки микроструктура существенно измельчается, однако из-за узкого температурного интервала процесса не удается получить требуемую для обеспечения высокого комплекса свойств структуру. Термическая обработка также не дает возможности в полной мере улучшить механические свойства. Решением данной проблемы может быть применение сочетания изотермической штамповки и термической обработки, что позволяет помимо получения конечной формы изделия сформировать требуемую структуру в заготовках лопаток из интерметаллидных сплавов на основе орторомбического алюминида титана.
На данный момент известно несколько способов обработки интерметаллидных сплавов на основе орторомбического алюминида титана методами горячей деформации.
Известен способ проведения горячей деформации сплава на основе орторомбического алюминида титана Ti-11,4Al-1,31Zr-0,7V-39,9Nb-0,85Mo-0,14Si-0,065C масс. %) с целью получения прутковых заготовок [Патент РФ № 2644830 C2 от 26.06.2017 «Способ изготовления прутковых заготовок из сплавов на основе интерметаллида титана с орто – фазой»], включающий нагрев и предварительную деформацию слитка с получением заготовки, промежуточную и окончательную деформацию заготовки и заключительную термообработку, отличающийся тем, что промежуточную деформацию заготовки осуществляют от 2 до 5 осадок со степенью 25-40%, совмещенных с прессованием со степенью 55-70%, при этом нагрев заготовки перед первой из промежуточных деформаций проводят ступенчато до температуры Тпп+(100-200)°С, где Тпп температура β↔α2 превращения с выдержкой 2-3 часа, а каждую последующую из промежуточных деформаций проводят при температуре на 50-100°С ниже предыдущей с выдержкой на 0,5-1 час меньше, чем на предыдущей, а последнюю из промежуточных деформаций проводят при температуре Тпп-(20-50)°С, причем окончательную деформацию заготовки осуществляют со степенью не более 30% при Тпп-(80-120)°С. После деформации заготовку подвергали двухступенчатой термической обработке: 1. нагрев до Т=900°C выдержка 2,5 часа с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры; 2. нагрев до Т=850°C выдержка 12 часов с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры. Механические характеристики при T=20°C: σ0,2=1040 МПа; σВ=1110 МПа; δ=7,0 %; ψ=7,5%; при T=650°C: σ0,2=860 МПа; σВ=890 МПа; δ=13,0 %; ψ=25,0%. Недостатком данного способа являются высокие температуры деформации, приводящие к значительным энергозатратам и трудоемкости процесса, а также низкая прочность после термической обработки.
Известен способ проведения горячей деформации сплава на основе орторомбического алюминида титана для получения поковок [Патент РФ № 2 520 924 С1 от 27.06.2014 «Способ изготовления поковок дисков из сплава алюминия титана на основе орто–фазы»], заключающийся в многостадийной деформации слитка с подогревами выше, а затем и ниже температуры полиморфного превращения (Тпп) и последующей термической обработке. Кроме того, слиток подвергается предварительной высокотемпературной газостатической обработке выше температуры Тпп. Механические характеристики при T=20°C: σВ~1200 МПа; δ=6-7 %; при T=650°C: σВ~1000 МПа; δ=9-12%. Недостатком данного способа являются высокие температуры деформации на начальных этапах, что приводит к повышению требований к штамповым материалам и дополнительным затратам на нагрев до более высоких температур.
Известен способ проведения горячей деформации сплава на основе орторомбического алюминида титана ВИТ1 [Патент РФ № RU 2 761 398 C1 от 08.12.2021 «Способ обработки прутков из орто-сплавов титана для получения лопаток компрессора газотурбинного двигателя» с целью повышения механических характеристик, который включает нагрев прутка до 1100°С, плющение со степенью деформации не менее 0,5, повторный нагрев до 1100°С и выдавливание заготовки в закрытом штампе с формированием поковки с замком и пером лопатки. Затем поковку нагревали до 1100°С, подвергали сначала черновой, а затем чистовой штамповке лопаток. После низкого отжига были получены следующие свойства при температуре 20°С: предел прочности σв=1230 МПа; относительное удлинение δ=20,5% и относительное сужение ψ=46,3%. Недостатком данного способа является высокая температура ковки и последующей штамповки, что существенно повышает требования к штамповым материалам и удорожает производство. Кроме того, отсутствуют данные о жаропрочных характеристиках полученного состояния, что не позволяет в полной мере оценить разработанный способ.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей группы изобретений является обеспечение высокого комплекса механических характеристик заготовок лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе алюминида Ti2AlNb, сочетающих в себе высокую прочность и жаропрочность при достаточном уровне низкотемпературной пластичности.
Технический результат изобретений заключается в обеспечении высоких механических свойств заготовок лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе алюминида Ti2AlNb: σ0,2 20 =950-1250 МПа; σВ 20 =1050-1350 МПа; δ20 =4-6 %; ψ20 =4-6%; σ0,2 650 = 950 МПа; σВ 650 = 1100 МПа; δ650 =5 %; ψ650 =5% за счет применения предложенного способа изотермической штамповки и последующей термической обработки, обеспечивающих высокие механические свойства
Задача решается применением предложенного способа изотермической штамповки и термической обработки сплава на основе алюминида Ti2AlNb на примере сплава ВИТ1, включающего штамповку лопаток со степенью деформации не менее 50% при температуре ниже Тпп на 50-200°С, где Тпп - температура β↔α2 превращения, закалку при температуре ниже Тпп на 50-150°С, выдержку не менее 0,5 часа с последующим печным охлаждением до температуры образования фазы Ti2AlNb и дальнейшее охлаждение на воздухе, старение при температуре ниже Тпп на 200-300°С и времени выдержки 1-36 часов.
Технический результат также достигается при условии совмещения стадии закалки с операцией изотермической штамповки, т.е. когда сразу после штамповки при температуре ниже Тпп на 50-150°С осуществляют старение при температуре ниже Тпп на 200-300°С в течение от 6 до 36 часов.
Новизна и изобретательский уровень предложенной группы изобретений заключается в деформационно-термической обработке заготовок сплава на основе алюминида Ti2AlNb при температуре существенно ниже Тпп, где Тпп - температура β↔α2 превращения. Такой подход позволяет обеспечить высокий комплекс механических характеристик как при комнатной, так и при рабочих температурах указанного сплава.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Деформационно-термическую обработку заготовок сплава на основе алюминида Ti2AlNb провели на примере сплава ВИТ1. Температура β↔α2 превращения (далее Тпп) определена с помощью дифференциально сканирующей калориметрии и составила 1100°С. Температура образования фазы Ti2AlNb определена тем же способом и составила 950°С. Изотермическую штамповку заготовок лопаток проводят при температуре ниже Тпп на 50-200°С со степенью деформации от 50%. После чего заготовки подвергают термической обработке:
- закалка при температуре ниже Тпп на 50-150°С, выдержка от 0,5 часа;
- охлаждение с печью до температуры 950°С, затем охлаждение на воздухе;
- старение при температуре ниже Тпп на 200-300°С, выдержка от 1 до 36 часов, охлаждение с печью.
Кроме того, заявленный технический результат достигается и в случае, когда первая стадия термической обработки закалка совмещена с операцией изотермической штамповки при температуре ниже Тпп на 50-150°С со степенью деформации от 50% , после которой заготовки подвергаются старению при температуре ниже Тпп на 200-300°С с выдержкой от 6 до 36 часов, охлаждение с печью.
Изобретение охарактеризовано на следующих изображениях.
Фигура 1 – Микроструктура заготовки сплава ВИТ1 после деформационно-термической и термической обработки по режиму: изотермическая штамповка при T=950°С со степенью деформации 50%, закалка при T=1000°С, выдержка 0,5 часа, охлаждение с печью до 950°С, охлаждение на воздухе; старение при T=800°С, выдержка 6 часов (а - сканирующая электронная микроскопия, б - просвечивающая электронная микроскопия).
Фигура 2 – Таблица «Механические свойства сплава ВИТ1 после изотермической штамповки и термической обработки»
Возможность осуществления группы изобретений поясняется примерами технологического процесса изотермической штамповки заготовок лопаток из сплава ВИТ1. Механические испытания полученных сплавов проводили с использованием установки универсальная электромеханическая испытательная машина Instron 5882.
Пример 1.
Проведена деформационно-термическая обработка заготовок сплава ВИТ1 на основе алюминида Ti2AlNb . Заготовки подвергали изотермической штамповке при 950°С со степенью деформации 50%. После чего заготовки подвергали закалке при T=1000°С, выдержка 0,5 часа, охлаждение с печью до Т=950°С, охлаждение на воздухе; старение при 800°С с выдержкой 6 часов. Микроструктура полученной штамповки представлена на фигуре 1. Результаты механических испытаний представлены в таблице на фигуре 2.
Пример 2.
Проведена деформационно-термическая обработка заготовок сплава ВИТ1 на основе алюминида Ti2AlNb . Заготовки подвергали изотермической штамповке при 900°С со степенью деформации 50%. После чего заготовки подвергали закалке при T=975°С, выдержка 0,5 часа, охлаждение с печью до Т=950°С, охлаждение на воздухе; старение при 800°С, выдержка 6 часов. Результаты механических испытаний представлены в таблице на фигуре 2.
Пример 3.
Проведена деформационно-термическая обработка заготовок сплава ВИТ1 на основе алюминида Ti2AlNb. Заготовки подвергали изотермической штамповке при 1050°С со степенью деформации 50%. После чего заготовки подвергали закалке при T=1050°С, выдержка 0,5 часа, охлаждение с печью до Т=950°С, охлаждение на воздухе; старение при 900°С, выдержка 6 часов. Результаты механических испытаний представлены в таблице на фигуре 2.
Пример 4.
Проведена деформационно-термическая обработка заготовок сплава ВИТ1 на основе алюминида Ti2AlNb. Заготовки подвергали изотермической штамповке при 950°С со степенью деформации 50%. После чего заготовки подвергали закалке при T=975°С, выдержка 0,5 часа, охлаждение с печью до Т=950°С, закалка на воздухе; старение при 850°С, выдержка 1 час. Результаты механических испытаний представлены в таблице на фигуре 2.
Пример 5.
Проведена деформационно-термическая обработка заготовок сплава ВИТ1 на основе алюминида Ti2AlNb. Заготовки подвергали изотермической штамповке при 1000°С со степенью деформации 50%. После чего заготовки подвергали термической обработке: старение при 800°С, выдержка 6 часов. Результаты механических испытаний представлены в таблице на фигуре 2.
Пример 6.
Проведена деформационно-термическая обработка заготовок сплава ВИТ1 на основе алюминида Ti2AlNb. Заготовки подвергали изотермической штамповке при 1000°С со степенью деформации 50%. После чего заготовки подвергали термической обработке: старение при 800°С, выдержка 36 часов. Результаты механических испытаний представлены в таблице на фигуре 2.
Пример 7.
Проведена деформационно-термическая обработка заготовок сплава ВИТ1 на основе алюминида Ti2AlNb. Заготовки подвергали изотермической штамповке при 1000°С со степенью деформации 50%. После чего заготовки подвергали термической обработке: старение при 900°С, выдержка 6 часов. Результаты механических испытаний представлены в таблице на фигуре 2.
Пример 8.
Проведена деформационно-термическая обработка заготовок сплава ВИТ1 на основе алюминида Ti2AlNb. Заготовки подвергали изотермической штамповке при 1000°С со степенью деформации 50%. После чего заготовки подвергали термической обработке: старение при 900°С, выдержка 36 часов. Результаты механических испытаний представлены в таблице на фигуре 2.
Приведенные примеры подтверждают достижение заявленного технического результата изобретения, заключающегося в том, что предложенные режимы термической и деформационно-термической обработок, обеспечивают высокие механические свойства Ti2AlNb: σ0,2 20 =950-1250 МПа; σВ 20 =1050-1350 МПа; δ20 =4-6 %; ψ20 =4-6%; σ0,2 650 = 950 МПа; σВ 650 = 1100 МПа; δ650 =5 %; ψ650 =5%.
Claims (2)
1. Способ изготовления заготовок лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе алюминида Ti2AlNb, включающий штамповку и термическую обработку, отличающийся тем, что штамповку проводят со степенью деформации не менее 50% при температуре ниже Тпп на 50-200°С, где Тпп - температура β↔α2 превращения, а при термообработке проводят закалку при температуре ниже Тпп на 50-150°С с выдержкой не менее 0,5 часа с последующим печным охлаждением до температуры образования фазы Ti2AlNb, после чего осуществляют охлаждение на воздухе и старение при температуре ниже Тпп на 200-300°С и временем выдержки от 1 до 36 часов.
2. Способ изготовления заготовок лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе алюминида Ti2AlNb, включающий штамповку и термическую обработку, отличающийся тем, что штамповку проводят со степенью деформации не менее 50% при температуре ниже Тпп на 50-150°С, где Тпп - температура β↔α2 превращения, а термообработку проводят путем старения при температуре ниже Тпп на 200-300°С и временем выдержки от 6 до 36 часов.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2801383C1 true RU2801383C1 (ru) | 2023-08-08 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2246556C1 (ru) * | 2004-01-22 | 2005-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения деформированной заготовки из титанового сплава и изделие, полученное из нее |
CN105506525B (zh) * | 2015-12-30 | 2017-05-17 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | 一种Ti2AlNb基合金大规格均匀细晶棒材的制备方法 |
CN106319236B (zh) * | 2016-11-01 | 2018-08-17 | 西北有色金属研究院 | 一种Ti2AlNb合金材料的制备方法 |
CN112247043A (zh) * | 2020-08-28 | 2021-01-22 | 中国科学院金属研究所 | 一种Ti2AlNb基合金锻件的制备工艺 |
RU2761398C1 (ru) * | 2021-03-11 | 2021-12-08 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Способ обработки прутков из орто-сплавов титана для получения лопаток компрессора газотурбинного двигателя |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2246556C1 (ru) * | 2004-01-22 | 2005-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения деформированной заготовки из титанового сплава и изделие, полученное из нее |
CN105506525B (zh) * | 2015-12-30 | 2017-05-17 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | 一种Ti2AlNb基合金大规格均匀细晶棒材的制备方法 |
CN106319236B (zh) * | 2016-11-01 | 2018-08-17 | 西北有色金属研究院 | 一种Ti2AlNb合金材料的制备方法 |
CN112247043A (zh) * | 2020-08-28 | 2021-01-22 | 中国科学院金属研究所 | 一种Ti2AlNb基合金锻件的制备工艺 |
RU2761398C1 (ru) * | 2021-03-11 | 2021-12-08 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Способ обработки прутков из орто-сплавов титана для получения лопаток компрессора газотурбинного двигателя |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7531054B2 (en) | Nickel alloy and method including direct aging | |
CN111235506A (zh) | 一种tc25g钛合金锻件的热加工工艺 | |
RU2644830C2 (ru) | Способ изготовления прутковых заготовок из сплавов на основе интерметаллида титана с орто-фазой | |
CN105506525A (zh) | 一种Ti2AlNb基合金大规格均匀细晶棒材的制备方法 | |
JP6079294B2 (ja) | Ni基耐熱合金部材の自由鍛造加工方法 | |
CN114042847A (zh) | 一种提高tb6钛合金断裂韧性的锻造方法 | |
CN111647835A (zh) | 一种改善β型钛合金机械热处理的方法 | |
JP5284555B2 (ja) | 大形鍛造鍛造品の製造方法 | |
RU2382686C2 (ru) | Способ штамповки заготовок из наноструктурных титановых сплавов | |
CN110205572A (zh) | 一种两相Ti-Al-Zr-Mo-V钛合金锻棒的制备方法 | |
RU2801383C1 (ru) | Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе алюминида Ti2AlNb | |
RU2790704C9 (ru) | Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе орторомбического алюминида титана | |
RU2790704C1 (ru) | Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из деформированных заготовок сплава на основе орторомбического алюминида титана | |
RU2790711C1 (ru) | Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из деформированных заготовок сплава на основе орторомбического алюминида титана | |
RU2761398C1 (ru) | Способ обработки прутков из орто-сплавов титана для получения лопаток компрессора газотурбинного двигателя | |
US5964967A (en) | Method of treatment of metal matrix composites | |
RU2800270C1 (ru) | Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из интерметаллидного сплава на основе орторомбического алюминида титана | |
RU2707006C1 (ru) | Способ штамповки заготовок с ультрамелкозернистой структурой из двухфазных титановых сплавов | |
US20100037994A1 (en) | Method of processing maraging steel | |
RU2569605C1 (ru) | Способ получения тонких листов из титанового сплава ti-6,5al-2,5sn-4zr-1nb-0,7mo-0,15si | |
RU2691471C1 (ru) | Способ изготовления листового проката из титанового сплава марки вт8 | |
RU2534909C1 (ru) | СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ ОБЪЕМНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ Al-Cu-Mg-Ag СПЛАВОВ | |
RU2675011C1 (ru) | Способ изготовления плоских изделий из гафнийсодержащего сплава на основе титана | |
RU2255135C1 (ru) | Способ деформационно-термической обработки алюминиевых сплавов | |
RU2635650C1 (ru) | Способ термомеханической обработки высоколегированных псевдо-β титановых сплавов, легированных редкими и редкоземельными металлами |