RU2800089C1 - Method for heat treatment of intermetallic titanium ortho-alloys - Google Patents
Method for heat treatment of intermetallic titanium ortho-alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800089C1 RU2800089C1 RU2022118442A RU2022118442A RU2800089C1 RU 2800089 C1 RU2800089 C1 RU 2800089C1 RU 2022118442 A RU2022118442 A RU 2022118442A RU 2022118442 A RU2022118442 A RU 2022118442A RU 2800089 C1 RU2800089 C1 RU 2800089C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- vacuum
- heating
- alloys
- heat treatment
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 15
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 34
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 34
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 6
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 102220253765 rs141230910 Human genes 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910008938 W—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- -1 niobium hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к интерметаллидным титановым сплавам на основе соединения Ti2AlNb (Орто-сплавы), которые предназначены для изготовления деталей газотурбинного двигателя (лопаткам, дискам, корпусам и др.), работающих при повышенных температурах.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, namely to intermetallic titanium alloys based on the compound Ti 2 AlNb (Ortho-alloys), which are intended for the manufacture of parts of a gas turbine engine (blades, disks, housings, etc.) operating at elevated temperatures.
Известно, что литые интерметаллидные титановые сплавы на основе соединения Ti2AlNb обладают при температуре 20°С низкими пластическими свойствами - пределом прочности σВ 20 ~ 700 МПа и относительным удлинением δ20 ~ 1%. Такой уровень механических свойств Орто-сплавов затрудняет производство деформированных полуфабрикатов - поковок, штамповок, прутков, листов и пр.It is known that cast intermetallic titanium alloys based on the Ti 2 AlNb compound have low plastic properties at a temperature of 20°C - ultimate strength σ В 20 ~ 700 MPa and relative elongation δ 20 ~ 1%. This level of mechanical properties of ortho-alloys makes it difficult to produce deformed semi-finished products - forgings, stampings, bars, sheets, etc.
Для получения полуфабрикатов из интерметаллидных Орто-сплавов используют технологические схемы, включающие многократные осадки -вытяжки - осадки литых заготовок при температурах полиморфного превращения (Тпп) равных Тпп + (20-30)°С с последующим снижением температуры до значений Тпп - (50-150)°С. Использование таких технологических схем приводит к повышенному окислению и дополнительным операциям - травлению для удаления газонасыщенных поверхностных слоев и механической обработке - точению, строжке, и фрезерованию, что приводит к снижению коэффициента использования металла (КИМ) и увеличению стоимости готовых полуфабрикатов.To obtain semi-finished products from intermetallic Ortho-alloys, technological schemes are used, including multiple precipitation - drawing - precipitation of cast billets at polymorphic transformation temperatures (Tpp) equal to Tpp + (20-30) ° C, followed by a decrease in temperature to Tpp - (50-150) ° C. The use of such technological schemes leads to increased oxidation and additional operations - etching to remove gas-saturated surface layers and machining - turning, gouging, and milling, which leads to a decrease in the metal utilization factor (CMM) and an increase in the cost of finished semi-finished products.
Для облегчения процессов пластической деформации интерметаллидных титановых Орто-сплавов предложено вводить в Орто-сплавы водород [Хаджиева О.Г., Гриб С.В., Малевич Ю.А., Илларионов А.Г. Влияние водорода на превращения в сплаве на основе интерметаллида Ti2AlNb // Сборник тезисов докладов VIII Всероссийская школа-конференция молодых ученых "КоМУ-2010" - Ижевск: ФТИ УрО РАН, УдГУ, ИжГТУ, 2010. с. 108-109] который, являясь временным легирующим элементом, увеличивает количество пластичной β-фазы, облегчает процессы пластической деформации при температурах Тпп - (100-150)°С и уменьшает газонасыщение поверхности полуфабрикатов. В представленном источнике не используются режимы термической обработки, поскольку введение водорода применяется для повышения технологической пластичности при горячей обработке давлением.To facilitate the processes of plastic deformation of intermetallic titanium Ortho-alloys, it is proposed to introduce hydrogen into Ortho-alloys [Khadzhieva O.G., Grib S.V., Malevich Yu.A., Illarionov A.G. Influence of hydrogen on transformations in an alloy based on Ti 2 AlNb intermetallide // Collection of abstracts of the VIII All-Russian school-conference of young scientists "KoMU-2010" - Izhevsk: FTI UrO RAS, UdGU, IzhGTU, 2010. p. 108-109] which, being a temporary alloying element, increases the amount of plastic β-phase, facilitates plastic deformation processes at temperatures Тpp - (100-150)°С and reduces gas saturation of the surface of semi-finished products. In the presented source, heat treatment modes are not used, since the introduction of hydrogen is used to increase technological plasticity during hot forming.
Исследование [Zhang L.T., Ito K., Vasudevan V.K., Yamaguchi М. Beneficial effects of O-phase on the hydrogen absorption of Ti-Al-Nb //Journal of Intermetallics, 2001, v. 9, pp. 1045-1052] показало, что интерметаллид Ti2AlNb может содержать при температуре 50°С остаточный водород от 1 до 1,2 (мас. %), который присутствует в структуре в виде твердых растворов и гидридов с формулами (TiNb)XHY где Х=2 или 1, a Y=1. Присутствие водорода в таких сплавах приводит к тому, что при механическом воздействии на твердые растворы, на межфазных границах выделяются гидриды, которые приводят к малопластичному или хрупкому разрушению. Для удаления водорода из твердых растворов и гидридов необходимо использовать вакуумную термическую обработку (ВакТО).Study [Zhang LT, Ito K., Vasudevan VK, Yamaguchi M. Beneficial effects of O-phase on the hydrogen absorption of Ti-Al-Nb // Journal of Intermetallics, 2001, v. 9, pp. 1045-1052] showed that the Ti 2 AlNb intermetallic compound can contain at a temperature of 50°C residual hydrogen from 1 to 1.2 (wt.%), which is present in the structure in the form of solid solutions and hydrides with the formulas (TiNb) X H Y where X=2 or 1, and Y=1. The presence of hydrogen in such alloys leads to the fact that, under mechanical action on solid solutions, hydrides are released at the interphase boundaries, which lead to low plasticity or brittle fracture. To remove hydrogen from solid solutions and hydrides, it is necessary to use vacuum thermal treatment (VacTO).
Известен способ [SU 1506916 А1, Способ термической обработки α-титановых сплавов (МПК C22F 1/18, опубл.- 27.03.1995)], в соответствие с которым наводороженные α-сплавы (марки ВТ5Л и ВТ5-1) нагревают до температур Тпп - (20-50)°С, выдерживают 1 ч, охлаждают со скоростью от 0,03 до 10 С⋅с-1 до температуры от 200 до 400°С выше конца эвтектоидного превращения и старение при этой температуре в течение от 1 до 10 ч. Затем проводят вакуумный отжиг при температурах от 600 до 650°С и выдержкой, необходимой для полной дегазации изделия. Данный способ имеет существенные недостатки:There is a method [SU 1506916 A1, Method of heat treatment of α-titanium alloys (MPK C22F 1/18, publ. - 03/27/1995)], according to which hydrogenated α-alloys (VT5L and VT5-1 grades) are heated to temperatures Tpp - (20-50) ° C, held for 1 hour, cooled at a rate of 0.03 up to 10 C⋅s -1 to a temperature of 200 to 400°C above the end of the eutectoid transformation and aging at this temperature for 1 to 10 hours. Then vacuum annealing is carried out at temperatures from 600 to 650°C and exposure required for complete degassing of the product. This method has significant disadvantages:
- способ применяется для α-сплавов (т.е. сплавам с α-стабилизирующими элементами - Al и Sn) и не может применяться для высоко легированных сплавов системы Ti-Al-Nb;- the method is used for α-alloys (i.e. alloys with α-stabilizing elements - Al and Sn) and cannot be used for highly alloyed alloys of the Ti-Al-Nb system;
- в способе не указаны начальное и конечное содержание водорода после термической обработки;- the method does not indicate the initial and final hydrogen content after heat treatment;
- вакуумный отжиг проводится при температурах от 600 до 650°С, при которых не происходит эффективного удаления растворенного в сплавах водорода.- vacuum annealing is carried out at temperatures from 600 to 650°C, at which there is no effective removal of hydrogen dissolved in alloys.
Известен способ [RU 2081201 О, Способ обработки изделий из титановых деформированных сплавов (МПК C22F 1/18, опубл. - 06.10.1997)], в соответствие с которым изделия из технического титана (сплавы марок ВТ1-00, ВТ 1-0) и двухфазные титановые сплавы (сплавы марок ВТ6, ВТ6С) подвергаются чистовой механической обработке и последующему вакуумному отжигу при температурах (0,8-0,9) Тпл (от 1336 до 1530°С) в вакууме от 0,0133 до 0,00133 Па (от 10-4 до 10-5 мм. рт.ст.) в течение от 15 до 30 мин с регламентированными скоростями нагрева от 350 до 800°С⋅ч-1 (от 5,8 до 13,3°С мин-1) и охлаждения от 10 до 200°С мин-1. Приведенный способ ВакТО имеет существенные недостатки:Известен способ [RU 2081201 О, Способ обработки изделий из титановых деформированных сплавов (МПК C22F 1/18, опубл. - 06.10.1997)], в соответствие с которым изделия из технического титана (сплавы марок ВТ1-00, ВТ 1-0) и двухфазные титановые сплавы (сплавы марок ВТ6, ВТ6С) подвергаются чистовой механической обработке и последующему вакуумному отжигу при температурах (0,8-0,9) Тпл (от 1336 до 1530°С) в вакууме от 0,0133 до 0,00133 Па (от 10 -4 до 10 -5 мм. рт.ст.) в течение от 15 до 30 мин с регламентированными скоростями нагрева от 350 до 800°С⋅ч -1 (от 5,8 до 13,3°С мин -1 ) и охлаждения от 10 до 200°С мин -1 . The given VakTO method has significant disadvantages:
- ВакТО при таких высоких температурах (от 1336 до 1530°С) предназначена для снятия остаточных напряжений в титановых деталях и приводит к получению материала с крупнокристаллической структурой, которая обеспечивает невысокую прочность и повышенную пластичность и применяется в качестве конструкционного материала в ювелирной промышленности;- VakTO at such high temperatures (from 1336 to 1530°C) is designed to relieve residual stresses in titanium parts and leads to the production of a material with a coarse-grained structure, which provides low strength and increased ductility and is used as a structural material in the jewelry industry;
- ВакТО при указанных температурах приводит к вакуумному растраву (изменению шероховатости поверхности) и ее активизации, которая необходима для нанесения различных покрытий с требуемыми эксплуатационными свойствами.- VakTO at the indicated temperatures leads to vacuum etching (change in surface roughness) and its activation, which is necessary for applying various coatings with the required performance properties.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ ВакТО, предложенный в работе [Борисова Е.А., Шашенкова И.И., Глебова Р.Д., о вакуумном отжиге титановых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов, 1972, №5, с. 10-13]. Согласно этому способу ВакТО проводилась на серийных (α+β) титановых сплавах марок ВТ6С и ВТ20 при температурах от 650 до 800°С, вакууме 0,0133 Па (10-4 мм.рт.ст.) и времени выдержки от 1 до 2 ч. Исследование показало, что оптимальными режимами ВакТО для этих сплавов являются - температура 650°С, выдержка 2 ч или температура 800°С, выдержка 1 ч. Эти режимы ВакТО приводили к удалению водорода до значений не выше 0,005(мас. %). Изученные режимы ВакТО мало влияли на прочностные механические свойства (σВ, δ0,2, δ, ψ), но снижали циклическую и малоцикловую прочности от 10 до 15% при температуре 20°С, что было вызвано ухудшением качества поверхности термически обработанных образцов за счет растрава поверхности и образования концентраторов напряжений.The closest analogue, taken as a prototype, is the VacTO method proposed in [Borisova E.A., Shashenkova I.I., Glebova R.D., on vacuum annealing of titanium alloys // Metal Science and Heat Treatment of Metals, 1972, No. 5, p. 10-13]. According to this method, VacTO was carried out on serial (α + β) titanium alloys of the VT6S and VT20 grades at temperatures from 650 to 800°C, a vacuum of 0.0133 Pa (10 -4 mm Hg) and a holding time of 1 to 2 hours. holding for 1 hour. These VacTO regimes led to the removal of hydrogen to values not exceeding 0.005 (wt.%). The studied VacTO regimes had little effect on the strength mechanical properties (σ B , δ 0.2 , δ, ψ), but reduced the cyclic and low-cycle strength from 10 to 15% at a temperature of 20°C, which was caused by a deterioration in the quality of the surface of heat-treated samples due to surface etching and the formation of stress concentrators.
Использование указанного в прототипе способа (Борисова Е.А., Шашенкова И.И., Глебова Р.Д., О вакуумном отжиге титановых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов, 1972, №5, с. 10-13) для Орто-сплавов не представляется возможным, поскольку растворимость водорода в этих сплавах составляет от 1 до 1,2 (мас. %) (при температуре 50°С) и образующиеся гидриды имеют большую стойкость к нагреву. Для разрушения в Орто-сплавах гидридов титана и ниобия и удаления образующегося водорода необходимо использовать температуры выше 800°С и вакуум лучший, чем 0,0133 Па.The use of the method specified in the prototype (Borisova E.A., Shashenkova I.I., Glebova R.D., On vacuum annealing of titanium alloys // Metal Science and Heat Treatment of Metals, 1972, No. 5, pp. 10-13) for Ortho-alloys is not possible, since the solubility of hydrogen in these alloys is from 1 to 1.2 (wt.%) (at a temperature of 50 ° C) and the resulting hydrides have greater resistance to heating. To destroy titanium and niobium hydrides in ortho-alloys and remove the resulting hydrogen, it is necessary to use temperatures above 800°C and a vacuum better than 0.0133 Pa.
Технической задачей и техническим результатом заявленного изобретения является разработка режимов ВакТО водородсодержащего Орто-сплава, обеспечивающего эффективное удаление водорода с содержанием от 0,1 до 0,2(мас. %) до значений 0,004(мас. %), повышения уровня механических свойств таких, как предел прочности на 38%, предела текучести на 33% и относительного удлинения и сужения в 3,2 раза.The technical task and technical result of the claimed invention is the development of VacTO regimes for a hydrogen-containing Ortho-alloy, which ensures effective removal of hydrogen with a content of 0.1 to 0.2 (wt.%) up to 0.004 (wt.%), an increase in the level of mechanical properties such as tensile strength by 38%, yield strength by 33% and relative elongation and narrowing by 3.2 times.
Для достижения поставленного технического результата предложен способ вакуумной термической обработки заготовок из интерметаллидных титановых орто-сплавов, включающий загрузку заготовок в садку, нагрев садки с заготовками до температуры термической обработки, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев садки с заготовками проводят ступенчато в вакууме с величиной вакуума не более 0,0093 Па: сначала осуществляют нагрев до температуры 500°С со скоростью от 10 до 12°С мин" 1 с выдержкой не менее 3 ч, далее осуществляют нагрев до температур от 900 до 940°С со скоростью от 5 до 8°С мин'1 с выдержкой не менее 3 ч, после чего садку с заготовками охлаждают с печью в вакууме 0,0093 Па до температуры 250°С и далее на воздухе до температуры 20°С.To achieve the stated technical result, a method is proposed for vacuum heat treatment of workpieces made of intermetallic titanium ortho-alloys, including loading workpieces into a charge, heating the charge with workpieces to the heat treatment temperature, holding and cooling, characterized in that the charge with workpieces is heated stepwise in a vacuum with a vacuum value of not more than 0.0093 Pa: first, heating is carried out to a temperature of 500 ° C at a speed of 10 to 12 °C min" 1 with a holding time of at least 3 hours, then heating is carried out to temperatures from 900 to 940°C at a rate of 5 to 8°C min' 1 with a holding time of at least 3 hours, after which the charge with blanks is cooled with a furnace in a vacuum of 0.0093 Pa to a temperature of 250°C and then in air to a temperature of 20°C.
Предпочтительно, термическую обработку проводят в вакуумной термической печи, имеющей натекание не более 130 Па за время не менее 15 мин.Preferably, the heat treatment is carried out in a vacuum heat treatment furnace having a leakage of not more than 130 Pa in a time of at least 15 minutes.
Предпочтительно, садку с заготовками охлаждают инертными газами высокой чистоты - аргоном и/или гелием с точкой росы не менее минус 60°С.Preferably, the workpiece charge is cooled with high purity inert gases - argon and/or helium with a dew point of at least minus 60°C.
Эксперименты показали, что ВакТО при температуре 800°С, вакууме 0,0133 Па и времени 2 ч обеспечивают частичное удаление водорода с содержания 0,2 (мас.%) до значений 0,12 (мас. %) (т.е. в 1,8 раза) и такое содержание водорода не может обеспечить надежную эксплуатацию Орто-сплавов. ВакТО образцов сплава при температуре 880°С снизило содержание водорода до 0,012 (мас.%) (т.е. в 18 раз), что также недостаточно для конструкционного использования Орто-сплавов. ВакТО при температурах от 900 до 920°С снижает содержание водорода до значений 0,005 (мас. %), причем дальнейшее повышение температуры ВакТО до 940°С и выше, приводит к снижению содержания водорода в сплаве до уровня 0,004 (мас. %). Использование ВакТО при температуре 960°С не приводит к снижению содержания водорода, но вызывает заметные изменения в шероховатости поверхности (образуется т.н. «вакуумный растрав»), что требует дополнительную механическую обработку поверхности. Следует отметить, что высокие температуры ВакТО увеличивают продолжительности цикла термической обработки, что приводит к снижению производительности оборудования на 25% за счет большего времени охлаждения заготовок.Experiments have shown that VacTO at a temperature of 800°C, a vacuum of 0.0133 Pa, and a time of 2 h provide partial removal of hydrogen from a content of 0.2 (wt.%) to values of 0.12 (wt.%) (i.e., 1.8 times) and such a hydrogen content cannot ensure reliable operation of Ortho-alloys. VakTO alloy samples at a temperature of 880°C reduced the hydrogen content to 0.012 (wt.%) (ie 18 times), which is also not enough for the structural use of Ortho-alloys. VakTO at temperatures from 900 to 920°C reduces the hydrogen content to values of 0.005 (wt.%), and a further increase in the VakTO temperature to 940°C and above leads to a decrease in the hydrogen content in the alloy to a level of 0.004 (wt.%). The use of VakTO at a temperature of 960°C does not lead to a decrease in the hydrogen content, but causes noticeable changes in the surface roughness (a so-called "vacuum stain" is formed), which requires additional mechanical surface treatment. It should be noted that high VakTO temperatures increase the duration of the heat treatment cycle, which leads to a decrease in equipment productivity by 25% due to a longer blank cooling time.
Уменьшение времени охлаждения образцов после ВакТО достигается ускоренным охлаждением инертными газами - аргоном и/или гелием, обеспечивающих повышенную производительность ВакТО.Reducing the cooling time of the samples after VakTO is achieved by accelerated cooling with inert gases - argon and/or helium, which provide increased productivity of VakTO.
ВакТО заготовок из интерметаллидного титанового Орто-сплава в интервале температур от 900 до 940°С, вакууме не хуже 0,0093 Па (7⋅10-5 мм.рт.ст.) и времени не менее 3 ч показали, что заготовки, содержащие 0,2 (мас. %) водорода и обработанные по приведенному режиму, имели низкое содержание водорода на уровне 0,004 (мас. %), что превышало содержания водорода в серийных титановых сплавах.VacTO of workpieces from intermetallic titanium Ortho-alloy in the temperature range from 900 to 940°C, vacuum not worse than 0.0093 Pa (7⋅10 -5 mm Hg) and time not less than 3 h showed that workpieces containing 0.2 (wt.%) hydrogen and processed according to the above regime had a low hydrogen content of 0.004 (wt.%), which exceeded hydrogen content in serial titanium alloys.
Пониженное содержание водорода в заготовках интерметаллидного титанового Орто-сплава привело к стабилизации фазового состава и образованию дисперсных выделений упрочняющих фаз, которые привели к повышению прочностных и пластических характеристик материала.The reduced hydrogen content in the blanks of the intermetallic titanium Ortho-alloy led to the stabilization of the phase composition and the formation of dispersed precipitates of hardening phases, which led to an increase in the strength and plastic characteristics of the material.
Примеры осуществленияImplementation examples
Слиток интерметаллидного титанового сплава состава Ti-21Al-23Nb-Zr-Mo-Ta-W-Si(ат. %) изготавливался по технологии производства серийных титановых сплавов. Технология, включала подготовку шихтовых материалов, изготовление расходуемого электрода методом непрерывного прессования и выплавку слитков многократным вакуумно-дуговым переплавом.An ingot of an intermetallic titanium alloy with the composition Ti-21Al-23Nb-Zr-Mo-Ta-W-Si(at. %) was produced using the production technology of serial titanium alloys. The technology included the preparation of charge materials, the manufacture of a consumable electrode by continuous pressing and the smelting of ingots by repeated vacuum-arc remelting.
Механически обработанная литая заготовка подвергалась всесторонним ковкам, ковке на промежуточный размер, механической очистке поверхности заготовок и наводораживанию. Наводороженные заготовки подвергались прокатке при температурах нагрева (Тпп - 80)°С и суммарной степени деформации ~ 90%.The machined cast billet was subjected to all-round forging, forging to an intermediate size, mechanical cleaning of the billet surface, and hydrogenation. Hydrogenated workpieces were subjected to rolling at heating temperatures (Tpp - 80)°C and a total degree of deformation of ~ 90%.
Прутки подвергались резке на заготовки под образцы для определения исходного содержания водорода и испытаний механических свойств при температуре 20°С.The rods were cut into blanks for samples to determine the initial hydrogen content and test mechanical properties at a temperature of 20°C.
Заготовки образцов после горячей деформации имели большие внутренние напряжения, которые при последующем быстром нагреве вызывали образование микротрещин и приводили к разрушению образцов при механических испытаниях. Для устранения этих явлений был использован ступенчатый нагрев заготовок образцов до температуры 500°С со скоростью от 10 до 12°С⋅мин-1 и далее до температур от 900 до 940°С со скоростью от 5 до 8°С⋅мин-1. Эти режимы нагрева приводили к снятию деформационных и термических напряжений и стабилизации фазового состава сплава.Sample blanks after hot deformation had high internal stresses, which, upon subsequent rapid heating, caused the formation of microcracks and led to the destruction of samples during mechanical tests. To eliminate these phenomena, stepwise heating of sample blanks was used to a temperature of 500°C at a rate of 10 to 12°C⋅min -1 and then to temperatures from 900 to 940°C at a rate of 5 to 8°C⋅min -1 . These heating regimes led to the removal of deformation and thermal stresses and stabilization of the phase composition of the alloy.
Заготовки подвергались ВакТО и использовались для определения содержания остаточного водорода и испытаний механических свойств при температуре 20°С.The workpieces were subjected to VakTO and used to determine the content of residual hydrogen and test mechanical properties at a temperature of 20°C.
ВакТО проводилась при температурах 880, 900, 920, 940 и 960°С, вакууме 0,0093 Па (7 10-5 мм. рт.ст.) в течение не менее 3 ч, охлаждения с печью до температуры 200°С и далее на воздухе до температуры 20°С.Для сравнения использовался режим ВакТО прототипа - нагрев 800°С, выдержка 2 ч., вакуум 0,0133 Па (10-4 мм.рт.ст.), охлаждение с печью до 200°С и далее на воздухе. Результаты определения содержания водорода в образцах после таких обработок представлены в таблице 1.VakTO was carried out at temperatures of 880, 900, 920, 940 and 960°C, a vacuum of 0.0093 Pa (7 10 -5 mm Hg) for at least 3 hours, cooling with an oven to a temperature of 200°C and then in air to a temperature of 20°C. 0133 Pa (10 -4 mm Hg), cooling with an oven up to 200°C and further in air. The results of determining the hydrogen content in the samples after such treatments are presented in Table 1.
Результаты испытаний вариантов ВакТО показали, что нагрев по прототипу и нагрев при температуре 880°С (опыт 2) не обеспечивает эффективное удаление водорода, которое уменьшается только в 1,8 раза (для прототипа) и по предложенному способу от 40 до 50 раз.The test results of the VakTO variants showed that heating according to the prototype and heating at a temperature of 880°C (experiment 2) does not provide effective hydrogen removal, which decreases only 1.8 times (for the prototype) and by the proposed method from 40 to 50 times.
Эффективность ВТО по проведенным режимам (образцы 3 -5) от 900 до 940°С и давлении вакуума 0,0093 Па (7⋅10-5 мм.рт.ст.) в течение не менее 3 ч привело к снижению содержания водорода до уровня 0,004 (мас. %). Повышение температуры до 960°С не обеспечивает дальнейшее снижение в содержании водорода в заготовках.The efficiency of the HTO according to the conducted modes (samples 3-5) from 900 to 940°C and a vacuum pressure of 0.0093 Pa (7⋅10 -5 mm Hg) for at least 3 hours led to a decrease in the hydrogen content to a level of 0.004 (wt.%). Increasing the temperature to 960°C does not provide a further reduction in the hydrogen content in the workpieces.
ВакТО по предложенному способу позволила повысить механические свойства заготовок. Результаты механических испытаний прутковых заготовок в исходном состоянии и после ВакТО по предложенному режиму при температуре 20°С представлены в таблице 2.VakTO according to the proposed method allowed to improve the mechanical properties of the workpieces. The results of mechanical tests of bar blanks in the initial state and after VakTO according to the proposed mode at a temperature of 20°C are presented in Table 2.
Таким образом, предложенный режим ВакТО позволяет удалить в заготовках остаточный водород до уровня 0,004(мас. %), повысить механические свойства заготовок - предел прочности сплава на 38%, предел текучести на 33%, относительное удлинение и сужение в ~ 3,2 раза.Thus, the proposed VacTO mode makes it possible to remove residual hydrogen in the workpieces to a level of 0.004 (wt.%), to increase the mechanical properties of the workpieces - the tensile strength of the alloy by 38%, the yield strength by 33%, the relative elongation and narrowing by ~ 3.2 times.
Использование предлагаемого способа ВакТО для деформированных полуфабрикатов в виде прутков из интерметаллидного титанового Орто-сплава обеспечивает:The use of the proposed VakTO method for deformed semi-finished products in the form of bars made of intermetallic titanium Ortho-alloy provides:
- эффективное разрушение гидридов и удаление остаточного водорода;- effective destruction of hydrides and removal of residual hydrogen;
- получение в заготовках сплава низкого содержания водорода и повышенный уровень механических свойств.- obtaining a low hydrogen content in the alloy blanks and an increased level of mechanical properties.
Предложенный способ ВакТО полуфабрикатов в виде прутковых заготовок из интерметаллидных титановых Орто-сплавов может использоваться для изготовления деталей газотурбинного двигателя, что позволит обеспечить надежную работу конструкции и требуемый технический ресурс изделий.The proposed method of VacTO semi-finished products in the form of bar stocks from intermetallic titanium ortho-alloys can be used for the manufacture of gas turbine engine parts, which will ensure reliable operation of the structure and the required technical life of the products.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2800089C1 true RU2800089C1 (en) | 2023-07-18 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485197C1 (en) * | 2011-10-03 | 2013-06-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Metal nanostructured alloy based on titanium, and method for its treatment |
RU2644830C2 (en) * | 2015-12-17 | 2018-02-14 | Акционерное Общество "Чепецкий Механический Завод" (Ао Чмз) | Manufacturing method of bar stock from alloys based on titanium intermetallide with ortho-phase |
CN106319236B (en) * | 2016-11-01 | 2018-08-17 | 西北有色金属研究院 | A kind of preparation method of Ti2AlNb alloy materials |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485197C1 (en) * | 2011-10-03 | 2013-06-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Metal nanostructured alloy based on titanium, and method for its treatment |
RU2644830C2 (en) * | 2015-12-17 | 2018-02-14 | Акционерное Общество "Чепецкий Механический Завод" (Ао Чмз) | Manufacturing method of bar stock from alloys based on titanium intermetallide with ortho-phase |
CN106319236B (en) * | 2016-11-01 | 2018-08-17 | 西北有色金属研究院 | A kind of preparation method of Ti2AlNb alloy materials |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Борисова Е.А. и др. Выбор режимов вакуумной термической обработки для титановых сплавов. Журнал Металловедение и термическая обработка металлов, 1974, N5. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101827017B1 (en) | Production of high strength titanium alloys | |
JP5180496B2 (en) | Aluminum alloy forging and method for producing the same | |
US11718897B2 (en) | Precipitation hardenable cobalt-nickel base superalloy and article made therefrom | |
EP0118380B1 (en) | Microstructural refinement of cast metal | |
JP7221988B2 (en) | High strength titanium alloy | |
JP5335056B2 (en) | Aluminum alloy wire for bolt, bolt and method for producing the same | |
WO2016152982A1 (en) | PRODUCTION METHOD FOR Ni-BASED SUPER HEAT-RESISTANT ALLOY | |
WO2012032610A1 (en) | Titanium material | |
CA3110188C (en) | High strength fastener stock of wrought titanium alloy and method of manufacturing the same | |
WO2014163087A1 (en) | Titanium cast piece for hot rolling use, and method for producing same | |
JP2013220472A (en) | Al-Cu BASED ALUMINUM ALLOY FORGED OBJECT | |
JP7401760B2 (en) | Manufacturing method of α+β type titanium alloy bar material | |
RU2644830C2 (en) | Manufacturing method of bar stock from alloys based on titanium intermetallide with ortho-phase | |
JP7233659B2 (en) | Titanium aluminide alloy material for hot forging, method for forging titanium aluminide alloy material, and forged body | |
RU2525003C1 (en) | Titanium aluminide alloy and method for processing blanks thereof | |
JP2018510268A (en) | Method for manufacturing titanium and titanium alloy articles | |
CN106715755B (en) | Titanium cast slab for hot rolling with less occurrence of surface defects and method for producing same | |
RU2800089C1 (en) | Method for heat treatment of intermetallic titanium ortho-alloys | |
CN1252300C (en) | Acid bronze alloy and manufacturing method for high strength and thermal conductivity forging therewith | |
JP5802114B2 (en) | Aluminum alloy wire for bolt, bolt and method for producing aluminum alloy wire for bolt | |
WO2017170433A1 (en) | Method for producing ni-based super heat-resistant alloy | |
JP5210874B2 (en) | Cold workable titanium alloy | |
JP6185347B2 (en) | Intermediate material for splitting Ni-base superheat-resistant alloy and method for producing the same, and method for producing Ni-base superheat-resistant alloy | |
JP5382518B2 (en) | Titanium material | |
JP2024518681A (en) | Materials for manufacturing high strength fasteners and methods for manufacturing same |