UA70366C2 - Спосіб отримання виробів з титанових сплавів - Google Patents

Abstract

Винахід відноситься до порошкової металургії, а саме – до способу отримання деталей з титанових сплавів і може бути використаний в автомобільному, нафтогазовому, хімічному машинобудуванні та інших галузях промисловості. Спосіб отримання виробів з титанових сплавів включає змішування порошку основи, що містить титан, з порошками легуючих елементів, які утворюють з титаном сплави, пресування у виріб та твердофазне спікання у вакуумі. Як основу, яка містить титан, використовують порошок гідриду титану з розміром часток <100 мкм, змішують його з порошками легуючих елементів з розміром часток не більше 1/3-2/3 від розмірів часток основи, пресують при тиску 400-1000 МПа, причому при нагріванні в інтервалі температур 400-900°С контролюють водень, який виділяється у вакуумній камері, до тиску 104 Па, потім продовжують нагрів виробів до температури спікання з одночасним зниженням тиску у камері до 10-2 Па. Спосіб може виконуватись з нагріванням до температури спікання зі швидкістю 10-15°С/хв. Винахід забезпечує одержання титанових сплавів з високим комплексом механічних властивостей.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до порошкової металургії, а саме до способів отримання деталей з титанових сплавів і 2 Може бути використаний в різних галузях техніки: автомобільне машинобудування, машинобудування для нафтової, газової, хімічної промисловості, тощо.

Відомий спосіб виготовлення спечених виробів з порошку титанового сплаву (Патент Моб092605, Японія,

Бюл. ИСМ Мо4 1998р., МКП В22Е3/24), який включає пресування вихідних елементарних порошків, спікання у вакуумі, гаряче ізостатичне формування сплаву в двофазній альфанбета області та дробеструйну обробку 710 отриманої заготовки для усунення залишкових пор у поверхневому шарі.

Недоліком цього методу є наявність залишкової пористості у внутрішніх об'ємах виробів, що знижує їх механічні властивості, зокрема, міцність.

Відомий спосіб отримання титанових сплавів методом змішування елементарних порошків (Заявка

Мо1-29864, Японія, Бюл. ИСМ Моз 1990р., МКП С22Е1/18, В22Е3/24, С22С1/4), який включає пресування суміші 72 металевих порошків, спікання у вакуумі, закалку отриманого сплаву від температур бета-області, пресування при температурі 28007

Головним недоліком деталей, отриманих цим способом, є їх окислення в процесі гарячого пресування при високих температурах, і зниження внаслідок цього механічних властивостей.

Найбільш близьким до заявляемого є "Спечений порошковий титановий сплав і спосіб його отримання" (Патент Мо4432795, США, 1984, ИСМ Мо10 84, МКП С22С14/00, С22С1/04, Е22Е1/00), який включає розмелювання часток легуючих елементів, які утворюють з титаном сплави, до розмірів менше 2Омкм, змішування їх з частками основи, що містить титан, розміром більше 40мкм, пресують. суміші у виріб необхідної конфігурації і спікання при температурах, при яких не утворюються рідкі фази. Це дозволяє отримати сплав з густиною, наближеною до теоретичного значення. с 29 Недоліком цього способу є погіршення механічних властивостей сплаву внаслідок забруднення шихти Го) киснем, залізом та іншими домішками.

Технічною задачею пропонуємого винаходу є створення способу отримання виробів з титанових сплавів, які мають високий комплекс механічних властивостей.

Технічна задача вирішується за рахунок того, що порошок основи, що містить титан, змішують з порошками о легуючих елементів, які утворюють з титаном сплави, пресують у виріб та спікають у вакуумі при температурах, «о при яких не утворюється жодної рідкої фази, причому, як основу, яка містить титан, використовують порошок гідриду титану з розміром часток «100мкм, змішують з порошками легуючих елементів з розміром часток не о більше 1/3-2/3 від розмірів часток основи, пресують при тиску 400-1000МПа, при цьому при нагріванні в «з інтервалі температур 400-9007С контролюють водень, який виділяється у вакуумованій камері, до тиску 10 "Па, м потім продовжують нагрів виробів до температури спікання з одночасним зниженням тиску у камері до 10 Па, нагрів до температури спікання проводять зі швидкістю 10-157С/хв.

Використання порошків гідриду титану і порошків легуючих елементів вказаного розміру обумовлено тим, що швидка хімічна гомогенізація і висока відносна густина матеріалу після спікання досягається при мінімальному « 20 розмірі часток основи і легуючих елементів, але з іншого боку, при зменшенні розмірів часток в порошках різко -о зростає вміст хімічних домішок. Вказаний розмір порошків основи і легуючих елементів дозволяє досягати с швидкої гомогенізації і високої густини спеченого матеріалу при збереженні вмісту домішок на необхідному :з» рівні. Використання порошку гідриду титану як основи, що містить титан, створює в порошкових заготівках умови для прискореного фазоутворення і активації процесів спікання |Порошкова металургія Мо9-10, 1999, стор.63-7 0). 415 При нагріванні у вакуумі гідрид титану розпадається з виділенням водню в температурному інтервалі 400-9007С, -1 в результаті чого утворюється титан з високою густиною дефектів кристалічної структури, що значно прискорює дифузійні процеси. Атомарний водень, що виділяється при цьому, позитивно впливає на процеси спікання і («в утворення сплаву, відновлюючи окисли, які містяться, головним чином, по поверхні порошкових часток, тим с самим очищаючи міжчасткові границі і сприяючи більш швидкому протіканню взаємної дифузії між компонентами суміші. Для максимального використання позитивного впливу водню необхідне збереження його високої (о) концентрації в порошкових пресовках і поступовий (повільний) вихід водню з матеріалу в процесі нагрівання до

Ф температур, при яких починається спікання. Оскільки з підвищенням температури концентрація водню, розчиненого в титані, різко зменшується, то для збереження водню в гратці титану до температури 9007С, поступово підвищують парціальний тиск водню в камері до 107Па при нагріванні в інтервалі температур 5Б 400-9007С7. Подальше нагрівання до температури спікання з одночасним видаленням водню з камери і відновленням вакууму 102Па проводять для видалення водню з матеріалу, перетворення багатофазної вихідної іФ) порошкової суміші в хімічногомогенний матеріал і утворення сплаву з високою відносною густиною (до 9990), Що ко забезпечує високі механічні властивості, такі як міцність і пластичність. Водень, позитивний вплив якого використовують на стадії нагрівання, при спіканні у вакуумі повністю видаляють, щоб він не впливав негативно бо на властивості кінцевого матеріалу.

Для отримання високих механічних властивостей спечених виробів використовують порошок гідриду титану з розміром часток «100Омкм, оскільки при розмірах часток »100мкм відносна густина спеченого сплаву зменшується до 9895 і нижче. Розмір часток порошків легуючих елементів не повинен перевищувати 1/3-2/3 від розмірів часток основи. Використання порошків основи і порошків легуючих елементів з розмірами, меншими від б5 вказаних, веде до надмірного забруднення матеріалу домішками. При використанні порошків легуючих елементів крім необхідності швидкої хімічної гомогенізації, досягнення високої густини і збереження відносно низького вмісту домішок, необхідно враховувати температуру плавлення легкоплавких легуючих порошків при нагріванні. Необхідно, щоб порошки легуючих елементів повністю вступали в реакцію сплавоутворення з титаном ще у твердому стані, до температур плавлення. З цієї причини при використанні легкоплавких порошків легуючих елементів, розмір їх часток повинен бути не більше 1/3 від розмірів часток титанової основи.

Використання більшого розміру часток приводить до реакції порошків легкоплавких елементів з титаном частково або повністю у рідкому стані. Пресування заготовок необхідної форми проводять в прес-формах при тиску 400-1000МПа. При тиску «400МПа порошкові заготовки недостатньо міцні, а при тиску 21000МПа розтріскуються внаслідок значних внутрішніх напруг. 70 Спікання заготовок проводять у вакуумній камері при тиску не вище 10 2 Па тому, що при вищому тиску зразки окислюються в процесі нагрівання і спікання, а менший тиск є необхідною умовою для отримання високих характеристик спеченого матеріалу. Нагрівання отриманих заготовок проводять із швидкістю 10-157С/хв тому, що при швидкості нагрівання 215"С/хв заготівки розтріскуються внаслідок інтенсивного виділення водню при розпаді гідриду титану, а швидкість «10"С/хв не покращує характеристику спеченого матеріалу. Тиск водню в 75 камері контролюють в процесі нагрівання в інтервалі температур 400-90072 тому, що при температурах «4007С кількість водню, що виділяється, незначна, а при 29007 процес, виходу атомарного водню з матеріалу майже завершується, що зводить до мінімуму позитивний вплив водню на сплав. Зниження тиску водню в камері і відновлення початкового тиску не вище 102 Па з одночасним нагрівом до температури спікання знижує у спеченому матеріалі концентрацію водню до рівня, який не впливає негативно на механічні властивості. Спосіб дозволяє отримати хімічно гомогенний матеріал з високою густиною, що забезпечує механічні властивості виробів, які не поступаються властивостям литих сплавів відповідного хімічного складу.

Приклад 1

До порошку гідриду титану з розміром часток менше 100мкм додають порошки лігатур ТІі-АЇ! та АІ-М з розміром часток не більше б5мкм, що складає 2/3 від розмірів часток титанової основи, у кількості, яка відповідає Ге! стехіометричному складу Ті-6АІ-АМ. Порошки змішують протягом б годин, суміш пресують при тиску 700МПа у о заготовку необхідної форми, яку нагрівають у вакуумованій при тиску 1072 Па камері зі швидкістю 10С/хв до температури 1350"С, при якій не утворюються рідкі фази. В процесі нагрівання в інтервалі температур 400-900" контролюють підвищення тиску у камері до 107 Па за рахунок водню, що виділяється, а при температурі після 9007 тиск поступово знижують до 102 Па і заготовку спікають при 1350С протягом 4 годин. За даними і-й мікроструктурного, рентгенівського і мікрорентгеноспектрального аналізу, одержують хімічно і мікроструктурно «о гомогенний сплав Ті-6АІ-4М, відносна густина якого складає 98.995. Межа міцності отриманого матеріалу 960МпПа, пластичність при розтягу 7905. о

Приклад 2 ав

До порошку гідриду титану з розміром часток менше 75мкм додають порошки алюмінію і ванадію з розміром дасток не більше 25мМкМм, що складає 1/3 від розмірів часток титанової основи у кількості, яка відповідає - стехіометричному складу Ті-6АІ-А-М. Порошки змішують протягом 5 годин, суміш пресують при тиску 800МПа у заготовку необхідної форми, яку нагрівають у вакуумованій при тиску 10 2Па камері зі швидкістю 102С/хв до температури 125070. В процесі нагрівання в інтервалі температур 4000-9007 контролюють підвищення тиску у « 20 камері до 107Па за рахунок водню, що виділяється. При нагріванні порошок легкоплавкого алюмінію вступає в ш-в с реакцію з основою при температурі 600-620"С, тобто нижче температури плавлення. Після 9007С тиск поступово знижують до 1072 Па і заготовку спікають при 12502 протягом 4 годин. Отримують хімічно і мікроструктурно ;» гомогенний сплав Ті-6АІ-4М, відносна густина якого складає 98.7965. Межа міцності отриманого матеріалу 990МПа, пластичність при розтягуванні 390.

Приклад З -І До порошку гідриду титану з розміром часток менше 100мкм додають порошки лігатур Мо-АЇ! та АІ-М з розміром часток менше боОмкм, що складає 2/3 від розмірів часток основи у кількості, що відповідає о стехіометричному складу Ті-ЗАІ-5Мо-5М. Порошки змішують протягом 6 годин, суміш пресують при тиску 7/00МПа оз у заготовку необхідної форми, яку нагрівають у вакуумі 10 Па з швидкістю 15"С/хв до 13002. В процесі б 50 нагрівання в інтервалі температур 400-9002С контролюють підвищення тиску у камері до 10"Па, при температурі після 9002 тиск знижують до 10 Па і заготовку спікають при 13007С протягом 7 годин. За даними

І) мікроструктурного, рентгенівського і мікрорентгеноспектрального аналізу, одержують хімічно і мікроструктурно гомогенний сплав Ті-ЗАІ-5Мо-5М, відносна густина якого складає 98.495. Межа міцності отриманого матеріалу 920МПа, пластичність при розтягу і 595. 22 Приклад 4

Ге! До порошку гідриду титану з розміром часток менше 100мкм додають порошки легуючих елементів АЇ та Мо з розміром часток менше ЗЗмкм у кількості, що відповідає стехіометричниму складу Ті-БАІ-ЗМо. Порошки змішують де протягом 7 годин, суміш пресують при тиску б00МПа у заготовку необхідної форми, яку нагрівають у вакуумованій камері при тиску 107 Па зі швидкістю 107С/хв до 125070. В процесі нагрівання в інтервалі 60 температур 400-900 контролюють підвищення тиску у камері до 10 "Па, порошок легкоплавкого алюмінію вступає в реакцію з основою при температурі 620-6407"С, тобто нижче температури плавлення, а при температурі після 9002 тиск знижують до 10 Па і заготовку спікають при 12502С протягом 7 годин. За даними мікроструктурного, рентгенівського і мікрорентгеноспектрального аналізу, одержують хімічно і мікроструктурно гомогенний сплав Ті-бАІ-3ЗМо, відносна густина якого складає 98.2905. 65 Спосіб, який заявляється, може бути реалізований як у лабораторних, так і в промислових умовах.

Claims (2)

Формула винаходу

1. Спосіб отримання виробів з титанових сплавів, який включає: змішування порошку основи, що містить титан, з порошками легуючих елементів, які утворюють з титаном сплави, пресування у виріб та спікання у вакуумі при температурах, при яких не утворюється жодної рідкої фази, який відрізняється тим, що як основу, яка містить титан, використовують порошок гідриду титану з розміром часток «100 мкм, змішують з порошками /о легуючих елементів з розміром часток не більше 1/3-2/3 від розмірів часток основи, пресують при тиску 400-1000 МПа, причому при нагріванні в інтервалі температур 400-9007С контролюють водень, який виділяється у вакуумній камері, до тиску 107 Па, потім продовжують нагрівання виробів до температури спікання з одночасним зниженням тиску у камері до 1072 Па.

2. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що нагрівання до температури спікання проводять зі швидкістю 75 10-157С/хв. Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2004, М 10, 15.10.2004. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. с щі 6) (Се) (Се) (зе) «в)

м. -

с . и? -І («в) (95) ФО 4) іме) 60 б5