РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ |
(19)
RU
(11)
(13)
C1
|
|||||
|
||||||
| Статус: | не действует (последнее изменение статуса: 02.07.2021) |
| Пошлина: | учтена за 3 год с 11.05.2014 по 10.05.2015. Возможность восстановления: нет. |
|
(21)(22) Заявка: 2012119105/02, 10.05.2012 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 10.05.2012 (45) Опубликовано: 27.08.2013 Бюл. № 24 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 979523 A, 07.12.1982. RU 2251588 C2, 10.05.2005. EP 0921207 A1, 09.06.1999. US 2004/0187983 A1, 30.09.2004. Адрес для переписки: |
(72) Автор(ы):
(73) Патентообладатель(и):
|
(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНА МАРКИ ВТ1-0
(57) Реферат:
Изобретение относится к металлургии, а именно к обработке изделий из титана, и может быть применено в машиностроении, авиастроении. Задача изобретения - для увеличения прочности титана марки ВТ 1-0 в сочетании с повышением пластичности при обработке изделий из титана ВТ 1-0. Способ включает нагрев, который проводят до температуры, превышающей температуру полиморфного превращения. Выдержку осуществляют при температуре нагрева в течение 10-15 минут, а охлаждение ведут в хладагенте со скоростью 300°C/с, после чего осуществляют старение под нагрузкой при температуре 18-25°C, напряжении, не превышающем предела текучести при температуре старения, и времени, необходимом для выхода на устойчивую скорость релаксационного процесса. 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к термическим методам обработки, и может быть применено в машиностроении, авиастроении и др.
Известен способ упрочнения металлов и сплавов, включающий увеличение плотности дислокации путем пластической деформации металлов и сплавов, что способствует повышению предела прочности, но приводит к снижению пластичности [Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов, 6-е изд. М.: Металлургия, 1986, с.76-79]. Последующий отпуск приводит к уменьшению прочности на 20-30% с одновременным повышением пластичности. Эффект от применения данного способа происходит при плотности дислокации не ниже 1012 см-2, для чего требуются большие деформации металла. Существенным недостатком указанного способа упрочнения является то, что повышение прочности, основанное на увеличении плотности дислокации и уменьшении их подвижности, сопровождается снижением пластичности, вязкости и тем самым надежности. Отпуск приводит к повышению пластичности, но при этом значительно снижается прочность.
Известен способ термической обработки титана ВТ 1-0, заключающийся в нагреве со скоростью 60-80°C/мин до температуры на 260-280°C ниже температуры полиморфного превращения, выдержки при температуре 15-30 мин и охлаждении со скоростью 70-80°C/мин до 20°C опубликован в литературном источнике [Хорев А.И. Современные методы повышения конструкционной прочности титановых сплавов. - М.: Воениздат, 1979, 256 с.]. Этот способ приводит к значительному короблению конструкций, создает высокие термические напряжения в результате неоднородного нагрева по сечению, что усиливается охлаждением с высокой температуры и тем самым не обеспечивает необходимого уровня прочности и пластичности материала.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ термической обработки α-титановых сплавов, раскрытый в SU 979523 А [Авторское свидетельство СССР 979523 A, C22F 1/18, дата публикации 07.12.1982 г.]. Данный способ включает нагрев, выдержку и охлаждение, причем заготовку нагревают со скоростью 4-10°C/мин до температуры на 350-440°C ниже температуры полиморфного превращения, выдерживают при этой температуре 35-100 мин, охлаждают со скоростью 2-6°C/мин до температуры на 630-700°C ниже температуры превращения, а затем охлаждают со скоростью 30-50°C/мин до температуры 10-40°C. Этот способ термообработки пригоден для сплавов, имеющих повышенное содержание легирующих элементов, которые, закрепляясь в процессе перемещения на небольшие расстояния по разветвленной сетке субграниц, создают структуру с более высокой прочностью и хорошей пластичностью.
Недостаток выше описанного способа термической обработки заключается в том, что для технически чистых титановых сплавов, каким является титан марки ВТ 1-0, предложенный способ не обеспечивает повышения механических свойств из-за низкого содержания легирующих элементов и примесей.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа обработки титана марки ВТ 1-0, т.е. увеличение прочности титана марки ВТ 1-0 в сочетании с повышенной пластичностью.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности титана марки ВТ 1-0 в сочетании с повышенной пластичностью и тем самым повышения уровня механических свойств изделий из данного титана, в частности упругопластических параметров, термической и термомеханической устойчивости изделий.
Решение задачи обеспечивается предложенным способом обработки титана марки ВТ 1-0, включающим нагрев, выдержку и охлаждение. Причем нагрев проводят до температуры, превышающей температуру полиморфного превращения, выдержку осуществляют при температуре в течении 10-15 минут, охлаждение ведут в хладагенте со скоростью 300°C/с, после чего осуществляют старение под нагрузкой при температуре 18-25°C, напряжении, не превышающем предела текучести при температуре старения, и времени, необходимом для выхода на устойчивую скорость релаксационного процесса.
Способ осуществляется следующим образом.
Образец из титана марки ВТ 1-0 нагревают до температуры, превышающей температуру полиморфного превращения ~1000°C, выдерживают при данной температуре в течении 10-15 минут, проводят охлаждение - закалку в хладагенте со скоростью 300°C/c с последующим старением под нагрузкой при температуре 18-25°C, при напряжении 0,9 σ0,2, где σ0,2 - предел текучести - данное напряжение не превышает предела текучести при температуре старения. Продолжительность старения под нагрузкой соответствует времени выхода на устойчивую, т.е. постоянную скорость релаксационного процесса. Тепловое воздействие в указанном интервале температур приводит к увеличению диффузионной подвижности атомов и образованию в этих условиях повышенной концентрации точечных дефектов, т.е. происходит увеличение плотности дефектов. Быстрое охлаждение, т.е. закалка в воду со скоростью 300°C/с не только способствует обратному фазовому «β-α» переходу, но и фиксирует в структуре титанового сплава повышенную концентрацию дефектов [Кимура Г., Маддин Р. Влияние закаленных вакансий на механические свойства металлов и сплавов / В кн. «Дефекты в закаленных металлах» // Под ред. д.т.н. А.А.Цветаева. Перевод с англ. В.Н.Бобенко, И.В.Кирилова - М.: Атомиздат, 1969, с.188-270]. Последующий после закалки процесс старения при комнатной температуре под нагрузкой, не превышающей предела текучести σ0,2 при температуре старения, способствует упорядочению концентрационного распределения дефектов в сплаве, закреплению ими дислокации и тем самым обеспечивает улучшение прочности и повышение пластичности титана.
Пример.
Для изготовления образцов использовали лист из титана ВТ 1-0 толщиной 2 мм в состоянии поставки и отжигали в течение 1 часа при 700°C.
При этом механические свойства были следующие:
σв=278 МПа; δ=56%, где σв - статическая прочность, δ - пластичность.
На электроэрозионной установке «Sodick AQ 300 L» вырезали образцы виде лопаток с размерами рабочей части 2×2×12 м. Нагрев образцов осуществляли в муфельной печи до температуры 1000°C и выдерживали при данной температуре в течении 10-15 минут, после чего проводили закалку в воде при 20°C со скоростью 300°C/с.
Механические свойства заготовок после закалки:
σв=650 МПа; δ=37%; ψ=68, где σв - предел прочности.
Старение закаленных образцов осуществлялось на универсальной напольной электромеханической испытательной машине «INSTRON 5882» при скорости нагружения 1,5 мм/мин при комнатной температуре под нагрузкой σн=0,9 σ0,2. Здесь σн - нагрузка на образец; σ0,2 - предел текучести закаленных образцов при комнатной температуре.
Анализируя результаты исследований, приведенные в таблице 1, можно сделать следующие выводы: предложенный способ обработки позволяет увеличить прочностные характеристики с сохранением пластических характеристик в сравнении с результатами обработки по прототипу.
В таблице 1 приведены технологические режимы осуществления описанных способов обработки и полученные при этом показатели механических свойств.
| Таблица 1 | ||
| Некоторые характеристики параметров титана. | ||
| Вид обработки | Механические характеристики | |
| Предел прочности, (МПа) | Пластичность, % | |
| Способ обработки титана ВТ1-0 [аналог]: Нагрев со скоростью 60-80°C/мин до τn 260-280°C. Выдержка 15-30 мин, охлаждение со скоростью 70-80°C/мин | 620-670 | 10-11 |
| Обработка по прототипу: Нагрев со скоростью 10°C/мин до τn 440°C, выдержка 100 мин, охлаждение со скоростью 6°C/мин до τn 440°C, далее охлаждение со скоростью 50°C/мин до температуры 40°C | 780 | 14 |
| Обработка по предложенному способу: Нагрев со скоростью 10°C/мин до температуры 1000°C, выдержка 20 минут, охлаждение со скоростью 300°C/с в воду при 20°C, старение под нагрузкой σн=0,9*σ0,2 при 20°C до выхода релаксационной кривой на постоянную скорость. | 650-700 | 37-40 |
Формула изобретения
Способ обработки изделий из титана ВТ1-0, включающий нагрев, выдержку и охлаждение изделий из титана, отличающийся тем, что нагрев проводят до температуры, превышающей температуру полиморфного превращения, выдержку осуществляют при температуре нагрева в течение 10-15 мин, охлаждение ведут в хладагенте со скоростью 300°C/с, после чего осуществляют старение под нагрузкой при температуре 18-25°C, напряжении, не превышающем предела текучести при температуре старения, и времени, необходимом для выхода на устойчивую скорость релаксационного процесса.
ИЗВЕЩЕНИЯ
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 11.05.2015
Дата публикации: 20.12.2015