Получение высокопрочного титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЭЛП
Изучены возможности выплавки сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe с последующей горячей деформационной обработкой способами прессования и прокатки. Исследованы микроструктура и уровень механических свойств полученных образцов титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe диаметром 110 мм. Анализ результатов химичес...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2018 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2018
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160573 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Получение высокопрочного титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЭЛП / С.В. Ахонин, П.Е. Марковский, В.А. Березос, А.А. Стасюк, А.Н. Пикулин, А.Ю. Северин, С.Л. Антонюк // Современная электрометаллургия. — 2018. — № 1 (130). — С. 9-16. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860067546015727616 |
|---|---|
| author | Ахонин, С.В. Марковский, П.Е. Березос, В.А. Стасюк, А.А. Пикулин, А.Н. Северин, А.Ю. Антонюк, С.Л. |
| author_facet | Ахонин, С.В. Марковский, П.Е. Березос, В.А. Стасюк, А.А. Пикулин, А.Н. Северин, А.Ю. Антонюк, С.Л. |
| citation_txt | Получение высокопрочного титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЭЛП / С.В. Ахонин, П.Е. Марковский, В.А. Березос, А.А. Стасюк, А.Н. Пикулин, А.Ю. Северин, С.Л. Антонюк // Современная электрометаллургия. — 2018. — № 1 (130). — С. 9-16. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Изучены возможности выплавки сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe с последующей горячей деформационной обработкой способами прессования и прокатки. Исследованы микроструктура и уровень механических свойств полученных образцов титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe диаметром 110 мм. Анализ результатов химического состава металла слитка показал, что распределение легирующих элементов по длине равномерное и соответствует заданному составу. Проведенная пластическая деформация полученного сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe позволила сформировать в материале дисперсную однородную внутризеренную (α + β)-микроструктуру. Показано, что полученный способами электронно-лучевой плавки и горячей прокатки сплав Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe после отжига как при температурах двухфазной (α + β)-области, так и однофазной ?-области характеризуется высоким комплексом механических свойств, когда прочность на уровне выше 1100 МПа сочетается с достаточными пластическими характеристиками, свойственными более легированным и дорогим титановым сплавам.
Вивчені можливості виплавки сплаву Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe з подальшою гарячою деформаційною обробкою способами пресування і прокатки. Досліджені мікроструктура і рівень механічних властивостей одержаних зразків титанового сплаву Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe діаметром 110 мм. Аналіз результатів хімічного складу металу зливка показав, що розподіл легуючих елементів по довжині рівномірний і відповідає заданому складу. Проведена пластична деформація отриманого сплаву Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe дозволила сформувати в матеріалі дисперсну однорідну внутрізеренну (α + β)-мікроструктуру. Показано, що отриманий способами електронно-променевої плавки та гарячої прокатки сплав Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe після відпалу як при температурах двохфазної (α + β)-області, так і однофазної β-області, характеризується високим комплексом механічних властивостей, коли міцність на рівні вище 1100 МПа поєднується з достатніми пластичними характеристиками, властивими більш легованим і дорогим титановим сплавам.
The possibilities of melting Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe alloy with subsequent hot deformational treatment by methods of pressing and rolling were studied. The microstructure and the level of mechanical properties of the obtained Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe titanium alloy samples of 110 mm diameter were studied. Analysis of results of the chemical composition of ingot metal showed that the distribution of alloying elements in length is uniform and corresponds to the specified composition. The plastic deformation of the produced Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe alloy made it possible to form a dispersed homogeneous intragranular α + β-microstructure in the material. It was shown that the alloy Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe, produced by electron beam melting and hot rolling methods, after annealing both at temperatures of two-phase α + β region and single-phase ?-region is characterized by a high complex of mechanical properties, when the strength at the level above 1100 MPa is combined with sufficient plastic characteristics inherent in more alloyed and expensive titanium alloys.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:08:38Z |
| format | Article |
| fulltext |
9ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (130), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 669.187.526:51.001.57 DOI: http://dx.doi.org/10.15407/sem2018.01.02
ПОЛУЧЕНИЕ ВыСОКОПРОЧНОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА
ti–1,5al–6,8Mo–4,5fe СПОСОБОМ ЭЛП
С. В. Ахонин1, П. Е. Марковский2, В. А. Березос1, А. А. Стасюк2,
А. Н. Пикулин1, А. Ю. Северин1, С. Л. Антонюк3
1Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины.
03150, г. Киев, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
2Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины.
03142, г. Киев, бульв. Академика Вернадского, 36. E-mail: metall@imp.kiev.ua
3ГП «АНТОНОВ».
03062, г. Киев, ул. Туполева, 1. E-mail: info@antonov.com
Изучены возможности выплавки сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe с последующей горячей деформационной об-
работкой способами прессования и прокатки. Исследованы микроструктура и уровень механических свойств
полученных образцов титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe диаметром 110 мм. Анализ результатов хими-
ческого состава металла слитка показал, что распределение легирующих элементов по длине равномерное и со-
ответствует заданному составу. Проведенная пластическая деформация полученного сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe
позволила сформировать в материале дисперсную однородную внутризеренную (α + β)-микроструктуру. Пока-
зано, что полученный способами электронно-лучевой плавки и горячей прокатки сплав Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe
после отжига как при температурах двухфазной (α + β)-области, так и однофазной β-области характеризуется
высоким комплексом механических свойств, когда прочность на уровне выше 1100 МПа сочетается с достаточ-
ными пластическими характеристиками, свойственными более легированным и дорогим титановым сплавам.
Библиогр. 11, табл. 2, ил. 10.
К л ю ч е в ы е с л о в а : титан; высокопрочный сплав; электронно-лучевая плавка; прессование; прокатка;
микроструктура; механические свойства
Введение. Титановые сплавы являются одними из
наиболее широко используемых в различных от-
раслях машиностроения конструкционных мате-
риалов за счет высоких удельных значений проч-
ности, характеристик сопротивления усталости
и распространению трещин, коррозионной стой-
кости, немагнитности и т. д.. Учитывая довольно
высокую стоимость титановых сплавов, их пре-
восходство над другими конструкционными ма-
териалами возрастает в случае их применения в
упрочненном состоянии. Наибольшим эффектом
термического упрочнения обладают сплавы мета-
стабильного β-класса, т. е. такие сплавы, в которых
при закалке фиксируется метастабильная β-фаза,
которая распадается при последующем старении
с выделением дисперсных упрочняющих частиц
[1, 2]. Среди сплавов данного класса следует вы-
делить сплав Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe, который
разработан компанией «TIMET» (США) как вы-
сокопрочный сплав метастабильного β-класса, ха-
рактеризуемый в отожженном двухфазном состоя-
нии прочностью не менее 1000 МПа и термически
упрочняемый стандартной (с печным нагревом
под закалку) термообработкой до 1400 МПа [3, 4].
Сплав относится к классу экономно-легированных
материалов за счет использования в качестве ших-
ты относительно дешевой железо-молибденовой
лигатуры, применяемой в производстве стали, и
ему было присвоено название LCB (low cost beta,
т. е. β-сплав низкой стоимости). Действительно, за
счет использования такой лигатуры его стоимость
ненамного превышала стоимость технически чи-
стого титана [4]. Сплав с успехом был применен
для изготовления высокопрочных изделий, в част-
ности, пружин для некоторых моделей автомоби-
лей и снегоходов. Однако, учитывая его высокий
потенциал с точки зрения возможности получения
высоких значений прочности (свыше 1500 МПа) в
сочетании с пластичностью [5, 6], сфера его прак-
тического применения может быть значительно
расширена. Традиционно данный сплав получают
способом вакуумно-дуговой плавки (ВДП) и за
счет возможной неполной гомогенизации по наи-
более тугоплавкому легирующему элементу —
молибдену, он используется в самых различных
отраслях машиностроения, но не в авиации [3,
7]. Применение электронно-лучевой плавки по-
зволяет без труда не только плавить тугоплавкие
элементы, но и рафинировать металл от нежела-
тельных включений и примесей за счет примене-
ния промежуточной емкости, показывая хорошие
результаты при выплавке как технически чистого
титана, так и сложнолегированных сплавов [8,
9]. Целью данной работы является изучение воз-
© С. В. АХОНИН, П. Е. МАРКОВСКИЙ, В. А. БЕРЕЗОС, А. А. СТАСЮК, А. Н. ПИКУЛИН, А. Ю. СЕВЕРИН, С. Л. АНТОНЮК, 2018
10 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (130), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
можности выплавки сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe
способом ЭЛП с последующей горячей деформа-
ционной обработкой прессованием и прокаткой и
оценка получаемых при этом микроструктуры и
уровня механических свойств.
Материалы и методика экспериментов. В каче-
стве исходных материалов использовали листовой
лом титана марки ВТ1-0 и чистые легирующие
компоненты в виде кускового алюминия, молиб-
дена и железа.
Опытные плавки слитков диаметром 110 мм
сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe проводили на уста-
новке УЭ-208 [8] (рис. 1, а).
Механически обработанные слитки подвер-
гали горячей деформационной обработке на ре-
версивном прокатном ДУО-стане Skoda 355/500
(рис. 1, б).
Нагрев заготовок для пластической деформа-
ции осуществляли в печи сопротивления мощно-
стью 70 кВт без применения защитных обмазок и
атмосфер (рис. 1, в).
Для исследования микроструктуры и фазового
состава образцы размером 10×10×10 мм выреза-
ли из плиты как в продольном, так и поперечном
направлениях. Микроструктуру исследовали при
помощи микроскопа Olympus LX-70. Фазовый
анализ проводили рентгеноструктурным методом
на дифрактометре Studi в фильтрованном медном
излучении. Механические свойства испытывали
согласно стандарту ASTM E8M на образцах ци-
линдрической формы с диаметром рабочей части
4 мм на машине INSTRON-3376 при скорости де-
формации 1,6·10–4 с–1, для чего из плиты вырезали
образцы размером 60×10×10 мм в продольном и
поперечном направлениях.
Выплавка слитка. В ИЭС им. Е. О. Патона НАН
Украины проведены работы по выплавке слитка
сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe. Слиток круглого
сечения диаметром 110 мм получали по техноло-
гии ЭЛП с промежуточной емкостью и порцион-
ной подачей жидкого металла в водоохлаждаемый
кристаллизатор (рис. 2).
Технология получения слитка сплава Ti–1,5Al–
6,8Mo–4,5Fe в электронно-лучевой установке
включала в себя следующие этапы: формирование
расходуемой заготовки; подготовку оборудования
и технологической оснастки к плавке; процесс
плавки; контроль качества выплавленного слитка.
Формирование исходной шихтовой заготовки
осуществляли в расходуемом коробе, изготов-
ленном из листов титана марки ВТ1-0. Исходная
шихта включала в себя лом титана марки ВТ1-0
и легирующие компоненты из технически чистых
алюминия, молибдена и железа.
Перед использованием чистые металлы раз-
мельчали на куски размером не более 15 мм. Перед
дроблением компоненты тщательно разбраковыва-
ли. На их поверхности и в изломе не допускалось
налета окислов, шлаковых и окисных включений,
нерастворившихся составляющих и посторонних
примесей. Все компоненты шихты взвешивали от-
дельно на электронных весах. Добавление алюми-
Рис. 1. Внешний вид лабораторной электронно-лучевой установки УЭ-208 (а), реверсивного стана Skoda 355/500 (б) и печи
сопротивления мощностью 70 кВт (в)
Рис. 2. Схема электронно-лучевой плавки с промежуточной
емкостью: 1–4 — электронно-лучевые пушки; 5 — расходуе-
мая заготовка; 6 — промежуточная емкость; 7 — кристалли-
затор; 8 — выплавляемый слиток
11ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (130), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
ния в исходную шихтовую заготовку осуществля-
ли с учетом его потерь на испарение. Общий вес
шихтовой заготовки составил 40 кг.
Подготовленную шихтовую заготовку загружа-
ли в камеру для плавки (рис. 3).
После загрузки шихты установку вакуумирова-
ли до уровня вакуума 10–2 Па.
Процесс плавки осуществляли следующим об-
разом. Исходную шихту 5 с заданной скоростью
подавали толкателем в зону плавки (рис. 2), ко-
торую плавили электронные лучи, формируемые
электронными пушками 3 и 4. В процессе жидкий
металл, накапливаемый в промежуточной емкости
6, усреднялся по химическому составу, а также ра-
финировался от вредных примесей и включений.
По мере накопления жидкого металла в промежу-
точной емкости 6 производили его слив с помощью
электронного луча пушки 2 в медный водоохлаж-
даемый кристаллизатор 7, в котором формировал-
ся выплавляемый слиток 8. Жидкий расплав на
поверхности получаемого слитка обогревали лу-
чом электронной пушки 1. По мере заполнения
кристаллизатора до уровня 5 мм ниже его верхней
кромки вытягивали слиток на рабочей скорости на
высоту заливаемой порции, после чего возобновля-
ли заполнение кристаллизатора. В стационарном
режиме выплавляли слиток до полного сплавления
исходной шихтовой заготовки (рис. 4, а).
В процессе плавки контролировали следую-
щие технологические параметры: ускоряющее на-
пряжение электронно-лучевых пушек, ток лучей,
скорости подачи исходной шихты в зону плавки и
вытяжки слитка из кристаллизатора, температуру
охлаждающей воды.
В результате проведенной плавки получен слиток
титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe диаметром
110 мм, длиной 700 мм, весом 32 кг (рис. 4, б).
Боковая поверхность выплавленного слитка после
охлаждения в вакууме до температуры ниже 300 оС
чистая, повышенная концентрация примесных эле-
ментов на поверхности в виде окисленного или альфи-
рованного слоя отсутствует. Глубина поверхностных
дефектов (гофр) составила не более 2 мм, разрывов,
трещин или несплавлений не обнаружено.
Для оценки качества металла полученного
слитка проводили исследование химического со-
става образцов, отобранных по длине слитка в
верхней, средней и нижней частях. Анализ резуль-
татов химического состава металла слитка пока-
зал, что распределение легирующих элементов по
длине равномерное и соответствует заданному со-
ставу (табл. 1).
Анализ макроструктуры металла слитка диаме-
тром 110 мм титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–
–4,5Fe проводили на поперечных темплетах без
применения увеличительных приборов. Установ-
лено, что металл на макрошлифах характеризуется
отсутствием пор, трещин, металлических и неме-
таллических включений. Существенной разницы
между кристаллическим строением центральной и
периферийной частей не наблюдается (рис. 5). Ве-
личина зерна соответствует 6–7 баллу по 10-баль-
ной шкале макроструктур ГОСТ 26492–85.
Прокатка. Основная задача термодеформацион-
ной обработки заключалась в максимальном из-
Рис. 3. Технологическая оснастка и шихтовая заготовка для
получения слитка титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe
Рис. 4. Процесс выплавки (а) и внешний вид (б) слитка диаметром 110 мм сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe
12 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (130), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
мельчении сформированной при кристаллизации
зеренной структуры и формирование внутри β-зе-
рен дисперсной и однородной (α + β)-микрострук-
туры глобулярного типа [10]. Для этого слиток ди-
аметром 110 мм подвергали первичному нагреву
до 900 оС (выше температуры полиморфного пре-
вращения Тпп в однофазную β-область) с последу-
ющим прессованием до получения заготовки раз-
мером 120×120×200 мм (рис. 6).
Цель данной обработки — растворение отороч-
ки α-фазы по границам зерен и формирование за-
готовки под прокатку. Далее заготовку нагревали
в печи при 800 оС (выше Тпп) и подвергали пер-
вым 7–8-ми проходам на стане до толщины 85 мм.
После каждых 2–3-х проходов металл нагревали в
печи при температуре 750 оС (ниже Тпп), а конеч-
ную толщину пластины 10 мм достигли после 20
проходов через валки прокатного стана (рис. 7).
После прокатки пластину подвергли стабили-
зирующему отжигу при 700 оС в течение 1 ч. В ре-
зультате полученное состояние сплава по данным
рентгеноструктурного анализа характеризовалось
двухфазной (α + β)-структурой (рис. 8, а–в). Для
выяснения стабильности этого состояния и воз-
можности трансформации полученной структуры
за счет рекристаллизации при последующей тер-
мообработке, прокатанный материал подвергали
трем различным видам отжига:
однократному отжигу при температуре двух-
фазной (α + β)-области 700 оС в течение 1,5 часа с
последующим охлаждением вместе с печью;
двукратному отжигу при температуре двух-
фазной (α + β)-области по режиму: 700 оС, 1,5 ч +
700 оС, 1,5 ч с последующим охлаждением с пе-
чью после каждой изотермической выдержки;
отжигу при температуре однофазной β-области
900 оС в течение 1 ч с закалкой в воду (для фикса-
ции высокотемпературного β-состояния).
Температуры отжига выбрали исходя из значе-
ния температуры завершения полиморфного (α +
+ β0) → β-превращения (Тпп), которая для данного
сплава составляет 750 оС.
Как видно из рис. 8, а, б использованные ре-
жимы прессования и прокатки обеспечили фор-
мирование высокодисперсного внутризеренного
состояния, причем сформированная α-фаза име-
ла глобулярное строение со средним размером
частиц не более 3 мкм (рис. 8, б). В то же время
измельчения первичных зерен β-фазы в результате
деформации не произошло. β-зерна имели сплю-
щенную и вытянутую в направлении прокатки
форму как в продольном (рис. 8, в), так и попереч-
ном (рис. 8, г) направлениях. Очевидно, что отжиг
при выбранной температуре 700 оС не позволяет
использовать накопленные при деформации де-
Т а б л и ц а 1 . Распределение элементов (мас. %) по
длине слитка диаметром 110 мм сплава ti–1,5al–6,8Mo–
–4,5fe
Место
отбора проб al Mo fe ti O n
Верх 1,5 6,3 4,4 Основа 0,11 0,01
Середина 1,7 6,4 4,3 Основа – –
Низ 1,6 6,2 4,4 Основа – –
Рис. 5. Макроструктура слитка диаметром 110 мм сплава
Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe
Рис. 6. Получение заготовки размером 120×120×200 мм спла-
ва Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe
Рис. 7. Пластина размером 300×900×10 мм сплава Ti–1,5Al–
–6,8Mo–4,5Fe
13ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (130), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
фекты кристаллического строения для инициа-
ции рекристаллизационных процессов вследствие
слишком низкой температуры. Для проверки воз-
можности измельчения зеренной микроструктуры
путем рекристаллизации часть образцов подвер-
гали нагреву в печи при 900 оС в течение 60 мин
с последующей закалкой в воду. Микроструктура
полученного при этом однофазного β-состояния
приведена на рис. 8, д. Установлено, что отжиг
при температуре однофазной β-области приводит
к рекристаллизации и некоторому росту β-зерен
до 100...150 мкм. Однако сформированная при
прокатке полосчатость практически исчезает и
полученная микроструктура свидетельствует о
большей изотропности сплава после отжига при
температурах однофазной β-области.
Рис. 8. Микроструктура сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–
–4,5Fe после однократного (а–в), двукратного (г)
отжига и закалки из однофазной β-области (д).
Шлиф вырезан параллельно (а, б, г) и перпендику-
лярно (в, д) направлению прокатки (ОМ)
Т а б л и ц а 2 . Механические свойства образцов сплава ti–1,5al–6,8Mo–4,5fe после различных обработок
Образец
Направление
прокатки
σ0,2, МПа σв, МПа d, % ψ, %
Отжиг 700 оС, 1,5 ч, охлаждение с печью
1 Вдоль 1125 1156 11,58 29,85
2 Поперек 1155 1160 8.69 23.11
Двойной отжиг 700 оС, 1,5 ч + 720 оС, 1,5 ч, охлаждение с печью
3 Вдоль 1160 1166 11.31 23.05
4 Поперек 1156 1161 7.10 18.81
Отжиг 900 оС, 1 ч, закалка в воду
5 Вдоль 1089 1090 15,22 46,50
14 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (130), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Механические свойства. Результаты механиче-
ских испытаний образцов на растяжение приведе-
ны в табл. 2 для трех изученных состояний. Пре-
жде всего обращает на себя внимание достаточно
высокий общий уровень свойств как прочности,
так и пластичности отожженных состояний (1–4).
Причем различие в значениях прочности образ-
цов, вырезаных вдоль и поперек направления
прокатки, довольно невелико (предел упругости
1125...1160 против 1115...1160 МПа, предел проч-
ности 1156...1166 против 1160 МПа), хотя пластич-
ность несколько ниже в поперечном направлении
(относительное удлинение уменьшается прибли-
зительно с 11 до 7...8 %, относительное сужение с
23...29 до 18...23 %). Закалка же от температур од-
нофазной β-области на метастабильную β-фазу (5)
довольно незначительно сказывается на прочности
сплава (предел упругости 1089, а предел прочности
1090 МПа) и существенно повышает его пластиче-
ские характеристики (d > 15%, y > 46 %).
Интерес представляет анализ кривых деформа-
ции (рис. 9). Практически все кривые имеют не-
большой пик, свидетельствующий о том, что для
начала пластического течения имеет место усиле-
ние процесса образования новых дислокаций или
их отрыва от атмосфер Коттрелла, которые пре-
пятствуют их скольжению [11]. Все испытанные
после отжига образцы характеризовались исклю-
чительно горизонтальным участком пластической
деформации (рис. 9, кривые 1–4), что свидетель-
ствует о преимущественно равномерной дефор-
мации без локализации путем образования шейки
фактически до момента разрушения. В отличие от
отожженных структурных состояний однофазное
метастабильное β-состояние характеризуется как
имеющим отрицательный наклон участком рав-
номерной пластической деформации, так и не-
большим участком локализованной деформации
(рис. 9, кривая 5). Эти особенности свидетель-
Рис. 9. Типичные кривые при испытаниях на растяжение об-
разцов сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe в различных состояни-
ях: 1, 2 — после однократного; 3, 4 — двукратного отжига;
5 — после закалки из однофазной β-области; 1, 3, 5 — ис-
пытание образцов, вырезанных вдоль направления прокатки;
2, 4 — поперек
Рис. 10. Поверхности излома образцов сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–
–4,5Fe после однократного (а–г), двукратного отжига (д–з)
и после закалки из однофазной β-области (и, к); испытания
проведены вдоль (а, б, д, е, и, к) и поперек (в, г, ж, з) направ-
ления прокатки (СЕМ)
15ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (130), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
ствуют о том, что растворение дисперсных гло-
булярных частиц α-фазы, сформированных при
горячей прокатке и стабилизированных отжигом,
значительно улучшают пластические свойства
сплава, однако, видимо благодаря неполному сня-
тию накопленных при прокатке деформационных
дефектов, уровень прочности материала остается
достаточно высоким.
Особый интерес представляют собой резуль-
таты фрактографического исследования (рис. 10).
Прежде всего обращает на себя внимание особое
влияние на процесс разрушения границ β-зерен
для всех отожженных (α + β)-состояний, испы-
танных как вдоль, так и поперек направления
прокатки (рис. 10, а, в–д, з). При этом, сравнивая
поверхность разрушения образцов (рис. 10, а и д
с в и ж), испытанных вдоль и поперек, следует
отметить, что большее растрескивание по межзе-
ренным границам имеет место в первом случае.
Очевидно это связано с тем, что кристаллогра-
фическая разориентация соседних зерен больше
именно в продольном направлении, чем в попе-
речном. На микроуровне поверхность разрушения
этих структурных состояний имеет вязкий харак-
тер ямочного типа, причем размер этих ямок (око-
ло 2 мкм) соответствует размеру внутризеренных
α-глобулей (рис. 10, б, г, е, з). Эти факты позво-
ляют заключить, что разрушение сплава в данном
структурном состоянии происходит как по межзе-
ренным, так и по межфазным α/β-границам.
Поверхность разрушения сплава в однофазном
β-состоянии иная. Во-первых, благодаря прошед-
шей рекристаллизации, границы прежних пло-
ских β-зерен не оказывают влияния на характер
разрушения. Из рис. 10, и, к видно, что разруше-
ние на разных участках происходит как по грани-
цам отдельных (новых) β-зерен, так и транскри-
сталлитно, т. е. через объем зерна. Очевидно, что
это определяется кристаллографической ориента-
цией отдельных зерен относительно направления
приложенной нагрузки. Нужно отметить, что в
данном случае на микроуровне характер разруше-
ния также является вязким (рис. 10, к), а размер
ямок составляет в среднем 8...10 мкм и, вероятно,
соответствует размеру некоторой внутризеренной
субструктуры β-фазы, образующейся в процессе
пластической деформации растяжением.
Выводы
1. Отработана технология получения слитка ти-
танового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом
ЭЛП. Показано, что ЭЛП с промежуточной ем-
костью позволяет получить качественные слитки
сплавов титана.
2. Горячая пластическая деформация литого
сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe с общей степенью де-
формации 92 % (причем последние 70 % проводи-
ли при температурах двухфазной (α + β)-области)
позволила сформировать в материале дисперсную
однородную внутризеренную (α + β)-микрострук-
туру, однако при этом β-зерна не прошли рекри-
сталлизацию.
3. Последующий отжиг при температурах двух-
фазной (α + β)-области (700 оС) не приводит к ре-
кристаллизации β-зеренной структуры очевидно
вследствие слишком низкой для этого температуры
отжига и Тпп. Повышение температуры отжига до
900 оС (однофазная β-область) приводит к рекри-
сталлизации зеренной структуры и некоторому ро-
сту β-зерен при выбранной длительности отжига.
4. Полученный способами электронно-лучевой
плавки и горячей прокатки сплав Ti–1,5Al–6,8Mo–
4,5Fe после отжига как при температурах двухфаз-
ной (α + β)-области, так и однофазной β-области
характеризуется высоким комплексом механиче-
ских свойств, когда прочность на уровне выше
1100 МПа сочетается с достаточными пластиче-
скими характеристиками, свойственными более
легированным и дорогим титановым сплавам.
Список литературы
1. Цвиккер У. (1979) Титан и его сплавы. Москва, Метал-
лургия.
2. Глазунов С. Г., Моисеев В. Н. (1969) Конструкционные
титановые сплавы. Москва, Металлургия.
3. Bania P. J. (1993) Beta titanium alloys and their role in the
titanium industry. Beta Titanium Alloys in the 90’s, TMS
Publications, Warrendale, PA, pp. 3–14.
4. Weiss I., Semiatin S. L. (1998) Thermomechanical processing
of beta titanium alloys. Mat. Sci. Eng., A., 243, 46–65.
5. Ivasishin O. M., Markovsky P. E., Semiatin S. L., Ward C. H.
(2005) Aging response of coarse- and fine-grained β-titanium
alloys. Ibid., A., 405, 296–305.
6. Ivasishin O. M., Markovsky P. E., Matviychuk Yu. V. et al.
(2008) A comparative study of the mechanical properties of
high-strength β-titanium alloys. Alloys Compd. 457(1–2),
296–309.
7. Boyer R. R., Briggs R. D. (2005) The use of β-titanium alloys
in the aerospace industry. J. of Mater. Eng. Perf., 14, 681–685.
8. Патон Б. Е., Тригуб Н. П., Ахонин С. В., Жук Г. В. (2006)
Электронно-лучевая плавка титана. Киев, Наукова думка.
9. Ахонин С. В., Пикулин А. Н., Березос В. А. и др. (2017)
Электронно-лучевая плавка нового высокопрочного тита-
нового сплава Т120. Современная электрометаллургия, 1,
15–21.
10. Ивасишин О. М., Марковский П. Е., Бондарчук В. И.
(2005) Оптимизация термомеханической обработки ти-
тановых бета-сплавов для получения дисперсной одно-
родной структуры и повышения комплекса механических
характеристик. Титан, 2, 42–49.
11. Beer F. P., Johnston E. R., DeWolf J. T., Mazurek D. F. (2015)
Mechanics of materials. 7th Edition, New York, McGraw-Hill.
References
1. Tsvikker, U. (1979) Titanium and its alloys. Moscow,
Metallurgiya [in Russian].
2. Glazunov, S.G., Moiseev, V.N. (1969) Structural titanium al-
loys. Moscow, Metallurgiya [in Russian].
16 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (130), 2018
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
3. Bania, P.J. (1993) Beta titanium alloys and their role in the
titanium industry. Beta Titanium Alloys in the 90’s, TMS Pub-
lications, Warrendale, PA, 3–14.
4. Weiss, I., Semiatin, S.L. (1998) Thermomechanical process-
ing of beta titanium alloys. Mat. Sci. Eng., A 243, 46–65.
5. Ivasishin, O.M., Markovsky, P.E., Semiatin, S.L., Ward, C.H.
(2005) Aging response of coarse- and fine-grained β-titanium
alloys. Ibid., A 405, 296–305.
6. Ivasishin, O.M., Markovsky, P.E., Matviychuk, Yu.V. et al.
(2008) A comparative study of the mechanical properties of
high-strength β-titanium alloys. Alloys Compd., 457(1–2),
296–309.
7. Boyer, R.R., Briggs, R.D. (2005) The use of β-titanium alloys
in the aerospace industry. J. of Mater. Eng. Perf., 14, 681–685.
8. Paton, B.E., Trigub, N.P., Akhonin, S.V., Zhuk, G.V. (2006)
Electron beam melting of titanium. Kiev, Naukova Dumka [in
Russian].
9. Akhonin, S.V., Pikulin, A.N., Berezos, V.A. et al. (2017) Elec-
tron beam melting of new high-strength titanium alloy T120.
Sovrem. Elektrometall., 1, 15–21 [in Russian].
10. Ivasishin, O.M., Markovsky, P.E., Bondarchuk, V.I. (2005)
Optimization of thermomechanical treatment β-titanium al-
loys for producing of dispersed homogeneous structure and
improvement of complex of mechanical characteristics. Titan,
2, 42–49 [in Russian].
11. Beer, F.P., Johnston, E.R., DeWolf, J.T., Mazurek, D.F. (2015)
Mechanics of materials. 7th Ed. , New York, McGraw-Hill.
ОДЕРжАННЯ ВИСОКОМІцНОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВУ ti–1,5al–6,8Mo–4,5fe СПОСОБОМ ЕПП
С. В. Ахонін1, П. Є. Марковський2, В. О. Березос1, А. А. Стасюк2, О. М. Пікулін1, А. Ю. Северин1, С. Л. Антонюк3
1Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України.
03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
2Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України.
03142, м. Київ, бульв. Академіка Вернадського, 36. E-mail: metall@imp.kiev.ua
3ДП «АНТОНОВ».
03062, м. Київ, вул. Туполєва, 1. E-mail: info@antonov.com
Вивчені можливості виплавки сплаву Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe з подальшою гарячою деформаційною обробкою
способами пресування і прокатки. Досліджені мікроструктура і рівень механічних властивостей одержаних
зразків титанового сплаву Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe діаметром 110 мм. Аналіз результатів хімічного складу металу
зливка показав, що розподіл легуючих елементів по довжині рівномірний і відповідає заданому складу. Прове-
дена пластична деформація отриманого сплаву Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe дозволила сформувати в матеріалі дис-
персну однорідну внутрізеренну (α + β)-мікроструктуру. Показано, що отриманий способами електронно-про-
меневої плавки та гарячої прокатки сплав Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe після відпалу як при температурах двохфазної
(α + β)-області, так і однофазної β-області, характеризується високим комплексом механічних властивостей,
коли міцність на рівні вище 1100 МПа поєднується з достатніми пластичними характеристиками, властивими
більш легованим і дорогим титановим сплавам. Бібліогр. 11, табл. 2, іл. 10.
К л ю ч о в і с л о в а : титан; високоміцний сплав; електронно-променева плавка; пресування; прокат; мікро-
структура; механічні властивості
pRoducing of high-stRength titaniuM alloy ti-1.5al-6.8Mo-4.5fe By eBM Method
s.V. akhonin1, p.e. Markovskii2, V.a. Berezos1, a.a. stasyuk2, a.n. pikulin1, a.yu. severin1, s. l. antonyuk3
1E.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine.
11 Kazimir Malevich Str., 03150, Kyiv, Ukraine. E-mail: office@paton.kiev.ua
2G.V. Kurdyumov Institute of Metal Physics of the NAS of Ukraine.
36 Academician Vernadsky Blvd., 03142, Kyiv. E-mail: metal@imp.kiev.ua
3GP ANTONOV.
1 Tupolev Str. 03062, Kyiv. E-mail: info@antonov.com
The possibilities of melting Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe alloy with subsequent hot deformational treatment by methods
of pressing and rolling were studied. The microstructure and the level of mechanical properties of the obtained Ti–
1.5Al–6.8Mo–4.5Fe titanium alloy samples of 110 mm diameter were studied. Analysis of results of the chemical
composition of ingot metal showed that the distribution of alloying elements in length is uniform and corresponds
to the specified composition. The plastic deformation of the produced Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe alloy made it possible
to form a dispersed homogeneous intragranular α + β-microstructure in the material. It was shown that the alloy Ti–
1.5Al–6.8Mo–4.5Fe, produced by electron beam melting and hot rolling methods, after annealing both at temperatures
of two-phase α + β region and single-phase β-region is characterized by a high complex of mechanical properties, when
the strength at the level above 1100 MPa is combined with sufficient plastic characteristics inherent in more alloyed and
expensive titanium alloys. Ref. 11, Tab. 2, Fig. 10.
K e y w o r d s : titanium; high-strength alloy; electron-beam melting; pressing; rolling; microstructure; mechanical
properties
Поступила 15.12.2017
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160573 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:08:38Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ахонин, С.В. Марковский, П.Е. Березос, В.А. Стасюк, А.А. Пикулин, А.Н. Северин, А.Ю. Антонюк, С.Л. 2019-11-10T11:56:11Z 2019-11-10T11:56:11Z 2018 Получение высокопрочного титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЭЛП / С.В. Ахонин, П.Е. Марковский, В.А. Березос, А.А. Стасюк, А.Н. Пикулин, А.Ю. Северин, С.Л. Антонюк // Современная электрометаллургия. — 2018. — № 1 (130). — С. 9-16. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0233-7681 DOI: dx.doi.org/10.15407/sem2018.01.02 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160573 669.187.526:51.001.57 Изучены возможности выплавки сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe с последующей горячей деформационной обработкой способами прессования и прокатки. Исследованы микроструктура и уровень механических свойств полученных образцов титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe диаметром 110 мм. Анализ результатов химического состава металла слитка показал, что распределение легирующих элементов по длине равномерное и соответствует заданному составу. Проведенная пластическая деформация полученного сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe позволила сформировать в материале дисперсную однородную внутризеренную (α + β)-микроструктуру. Показано, что полученный способами электронно-лучевой плавки и горячей прокатки сплав Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe после отжига как при температурах двухфазной (α + β)-области, так и однофазной ?-области характеризуется высоким комплексом механических свойств, когда прочность на уровне выше 1100 МПа сочетается с достаточными пластическими характеристиками, свойственными более легированным и дорогим титановым сплавам. Вивчені можливості виплавки сплаву Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe з подальшою гарячою деформаційною обробкою способами пресування і прокатки. Досліджені мікроструктура і рівень механічних властивостей одержаних зразків титанового сплаву Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe діаметром 110 мм. Аналіз результатів хімічного складу металу зливка показав, що розподіл легуючих елементів по довжині рівномірний і відповідає заданому складу. Проведена пластична деформація отриманого сплаву Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe дозволила сформувати в матеріалі дисперсну однорідну внутрізеренну (α + β)-мікроструктуру. Показано, що отриманий способами електронно-променевої плавки та гарячої прокатки сплав Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe після відпалу як при температурах двохфазної (α + β)-області, так і однофазної β-області, характеризується високим комплексом механічних властивостей, коли міцність на рівні вище 1100 МПа поєднується з достатніми пластичними характеристиками, властивими більш легованим і дорогим титановим сплавам. The possibilities of melting Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe alloy with subsequent hot deformational treatment by methods of pressing and rolling were studied. The microstructure and the level of mechanical properties of the obtained Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe titanium alloy samples of 110 mm diameter were studied. Analysis of results of the chemical composition of ingot metal showed that the distribution of alloying elements in length is uniform and corresponds to the specified composition. The plastic deformation of the produced Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe alloy made it possible to form a dispersed homogeneous intragranular α + β-microstructure in the material. It was shown that the alloy Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe, produced by electron beam melting and hot rolling methods, after annealing both at temperatures of two-phase α + β region and single-phase ?-region is characterized by a high complex of mechanical properties, when the strength at the level above 1100 MPa is combined with sufficient plastic characteristics inherent in more alloyed and expensive titanium alloys. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электронно-лучевые процессы Получение высокопрочного титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЭЛП Одержання високоміцного титанового сплаву Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЕПП Producing of high-strength titanium alloy Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe by EBM method Article published earlier |
| spellingShingle | Получение высокопрочного титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЭЛП Ахонин, С.В. Марковский, П.Е. Березос, В.А. Стасюк, А.А. Пикулин, А.Н. Северин, А.Ю. Антонюк, С.Л. Электронно-лучевые процессы |
| title | Получение высокопрочного титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЭЛП |
| title_alt | Одержання високоміцного титанового сплаву Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЕПП Producing of high-strength titanium alloy Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe by EBM method |
| title_full | Получение высокопрочного титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЭЛП |
| title_fullStr | Получение высокопрочного титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЭЛП |
| title_full_unstemmed | Получение высокопрочного титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЭЛП |
| title_short | Получение высокопрочного титанового сплава Ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe способом ЭЛП |
| title_sort | получение высокопрочного титанового сплава ti–1,5al–6,8mo–4,5fe способом элп |
| topic | Электронно-лучевые процессы |
| topic_facet | Электронно-лучевые процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160573 |
| work_keys_str_mv | AT ahoninsv polučenievysokopročnogotitanovogosplavati15al68mo45fesposobomélp AT markovskiipe polučenievysokopročnogotitanovogosplavati15al68mo45fesposobomélp AT berezosva polučenievysokopročnogotitanovogosplavati15al68mo45fesposobomélp AT stasûkaa polučenievysokopročnogotitanovogosplavati15al68mo45fesposobomélp AT pikulinan polučenievysokopročnogotitanovogosplavati15al68mo45fesposobomélp AT severinaû polučenievysokopročnogotitanovogosplavati15al68mo45fesposobomélp AT antonûksl polučenievysokopročnogotitanovogosplavati15al68mo45fesposobomélp AT ahoninsv oderžannâvisokomícnogotitanovogosplavuti15al68mo45fesposobomepp AT markovskiipe oderžannâvisokomícnogotitanovogosplavuti15al68mo45fesposobomepp AT berezosva oderžannâvisokomícnogotitanovogosplavuti15al68mo45fesposobomepp AT stasûkaa oderžannâvisokomícnogotitanovogosplavuti15al68mo45fesposobomepp AT pikulinan oderžannâvisokomícnogotitanovogosplavuti15al68mo45fesposobomepp AT severinaû oderžannâvisokomícnogotitanovogosplavuti15al68mo45fesposobomepp AT antonûksl oderžannâvisokomícnogotitanovogosplavuti15al68mo45fesposobomepp AT ahoninsv producingofhighstrengthtitaniumalloyti15al68mo45febyebmmethod AT markovskiipe producingofhighstrengthtitaniumalloyti15al68mo45febyebmmethod AT berezosva producingofhighstrengthtitaniumalloyti15al68mo45febyebmmethod AT stasûkaa producingofhighstrengthtitaniumalloyti15al68mo45febyebmmethod AT pikulinan producingofhighstrengthtitaniumalloyti15al68mo45febyebmmethod AT severinaû producingofhighstrengthtitaniumalloyti15al68mo45febyebmmethod AT antonûksl producingofhighstrengthtitaniumalloyti15al68mo45febyebmmethod |