Способ термоправки изделия из титановых сплавов

 

СПОСОБ ТЕРМОПРАВКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, преимущественно крупногабаритных сварных конструкций, включающий холодное нагружение в упругой области, нагрев до температуры полного отжига, выдержку и охлаждение в вакууме, отличающийс я тем, что, с целью предотвращения образования трещин, холодное нагружение осуществляютс усилием, обеспечивающим скорость ползучести 10 10-5с- .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g1)g С 22 F 1/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕРЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П.1НТ СССР (21) 3446214/02 (22) 1.06.82 (46) 15.02.91. Бюл. Р 6 (72) Я.И,Спектор, П.Ш.Тордия, Р,Б.Урманов, Т,В,Квинтрадзе, В.А.Перепелятникова, Г.Н.Пурцеладзе, С.И.Храмов, Б.О.Коновалов и И.Г.Авербух (53) 621.785.365(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ô 550456, кл. С 22 Р 1/18, 1977.

Отраслевая инструкция ПИ 210-72

"Термическая обработка в заневоленном состоянии деталей и узлов типа балок, профилей и панелей из сплавов на основе титана, НИАТ, 1972.

Изобретение относится к области металлургии и может применяться при термоправке изделий типа панелей, обшивок, балок и объемных сварных узлов из сплавов на основе титана, применяемых в самолетных конструкциях.

Известен способ термической обработки тонкостенных изделий из (W +.

+ Р)-титановых сплавов, по которому, с целью устранения коробления, отжиг проводят при растягивающем напряжении, равном 0,02-0,08 от предела текучести.

Однако указанный способ неприемлем для узлов сложной формы типа объемных сварных узлов, криволинейных панелей, обшивок и балок из титановых сплавов, термоправка которых производится при сложно-напряженном состоянии

„„Я0„„088397 А 1

2 (54)(57) СПОСОБ ТЕРМОПРАВКИ ИЗДЬЛИЙ

ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, преимущественно крупногабаритных сварных конструкций, включающий холодное нагружение в упругой области, нагрев до температуры полного отжига, выдержку и охлаждение в вакууме, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью предотвращения образования трещин, холодное нагружение осуществляют. с усилием, обе-.

-6 спечивающим скорость ползучести 10

10 с

Наиболее близким по технической-, сущности и достигаемому результату к предложенному является способ термоправки изцелий из титановых сплавов, включающий холодное нагружение в упругой области, нагрев до температуры полного отжига, выдержку и охлаж;,. дение в вакууме.

При осуществлении этого способа изделие заневоливают в калибруемых сечениях по контуру, фиксируя заданную форму. В процессе отжига за счет релаксации заданных упругих напряжений упругая деформация переходит в пластическую, т.е. фиксируется заданная в холодном состоянии форма.

Величина упругой отдачи при разнево. ливании изделия после отжига, а следовательно, и точность геометрии, определяются степенью релаксации напря10883 жений, зависящей от материала изделия и температуры отжига.

Основным недостатком способа является высокий уровень напряжений, возникающих в изделии при холодном заневоливании, которые, складываясь с остаточными напряжениями после сварки, могут приводить к возникновению трещин в холодном состоянии или и 1О процессе нагрева, Цель способа — предотвращение образования трещин, Поставленная цель достигается тем, что в известном способе включающем 15 холодное нагружение в упругой области, нагрев до температуры полного отжига, выдержку и охлаждение в вакууме, согласно изобретению холодное нагружение осуществляют с усилием, 20 обеспечивающим скорость ползучести

20 - 20 с

По предлагаемому способу изделие устанавливают в печь на загрузочную платформу или специальную оснастку, 25 и для проведения пластической деформации при сложно-напряженном состоянии в режиме ползучести со скоростью (10 - 1О ) .с при температуре отжига нагружают изделие в калибруемых 30 сечениях усилиями соответствующей величины и направления, затем вакуумируют камеру нагрева и проводят отжиг. Температура отжига для большинства марок титановых сплавов находится в пределах 650-750 С, длительность выдержки составляет обычно 0,5-2,5 ч в зависимости от толщины материала.

В процессе выдержки при темпера- 40 туре отжига происходит. уменьшение коробления изделия в результате пластической деформации материала в режиме ползучести под действием постоянных приложенных усилий. После достиже- 45 ния заданной формы дальнейшая пластическая деформация материала изделия в калибруемом сечении прекращается в результате противодействия базоВоН lIoBepxH0cTB BJIH достижения KQ нечного положения нагружающим при-. способлением.

Величина относительной пластической деформации, необходимой для устранения коробления, составляет, как правило, Я =0,001-0,010.

Таким образом, при длительности выдержки 1; = 0,5-2,5 ч скорость деформации в режиме ползучести должна

97 4

Я 0 010 быть не менее Я = —, = — - - — — =

Г 2,5 3600

1 ° 10 с . При скорости ползучести

1 10 с исправление максимального коробления с Я = 0,01 достигается за

1000 сек. Дальнейшее увеличение скорости деформации в режиме ползучести выше значения Я = 1.10 с нецелесообразно, так как приводит к неоправданному увеличению прикладываемых к изделию усилий и увеличению массы оснастки

Величина прикладываемых усилий, необходимых для деформирования изделий из титановых сплавов при слож-: но-напряженном состоянии в режиме

-6 ползучести со скоростью (10 -10 ) к определяется на основании известной

1 зависимости скорости ползучести от напряжений в металле и уточнялась экспериментальным путем.

Пример. Термоправка по известному и предложенному способам осуществляется на партии сварных кабин, изготовленных из сплава ВТ-20о

Исходное коробление выражалось в разведении верхних кромок боковых стенок, причем, стрела прогиба на длине 2000 мм составляла 10-15 мм при допустимом значении 0 5 мм.

Величина необходимой пластической деформации, необходимой для устранения коробления в данном случае сос- . тавляет E= (1-1,4)"10

Экспериментально определялись напряжения нагружения, позволяющие осуществить термоправку в режиме полэучести.

На чертеже изображена зависимость скорости ползучести от прикладываемых напряжений, Как следует из чертежа для проведения пластической деформации материала кабины в режиме ползучести со скоростью 1 10 — 1 ° 10 при температуре отжига, на кабине перед загрузкой в печь должны создаваться напряжения 0 ° 5-1,5 кгс/мм . Эти напря>хения обеспечивались стягивающими усилиями величиной 60 кгс с помощью ленты из нержавеющей стали сечением

200 < 1 мм, закрепленной концами в средней части кромки боковых стенок и груза массой 30 кг, подвешенного в средней части ленты.

ПРекращение деформации в момент исправления коробления достигалось с помощью регулируемого по высоте упо10883

Усилие Коробление стяги

Контроль на трещины сходое вания, кгс (B холодном со после отжига тояни кгс

50 24

100 30

60 25

1 (10

1 10

1 6 )О-

ВТ20 700

+)

+)

+) Трещины не обнаружены

Предложенный

400 20

Известный

Микротрещины в области сварки на каждой пятой кабине

Релакса600 29

+) ра, установленного под основанием груза. С помощью датчика конечного положения груза было установлено, что исправление коробления достигалось через 15-20 мин после прогрева

5 изделия до температуры отжига, т,е, фактическая скорость деформации в режиме полэучести составляла (1,1

1,2) ° 10 с

)0

При обработке по известному способу борта кабины перед загрузкой в печь стягивались до заданного положения тендером, концы которого закреплялись в средней части кромки боковых стенок При этом стягивающее усилие составляло 400-600 кгс, Измерение кабины после вакуумного отжига показало, что в результате об« работки по предлагаемому и известно- 20 му способам коробление верхних кромок боковых стенок кабины было устранено и находилось в пределах допуска +0,5 мм.

В таблице приведены свойства при 25 обработке по предложенному и известному способам.

Как следует из таблицы, при об" работке по предложенному способу, 30 микротрещины возникапи примерно на .каждой пятой кабине.

Таким образом, применение пред.лагаемого способа вакуумного отжига

Способ Мате- Темпера- Скорость риал тура от- ползучес жига, С ти, с о

9У

6 в сравнении с известным позволяет предотвратить возможность образования трещин благодаря тому, что величина прикладываемых усилий для термоправки на 1-2 порядка меньше, чем при заневоливании по известному способу

Возможность управления процессом пластической деформации в режиме ползучести с помощью регулирования конечного положения нагружающего устройства позволяет во многих случаях значительно уменьшить массу оснастки в результате ликвидации базовых опор- ных поверхностей, являющихся обычно необходимым элементом оснастки при термоправке за счет релаксации заданных упругих напряжений.

Уменьшение усилий, воздействующих на обрабатываемое изделие при термоправке ползучестью, по сравне-, нию с известным способом позволяет проще решить задачу обеспечения проскальзывания деталей двойной кривизны относительно оснастки для компенсации различия теплового расширения, и благодаря этому повысить точность геометрии изделий после термоправки.

Кроме того, вакуумный отжиг с правкой ползучестью по предлагаемому способу позволяет значительно (в 22,5 раза) расширить допуск на величину исходного коробления изделий.

1088397 р4 л

° ц) М ф ;э gg

/

/ !

05 И л5 Я

Напряжение д, а.%м редактор g.Ленина Техред A. Кравчук. Корректор JI.1 или

Заказ 771 Тираж 388 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101