Опыт изготовления штамповок из титановых сплавов в производственных условиях ФГУП "ВИАМ"

Показано влияние различных технологических аспектов изготовления полуфабрикатов из титанового сплава ВТ8 с применением штамповки в изотермических условиях на прессе усилием 16 000 кН. В качестве исходного материала использованы прутки из сплава ВТ8 по ОСТ 1 90266--86 и ОСТ 1 90107--73. Для штамповок, полученных из указанных прутков, определены балл, фон и тип микроструктуры, кратковременная прочность, удлинение, сужение, а также ударная вязкость при комнатной температуре. Для штамповок, изготовленных из прутка по ОСТ 1 90266--86, дополнительно оценено влияние термомеханической обработки на уровень свойств, а именно выполнена повторная калибровка половины штамповки. Микроструктура штамповок, изготовленных методом термомеханической обработки и подвергнутых старению, исследована дополнительно с помощью растровой электронной микроскопии. Отмечена прямая зависимость качества конечного полуфабриката в виде шайбы от качества исходного прутка. Установлено, что снижение температуры штамповки до уровня Т_пп -- 150 °С приводит к недостаточной проработке структуры материала штамповки по сечению и, как следствие, наличию крупных зерен от исходного прутка. Так, на штамповках, изготовленных из прутка по ОСТ 1 90266--86, достигнут следующий уровень механических свойств: σ_в ≥ 1000 МПа, δ ≥ 11 %, ψ ≥ 20 %, KCU ≥ 40,3 Дж/см²

Литература

[1] Крымов В.В., ред. Производство лопаток газотурбинных двигателей. М., Машиностроение, Полет, 2002.

[2] Болховитин М.С., Королёв Н.Н., Монахова В.П. Повышение эффективности управления технологическим процессом точной штамповки при изготовлении лопаток компрессора газотурбинных двигателей. Труды МАИ, 2015, № 81, с. 1--14. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=57824

[3] Анищенко А.С. Анализ альтернативных технологий штамповки компрессорных лопаток для судовых двигателей. Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: технічні науки, 2015, т. 30, № 1, с. 141--148.

[4] Боткин А.В., Вареник Е.В., Абрамов А.Н. Компьютерное проектирование изотермической штамповки имитатора компрессорной лопатки. Вестник МГТУ им. Г.И. Носова, 2017, т. 15. № 2, с. 40--47. DOI: https:doi.org/10.18503/1995-2732-2017-15-2-40-47

[5] Бурлаков И.А. Изготовление горячекатаных прутков круглого и шестигранного сечения из никелевых и титановых сплавов на прокатном стане "280--380". Известия МГТУ-МАМИ, 2009, № 1, с. 109--111.

[6] Zherebtsov S.V., Salishchev G.A., Galeyev R.M., et al. Production of submicrocrystalline structure in large-scale Ti--6Al--4V billet by warm severe deformation processing. Scr. Mater., 2004, vol. 51, no. 12, pp. 1147--1151. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2004.08.018

[7] Темис Ю.М., Худяков А.П. Математическое моделирование операций изотермической штамповки и сверхпластической формовки изготовления полой лопатки вентилятора. Вестник УГАТУ, 2015, т. 19, № 3, с. 50--60.

[8] Перепелкин А.А., Матасов И.И., Нуждин Г.А. Изотермическое деформирование и диффузионная сварка элементов листовых конструкций из высокопрочных материалов. Известия ТулГУ. Технические науки, 2015, № 3, с. 72--81.

[9] Боткин А.В., Вареник Е.В., Абрамов А.Н. Компьютерное проектирование изотермической штамповки имитатора компрессорной лопатки. Вестник МГТУ им. Г.И. Носова, 2017, т. 15, № 2, с. 40--47. DOI: https://doi.org/10.18503/1995-2732-2017-15-2-40-47

[10] Астанин В.В., Сафин Ф.Ф., Кандаров И.В. и др. Применение низкотемпературной сверхпластичности для изделий авиационного назначения. Вестник УГАТУ, 2012, т. 16, № 7, с. 12--16.

[11] Семенова И.П., Полякова В.В., Валиев Р.Р. и др. Микроструктура и свойства лопаток компрессора ГТД, полученных объемной штамповкой из ультрамелкозернистого сплава ВТ6. ФТВД, 2011, т. 21, № 4, с. 86--95.

[12] Jackson M. Microstructural evolution of titanium alloys during isothermal subtransus forging. London, University of London Press, 2002.

[13] Chen C.C., Coyne J.E. Deformation characteristics of Ti--6AI--4V alloy under isothermal forging conditions. Metall. Mater. Trans. A, 1976, vol. 7, no. 12, pp. 1931--1940. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02659826

[14] Bache M.R., Cope M., Davies H.M., et al. Dwell sensitive fatigue in a near alpha titanium alloy at ambient temperature. Int. J. Fatigue, 1997, vol. 19, no. 93, pp. 83--88. DOI: https://doi.org/10.1016/S0142-1123(97)00020-0

[15] Balasundar I., Raghu T., Kashyap B.P. Modeling the hot working behavior of near-α titanium alloy IMI 834. Prog. Nat. Sc., 2013, vol. 23, no. 6, pp. 598--607. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2013.11.004

[16] Balasundar I., Raghu T., Kashyap B.P. Modeling the high temperature deformation behaviour of a near alpha titanium alloy with bi-modal microstructure. Mater. Sc. Forum, 2012, vol. 710, pp. 533--538. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.710.533

[17] Liu Y., Baker T.N. Deformation characteristics of IMI685 titanium alloy under β isothermal forging conditions. Mater. Sc. Eng. A, 1995, vol. 197, no. 10, pp. 125--131. DOI: https://doi.org/10.1016/0921-5093(95)09691-4

[18] Li X., Lu S.Q., Fu M.W., et al. The optimal determination of forging process parameters for Ti--6.5Al--3.5Mo--1.5Zr--0.3Si alloy with thick lamellar microstructure in two phase field based on P-map. J. Mater. Process. Technol., 2010, vol. 210, no. 2, pp. 370--377. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.09.026

[19] Yang X., Guo H., Yao Z., et al. Effect of isothermal forging strain rate on microstructures and mechanical properties of BT25y titanium alloy. Mater. Sc. Eng. A, 2016, vol. 673, pp. 355--361. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.07.084

[20] Zhang S., Zeng W., Zhao Q., et al. High cycle fatigue of isothermally forged Ti--6.5Al--2.2Mo--2.2Zr--1.8Sn--0.7W--0.2Si with different microstructures. J. Alloys Compd., 2016, vol. 689, pp. 114--122. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.277

[21] Бакрадзе М.М., Скугорев А.В., Кучеряев В.В. и др. Компьютерное моделирование технологических процессов обработки металлов давлением как инструмент разработки новых технологий. Авиационные материалы и технологии, 2017, № S, с. 175--185.

[22] Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Ломберг Б.С. Комплексная инновационная технология изотермической штамповки на воздухе в режиме сверхпластичности дисков из супержаропрочных сплавов. Авиационные материалы и технологии, 2012, № S, с. 129--141.

[23] Пономаренко Д.А., Скугорев А.В., Сидоров С.А. и др. Технологические возможности специализированных изотермических прессов силой 6,3 и 16 МН в производстве деталей авиационного назначения. Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением, 2015, № 9, с. 36--40.

[24] Каблов Е.Н. Ключевая проблема --- материалы. Тенденции и ориентиры инновационного развития России. М., ВИАМ, 2015, с. 458--464.

[25] Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП "ВИАМ" ГНЦ РФ по реализации "Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года". Авиационные материалы и технологии, 2015, № 1, с. 3--33.

[26] Пономаренко Д.А., Скугорев А.В., Сидоров С.А. и др. Влияние теплообмена между заготовкой и штампом на процесс штамповки заготовок деталей авиационно-космического назначения на специализированных изотермических прессах. Труды ВИАМ, 2016, № 10, с. 37--45. DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2016-0-10-3-3

[27] Ночовная Н.А. Исследование влияния параметров изотермической деформации и термической обработки на структуру и механические свойства штамповки из сплава ВТ6ч. Труды ВИАМ, 2017, № 10, с. 24--32.DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2017-0-10-3-3

[28] Аношкин Н.Ф., Ерманок М.З., ред. Полуфабрикаты из титановых сплавов. М., ВИЛС, 1996.

[29] Золотов А.М., Чижик Т.А., Смирнов М.О. Построение диаграмм рекристаллизации третьего рода титанового сплава ВТ6. Научно-технические ведомости CПбПУ. Естественные и инженерные науки, 2017, т. 23, № 4, с. 118--126.

[30] Seshacharyulu T., Medeiros S.C., Frazier W.G., et al. Microstructural mechanisms during hot working of commercial grade Ti--6Al--4V with lamellar starting structure. Mater. Sc. Eng. A, 2002, vol. 325, no. 1-2, pp. 112--125. DOI: https://doi.org/10.1016/S0921-5093(01)01448-4

[31] Semiatin S.L., Goetz R.L., Shell E.B., et al. Cavitation and failure during hot forging of Ti--6Al--4V. Metall. Mater. Trans. A, 1999, vol. 30, no. 5, pp. 1411--1424. DOI: https://doi.org/10.1007/s11661-999-0289-0