Производство листового титанового сплава 15333
Титановый сплав 15333 (Ti-15333, также известный как Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn) — это метастабильный β-тип титанового сплава, известный своей превосходной холодной формуемостью при комнатной температуре и высокой прочностью, достигаемой путем термической обработки старением. Производство листового металла из него представляет собой высокоточный термомеханический процесс, объединяющий плавку, ковку, горячую и холодную прокатку, а также термообработку. Ключевым моментом является точный контроль конечных свойств посредством термообработки «раствор + старение».
Это основа для получения высокочистых, однородных слитков сплава. Из-за чрезвычайно высокой химической активности титана при высоких температурах весь процесс плавки должен проводиться в вакууме. Для подготовки сырья используется высококачественный губчатый титан марки 0 или 1, а также лигатуры Al-V, Ti-Sn, чистый хром, чистый алюминий и другие сырьевые материалы, смешанные в точных пропорциях. Процесс плавки заключается в прессовании смеси в электроды, обычно с использованием трех вакуумно-дуговых процессов переплавки (VAR) для получения высококачественных слитков с однородным составом, без сегрегации и включений. Исходные зерна слитка крупные, что требует ковки для их разрушения и улучшения микроструктуры. Контроль процесса осуществляется с помощью многопроходной, многонаправленной осадки и волочения (ковка и волочение). Например, начиная с 1100-1150℃, температура постепенно снижается до 950-1000℃ в течение трех проходов ковки. Этот процесс эффективно разрушает литую микроструктуру, в результате чего образуются более мелкие и равномерно распределенные зерна. Охлаждение обычно осуществляется воздушным или водяным охлаждением до комнатной температуры после подготовки заготовки.
Горячая прокатка происходит в диапазоне температур 850-1000℃, с многократными проходами для прокатки сляба до толщины 4-10 мм. В этом температурном диапазоне сплав демонстрирует хорошую пластичность и умеренное сопротивление деформации. Промежуточный отжиг и обработка поверхности: Горячекатаный слиток требует отжига при температуре 760-850℃ для снятия напряжений и размягчения микроструктуры, подготавливая его к последующей холодной прокатке. Затем поверхностный оксидный слой удаляется щелочным и кислотным травлением. Это важнейший этап для достижения высокоточных размеров, превосходного качества поверхности и упрочняющего эффекта. Благодаря своей β-фазовой структуре, сплав Ti-15333 обладает превосходными свойствами холодной обработки. Большая деформация достигается после отжига и травления, за которыми следует холодная прокатка. Деформация при холодной прокатке этого сплава может достигать 80%, что значительно превосходит показатели титановых сплавов α- и α+β-типа. Контроль прохода обычно поддерживает деформацию прохода ≤10%, в то время как общая деформация при холодной прокатке составляет ≥30%, чтобы гарантировать отсутствие растрескивания материала и получение листа хорошей формы.
Термическая обработка является решающим этапом в придании сплаву Ti-15333 его конечных свойств. Стандартный процесс — это «термическая обработка + термическая обработка старением». Термическая обработка включает нагрев холоднокатаного листа примерно до 800°C и выдержку при этой температуре с последующим быстрым охлаждением (например, закалкой в воде). Этот процесс приводит к образованию нестабильной β-фазовой структуры, при которой материал становится относительно мягким и имеет прочность примерно 795 МПа. Термическая обработка старением включает нагрев обработанного раствором листа до 480-540°C и выдержку при этой температуре (например, в течение 6-12 часов). При этой температуре в β-фазе осаждается большое количество мелких, дисперсных частиц α-фазы, что приводит к значительному эффекту упрочнения при старении и значительному увеличению прочности на растяжение до 1100-1375 МПа.
Готовый листовой металл должен пройти строгий контроль качества, включая анализ химического состава, испытания механических свойств при комнатной и высоких температурах, испытания на изгиб и неразрушающий контроль, чтобы гарантировать соответствие продукции высоким стандартам, необходимым для таких применений, как аэрокосмическая промышленность. Важно отметить, что рабочая температура сплава Ti-15333 в течение длительного времени обычно не превышает 300-350°C; поэтому он в основном используется для холодноформованных конструкционных деталей и крепежных элементов, таких как обшивка, рамы и кронштейны самолетов, и не подходит для высокотемпературных компонентов, таких как двигатели.