Влияние структурно-фазового состояния на физико-механические свойства горячепрессованных труб из титанового сплава Ti–3Al–2,5V

Исследовано влияние изменения  параметров  горячего  прессования  на  физико-механические  свойства  труб  из сплава Ti–3Al–2,5V. Материалом для исследования служили  четыре  патрубка,  отобранные  от  разных  горячепрессованных труб из сплава Ti–3Al–2,5V с внешним диаметром 90 мм и толщиной стенки 20 мм, полученных из экспандированных гильз с внешним диаметром 195 мм на горизонтальном гидравлическом прессе. Экспандированные гильзы перед прессованием  нагревались до температуры 850–865 °С. Образцам исследуемых горячепрессованных труб присвоены номера 1, 2, 3 и 4 согласно последовательности  их  получения  в  промышленных  условиях.  Показано,  что  увеличение  количества  проведенных  прессовок в α + β-области от трубы 1 к трубе 4 приводит к закономерному уменьшению объемной доли первичной α-фазы в их структуре, а также к росту объемной доли β-превращенной структуры вследствие повышения температуры окончания прессования, вызванного более активным деформационным разогревом из-за увеличения температуры инструмента (матрицы и иглы). Обнаружено, что фиксируемое структурно повышение температуры окончания прессования от 1-й трубы к 4-й влечет за собой характерное уменьшение объемной  доли  остаточного  β-твердого  раствора  и  снижение  «остроты»  наблюдаемой  тангенциальной текстуры α-фазы. Установлено, что выявленные изменения структурно-фазового состояния сплава от 1-й трубы к 4-й оказывают закономерное влияние на получаемый в них уровень свойств – контактного модуля упругости и микротвердости. Полученные  закономерности  необходимо  учитывать  при  разработке  технологического  режима   многоразового   прессования труб из сплава Ti–3Al–2,5V.

1. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: Справочник. М.: ВИЛС—МАТИ, 2009. 520 с.

2. Пумпянский Д.А., Илларионов А.Г., Водолазский Ф.В., Космацкий Я.И., Попов А.А. Перспективные сплавы титана для изготовления холоднодеформированных труб. Металлург. 2023;1:37—48. https://doi.org/10.52351/00260827_2023_01_37

3. Романцев Б.А., Гончарук А.В., Алещенко А.С., Гамин Ю.В. Получение полых толстостенных профилей и труб из титановых сплавов методом винтовой прокатки. Известия вузов. Цветная металлургия. 2015;(4):38—41. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2015-4-38-41

4. Пилипенко С.В. Анализ влияния технологических факторов процесса холодной прокатки труб на изменение распределения Q-фактора вдоль конуса деформации. Известия вузов. Цветная металлургия. 2019;(3):30—35. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-3-30-35

5. Boyer R., Welsch G., Collings E.W. Materials roperties Handbook: Titanium alloys. ASM Int., The Material Information Society, 1994. 1176 p.

6. Chen S., Li X., Xu D. Manufacture of Gr9 titanium alloy tube for small size and extra-thin wall. In: Chinese Materials Conference. High Performance Structural Materials. 2018. Р. 531—538. https://doi.org/10.1007/978-981-13-0104-9_56

7. Пышминцев И.Ю., Космацкий Я.И., Филяева Е.А., Илларионов А.Г., Водолазский Ф.В., Баранникова Н.А. Структура и свойства металла горячепрессованной трубы из сплава Ti—3Al—2,5V. Металлург. 2018;4:70—75. https://doi.org/10.1007/s11015-018-0671-5

8. Li H., Wei D., Zhang H.Q., Yang H., Zhang D., Li G.J. Tooling design—related spatial deformation behaviors and crystallographic texture evolution of high-strength Ti—3Al—2.5V tube in cold pilgering. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019;104: 2851—2862. https://doi.org/10.1007/s00170-019-04151-w

9. Yang Q., Hui S., Ye W., Xu Z., Dai C., Lin Y. Effect of “Q” ratio on texture evolution of Ti—3Al—2.5V alloy tube during rolling. Materials. 2022;15(3):817. https://doi.org/10.3390/ma15030817

10. Никольский Л.А., Фиглин С.З., Бойцов В.В., Калпин Ю.Г., Бахарев А.В. Горячая штамповка и прессование титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1975. 285 с.

11. Космацкий Я.И., Фокин Н.В., Филяева Е.А., Баричко Б.В. Исследование деформационной способности титанового сплава Ti—3Al—2,5V и оценка технологической возможности изготовления из него горячепрессованных труб. Титан. 2016;2(52): 18—22.

12. Космацкий Я.И., Филяева Е.А., Фокин Н.В., Яковлева К.Ю. Определение технологической возможности изготовления нового вида бесшовных труб TREX из титанового сплава Ti—3Al—2.5V. Качество в обработке материалов. 2016;2:15—22.

13. Tarin P., Corral N., Simon A.G. Evolution of alpha-beta transformation in Ti—3Al—2,5V alloy. Microstructural changes and properties obtained. In: Proceedings of the 12 th World Conference on Titanium. Beijing: Science Press., 2012. Vol. 1. P. 481—484.

14. Illarionov A.G., Vodolazskiy F.V., Barannikova N.A., Kosmatskiy Y.A., Khudorozhkova Y.V. Influence of phase composition on thermal expansion of Ti—0.4Al, Ti—2.2Al—2.5Zr and Ti—3Al—2.5V alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2021;857:158049. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.158049

15. Илларионов А.Г., Космацкий Я.И., Филяева Е.А., Водолазский Ф.В., Баранникова Н.А. Экспериментальное определение температурных параметров для оценки возможности изготовления горячепрессованных труб из сплава Ti–3Аl–2,5V. Металлург. 2016;9:83—87. https://doi.org/10.1007/s11015-017-0396-x

16. Аношкин Н.Ф., Борисова Е.А., Бочвар Г.А., Брун М.Я., Глазунов С.Г., Колачев Б.А., Коробов О.С., Мальков А.В., Моисеев В.Н., Ноткин А.Б. и др. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов. М.: Металлургия, 1980. 464 с.

17. Rietveld H.M. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. Journal of Applied Crystallography. 1969;2:65—71.

18. Oliver W.C., Pharr G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research. 1992;7(6):1564—1583. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.1564

19. Shao G., Miodownik A.P., Tsakiropoulos P. ω-phase formation in V—Al and Ti—Al—V alloys. Philosophical Magazine A. 1995;71(6):1389—1408.

20. Aurelio G., Fernandez Guillermet A., Cuello G.J., Campo J. Metastable Phases in the Ti—V System: Pt. I. Neutron Diffraction study and assessment of structural properties. Metallurgical and Materials Transactions A. 2002;33A:1307—1317. https://doi.org/10.1007/s11661-002-0057-x

21. Желнина А.В., Калиенко М.С., Илларионов А.Г., Щетников Н.В. Трансформация структуры, параметров фаз при старении сплава титана Ti-10V— 2Fe—3Al и их связь упрочнением. Физика металлов и металловедение. 2020;121(12):1220—1226. https://doi.org/10.1134/S0031918X20120133

22. Федулов В.Н. Прогнозирование эффективности термического упрочнения титановых сплавов. Литье и металлургия. 2006;1(37):130—135.

23. Forney C.E., Meredith S.E. Ti—3Al—2.5V seamless tubing engineering guide. Sandvik special Metals Corp., Kennewick, Wash., USA, 1990. 3rd ed. 144 p.

24. Логинов Ю.Н., Семенов А.П. Изменение температуры инструмента при горячем прессовании прутков из меди и латуни. Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2006;4:10—13.

25. Логинов Ю.Н. Прессование как метод интенсивной деформации металлов и сплавов. Екатеринбург: Изд-во УрФУ, 2016. 156 с. https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/40656/1/978-5-7996-1623-6_2016.pdf

26. Weiss I., Semiatin S.L. Thermomechanical processing of alpha titanium alloys — an overview. Materials Science and Engineering A. 1999;263:243—256. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(98)01155-1

27. Zwicker U. Titan und titanlegierungen. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 1974. 717 р. https://doi.org/10.1007/978-3-642-80587-5