Сплав на основе титана

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию современных титановых сплавов, обладающих высокой степенью универсальности. Предложен сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%: алюминий - 4,0-6,0; ванадий - 4,5-6,0; молибден - 4,5-6,0; хром - 2,0-3,6; железо - 0,2-0,5; цирконий - 0,1 - менее 0,7; кислород - не более 0,2; азот - не более 0,05; титан - остальное. Техническим результатом изобретения является создание титанового сплава, обладающего высокими прочностными и пластическими характеристиками. Сплав может быть использован для изготовления широкой номенклатуры изделий, включая крупногабаритные штамповки и поковки, а также полуфабрикаты малого сечения, такие как прутки, плиты толщиной до 75 мм, которые широко используются для изготовления различных деталей авиационной техники, в том числе крепежа. 2 табл.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию универсальных титановых сплавов, используемых для изготовления широкой номенклатуры изделий, включая крупногабаритные штамповки и поковки, а также полуфабрикаты малого сечения, такие как прутки, плиты толщиной до 75 мм, которые широко используются для изготовления различных деталей авиационной техники.

Известен сплав на основе титана следующего состава, мас.%:

Алюминий	4,0-6 3
Ванадий	4,5-5,9
Молибден	4,5-5,9
Хром	2,0-3,6
Железо	0,2-0,8
Цирконий	0,01-0,08
Углерод	0,01-0,25
Кислород	0,03-0,25
Титан	остальное

(Патент РФ № 2122040, кл. С 22 С 14/00, 1998)

Данный сплав обладает хорошим сочетанием высокой прочности и пластичности крупногабаритных деталей толщиной до 150-200 мм, закаливаемых в воде или на воздухе. Сплав хорошо деформируется в горячем состоянии и сваривается любым видом сварки.

Однако сплав обладает недостаточным уровнем прочности для изготовления массивных крупногабаритных деталей толщиной более 200 мм, закаливаемых на воздухе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является сплав на основе титана, содержащий, мас.%:

Алюминий	4,0-6,0
Ванадий	4,5-6,0
Молибден	4,5-6,0
Хром	2,0-3,6
Железо	0,2-0,5
Цирконий	0,7-2,0
Кислород не более	0,2
Азот не более	0,05
Титан	остальное

(Патент РФ № 2169782, кл. С 22 С 14/00, публ. 2001 г.) - прототип.

Недостатками прототипа являются низкая пластичность и склонность к растрескиванию при осадке в холодную более 40%, что ограничивает его использование при изготовлении крепежа.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание универсального титанового сплава с необходимыми прочностными и пластическими характеристиками и структурой и возможностью изготовления из него широкой номенклатуры изделий.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного изобретения, заключается в регламентации оптимального сочетания α- и β-стабилизирующих легирующих элементов в сплаве.

Указанный технический результат достигается тем, что в сплаве на основе титана, содержащем алюминий, ванадий, молибден, хром, железо, цирконий, кислород и азот, компоненты сплава взяты в следующем соотношении, мас.%:

Алюминий	4,0-6,0
Ванадий	4,5-6,0
Молибден	4,5-6,0
Хром	2,0-3,6
Железо	0,2-0,5
Цирконий	0,1 - менее 0,7
Кислород	не более 0,2
Азот	не более 0,05
Титан	остальное

Ответственной за высокую прочность сплава является в основном β-фаза в силу достаточно широкого набора β-стабилизаторов (V, Мо, Cr, Fe), их значительного количества и эффективности влияния на возможность сохранения метастабильного фазового состояния при замедленном охлаждении (например, на воздухе) массивных сечений штамповок. И хотя β-фаза является ведущей в процессе упрочнения сплава, усилить тенденцию повышения прочности можно только за счет повышения прочности α-фазы, обычная доля которой для этого сплава составляет 60-70%. С этой целью сплав легируется α-стабилизатором цирконием. Цирконий образует с α-титаном широкий ряд твердых растворов, относительно близок к нему по температуре плавления и плотности, повышает коррозионную стойкость. Легирование цирконием в диапазоне 0,1 - менее 0,7% обеспечивает сочетание высокой прочности и пластичности как для крупногабаритных штамповок и поковок, так и для полуфабрикатов малого сечения, таких как прутки, плиты толщиной до 75 мм, позволяет производить теплую и холодную деформацию со степенью осадки до 60%.

Для исследования свойств заявляемого сплава были изготовлены опытные слитки диаметром 190 мм следующего усредненного состава (данные приведены в таблице 1).

Таблица 1
Сплав	Химический состав
	Al	Mo	V	Cr	Zr	Fe	O	N	Ti
1	5,45	5,3	5,35	3,1	0,65	0,4	0,145	0,006	Ост.
2	5,1	5,22	5,1	2,9	0,3	0,41	0,12	0,005	Ост.
3	4,9	4,8	5,0	2,8	0,5	0,3	0,10	0,006	Ост.
4	5,3	5,3	5,2	3,1	0,2	0,4	0,12	0,006	Ост.
5 прототип	5,1	4,9	5,3	3,1	1,2	0,35	0,12	0,006	Ост.

Слитки ковали последовательно в β-, α+β-, β-, α+β - областях с окончательной деформацией в α+β - области в пределах 45-50% на цилиндрическую заготовку (биллет) диаметром 40 мм.

Далее поковки подвергали следующей термообработке:

а) Обработка на твердый раствор:

нагрев до 790°С, выдержка 3 часа, охлаждение на воздухе.

б) Старение:

нагрев до 560°С, выдержка 8 часов, охлаждение на воздухе.

Механические свойства поковок (усредненные данные в долевом направлении) приведены в таблице 2.

Таблица 2
Сплав	σ02 (VTS), Мра	σb (UTS), Мра	δ (А), %	Ψ (Ra), %	K1С, Mpa/
1	1230	1300	10	21	63
2	1200	1290	15	28	69
3	1110	1190	14	26	71
4	1160	1270	16	32	72
5 прототип	1255	1350	10,5	27	51,5

Как свидетельствуют результаты испытаний механических свойств полученных поковок, микролегирование цирконием в заявленных пределах 0,1 - менее 0,7 мас.% в сочетании с закалкой позволяет сохранить достаточно высокую прочность, при этом обеспечивая хорошую пластичность сплава.

Заявленный титановый сплав по сравнению с прототипом может быть использован для изготовления широкой номенклатуры изделий ответственного назначения, включая крупногабаритные штамповки и поковки, а также полуфабрикаты малого сечения, такие как прутки, плиты толщиной до 75 мм, которые широко используются для изготовления различных деталей авиационной техники, в том числе крепежа.

Сплав на основе титана, содержащий алюминий, ванадий, молибден, хром, железо, цирконий, кислород и азот, отличающийся тем, что компоненты сплава взяты в следующем соотношении, мас.%:

Алюминий	4,0-6,0
Ванадий	4,5-6,0
Молибден	4,5-6,0
Хром	2,0-3,6
Железо	0,2-0,5
Цирконий	0,1 - менее 0,7
Кислород	Не более 0,2
Азот	Не более 0,05
Титан	Остальное