Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Авторы патента:

Грибков Юрий Иванович (RU)

Ночовная Надежда Алексеевна (RU)

Каблов Евгений Николаевич (RU)

Захаров Юрий Иванович (RU)

C22C14 - Сплавы на основе титана

Владельцы патента RU 2346998:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Группа изобретений относится к конструкционным высокопрочным свариваемым титановым сплавам, предназначенным для изготовления крупногабаритных силовых деталей и сварных узлов авиационной техники. Предложен сплав на основе титана и изделие, выполненное из него. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: алюминий - 4,3-6,0, молибден - 4,0-5,6, ванадий - 4,0-5,6, хром - 0,5-1,5, железо - 0,5-1,5, цирконий - 0,03-0,5, медь - 0,003-0,15, никель - 0,003-0,15, кислород - 0,02-0,2, углерод - 0,01-0,1, азот - 0,01-0,05, водород - 0,003-0,015, гафний - 0,03-0,5, титан - остальное. Суммарное содержания кислорода, углерода и азота в сплаве предпочтительно удовлетворяет условию 0,15%≤[(%O)+0,5(%C)+l,7(%N)]≤0,24%. Изобретение направлено на повышение малоцикловой усталости сварных соединений и термической стабильности основного металла. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к разработке конструкционных высокопрочных свариваемых титановых сплавов, предназначенных для изготовления крупногабаритных силовых деталей и сварных узлов самолетов: балок, лонжеронов, шпангоутов, силовых элементов конструкции шасси и крепления двигателя, используемых в авиационной технике.

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

алюминий	5,5-6,75
молибден	0,85-3,15
ванадий	3,5-4,5
железо	0,85-3,15
кислород	≤0,2
титан	остальное

(заявка Японии №02173234)

Известный сплав обладает пониженной пластичностью.

Изделия, выполненные из него, не пригодны для изготовления высоконагруженных крупногабаритных деталей.

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

алюминий	4,0-6,0
молибден	4,5-6,0
ванадий	4,5-6,0
хром	2,0-3,6
железо	0,2-0,5
кислород	≤0,2
азот	0,05
титан	остальное

(патент РФ №2283889)

Из известного сплава изготавливают конструкции планера самолета и двигателя, детали крепежа.

Недостатком этого сплава является пониженный уровень усталостной прочности сварных соединений.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана следующего химического состава, мас.%:

алюминий	4,3-6,0
молибден	4,0-5,6
ванадий	4,0-5,6
хром	0,5-1,5
железо	0,5-1,5
цирконий	0,03-0,5
медь	0,003-0,15
никель	0,003-0,15
кислород	0,02-0,2
углерод	0,01-0,2
азот	0,01-0,05
водород	0,003-0,03
титан	остальное

(патент РФ №2082802)

Недостатками известного сплава являются недостаточно высокая малоцикловая усталость (МЦУ) сварных соединений и невысокая термическая стабильность основного металла, что не позволяет использовать этот сплав для изготовления таких изделий, как узлы крепления двигателя.

Недостатками изделий из известного сплава является недостаточно высокие надежность и ресурс.

Технической задачей изобретения является повышение малоцикловой усталости (МЦУ) сварных соединений и термической стабильности основного металла.

Поставленная задача достигается тем, что предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, цирконий, медь, никель, кислород, углерод, азот и водород, который дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	4,3-6,0
молибден	4,0-5,6
ванадий	4,0-5,6
хром	0,5-1,5
железо	0,5-1,5
цирконий	0,03-0,5
медь	0,003-0,15
никель	0,003-0,15
кислород	0,02-0,2
углерод	0,01-0,1
азот	0,01-0,05
водород	0,003-0,015
гафний	0,03-0,5
титан	остальное

При этом предпочтительно, чтобы суммарное содержания кислорода, углерода и азота в сплаве должно удовлетворять условию 0,15%≤[(%O)+0,5(%С)+1,7(%N)]≤0,24%.

Авторами установлено, что дополнительное введение в сплав гафния при заявленном содержании и соотношении компонентов повышает малоцикловую усталость (МЦУ) сварных соединений и термическую стабильность основного металла.

Примеры конкретного осуществления

Для исследования механических свойств сплава, в вакуумной дуговой печи выплавляли методом двойного переплава слитки с химическим составом в пределах предлагаемого сплава (1, 2, 3, табл.1) и сплава-прототипа (4, табл.1).

Выплавленные слитки ковали на гидравлическом прессе на плиты. После механической обработки плит, из них изготавливали заготовки толщиной 20 мм, которые затем сваривали электронно-лучевой сваркой. Сваренные заготовки подвергали упрочняющей термической обработке. Результаты испытаний механических свойств образцов, вырезанных из основного металла и сварных соединений, приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что при повышении термической стабильности значения МЦУ сварных соединений повысились в 1,3-1,5 раза.

Таким образом, применение предлагаемого сплава повысит эксплуатационную надежность и ресурс крупногабаритных силовых деталей и сварных узлов самолетов.

Таблица1
№п/п	Химический состав, мас.%	0,15%≤[(%O)+0,5(%C)+1,7(%N)]≤0,24%
Al	Мо	V	Cr	Fe	Zr	Cu	Ni	О	С	N	Н	Hf	Ti
1	4,3	4,0	4,0	0,5	1,5	0,03	0,003	0,003	0,02	0,10	0,05	0,003	0,03	ост.	0,16
2	5,0	4,8	4,8	1,0	1,0	0,25	0,075	0,075	0,10	0,05	0,025	0,009	0,25	"	0,17
3	6,0	5,6	5,6	1,5	0,5	0,5	0,15	0,15	0,20	0,01	0,01	0,015	0,5	"	0,22
4	6,0	5,6	5,6	1,5	1,5	0,5	0,15	0,15	0,20	0,01	0,02	0,015	0,5	"	0,23
5	6,0	5,6	5,6	1,5	1,5	0,5	0,15	0,15	0,20	0,20	0,05	0,03	-	"	0,45

Таблица 2
Сплав	Механические свойства при 20°С
	основной металл	сварное соединение
	исходное состояние	после выдержки 350°С - 1000 ч.	исходное состояние

	σ_в, МПа	δ, %	σ_в, МПа	δ, %	σ_в, МПа	МЦУ, σ_max ^нетто, МПа (N_р=5·10⁴ ц)
1	1480	12,5	1390	12,5	1360	64
2	1500	10	1490	9,5	1390	62
3	1530	9	1520	9	1410	60
4	1540	9	1540	8,5	1430	60
5	1470	8,5	1440	5	1350	50

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, цирконий, медь, никель, кислород, углерод, азот, водород, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	4,3-6,0
молибден	4,0-5,6
ванадий	4,0-5,6
хром	0,5-1,5
железо	0,5-1,5
цирконий	0,03-0,5
медь	0,003-0,15
никель	0,003-0,15
кислород	0,02-0,2
углерод	0,01-0,1
азот	0,01-0,05
водород	0,003-0,015
гафний	0,03-0,5
титан	остальное

2. Сплав на основе титана по п.1, отличающийся тем, что суммарное содержание кислорода, углерода и азота в сплаве удовлетворяет условию 0,15%≤[(%О)+0,5(%С)+1,7(%N)]≤0,24%.

3. Изделие из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по любому из пп.1 и 2.

Похожие патенты:

Сплав на основе титана // 2346071

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе титана, применяемым для изготовления деталей приборов, работающих в окислительных средах в условиях высоких температур.

Высокопрочный титановый сплав // 2346070

Обработка сплавов титан-алюминий-ванадий и изделия, изготовленные с ее помощью // 2339731

Сплав на основе титана // 2335560

Изобретение относится к области металлургии, и касается составов сплавов на основе титана, которые могут быть использованы в нефтяной промышленности, в частности для изготовления легких и прочных труб, применяемых при бурении глубоких скважин.

Лигатура для обработки сплавов на основе титана // 2334007

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам лигатур для обработки сплавов на основе титана. .

Сплав // 2333986

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов. .

Сплав на основе титана // 2332479

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам для изготовления деталей летательных аппаратов. .

Сплав на основе титана // 2330079

Изобретение относится к области металлургии и касается составов сплавов на основе титана, которые могут быть использованы в авиастроении, машиностроении, судостроении.

Сплав на основе никеля // 2329320

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе никеля, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в условиях трения и повышенного износаИзвестен сплав на основе никеля, содержащий, мас.%: никель 45,0-60,0; медь 0,1-2,0; железо 0,1-5,0; кремний 0,1-2,0; титан - остальное [1].

Сплав с эффектом памяти формы // 2327753

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для создания технологий, основанных на применении сплавов с эффектом памяти формы. .

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него // 2346999

Изобретение относится к созданию титановых сплавов, предназначенных для изготовления обшивки, днищ, баллонов, емкостей и других деталей, материал которых работает в условиях двухосного растяжения используемых в авиационной, космической и ракетной технике, цветной металлургии

Титановый сплав для трубопроводов и трубных систем теплообменного оборудования атомной энергетики // 2351671

Изобретение относится к металлургии титановых сплавов, содержащих в качестве основы титан с заданным отношением легирующих и примесных элементов, и предназначено для использования в судовом и энергетическом машиностроении при производстве трубопроводов и сварных трубных систем, отвечающих требованиям промышленной эксплуатации и радиационно-экологической безопасности современного корабельного и реакторного оборудования

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него // 2356976

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов Может использоваться для деталей и узлов авиакосмической и ракетной техники, изготовление которых требует высокой технологической пластичности сплава

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него // 2356977

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала при изготовлении обшивки, лонжеронов, шпангоутов, фюзеляжа, крыльев, агрегатов и других деталей летательных аппаратов

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него // 2356978

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов

Сплав на основе титана // 2360989

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе титана, которые могут быть использованы в судостроении

Титановый сплав для реакторного оборудования атомной и термоядерной энергетики // 2367697

Изобретение относится к металлургии титановых сплавов, предназначенных для использования при производстве оборудования и в корпусных конструкциях стационарных и транспортных ядерных энергетических установок

Сплав на основе алюминидов титана // 2370561

Изобретение относится к области металлургии и касается сплавов на основе алюминидов титана, полученных плавлением или порошковой металлургии, с составом Ti-zAl-yNb, где 44,5 z 45,5 ат.%, и 5 у 10 ат.%, а также содержит молибден 0,1 Мо 5 ат.% и имеет тонкодисперсную -фазу в -титаналюминидном сплаве в температурном интервале до 1320°С

Сплав на основе титана // 2375484

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления изделий для авиационной и космической промышленности

Микрокомпозиционный конструкционный материал и конструктивный элемент газотурбинного двигателя // 2388082

Изобретение относится к изделиям, содержащим металлические композиции на основе титана и, в частности, к изделиям, изготовленным из композиции титана с диспергированными в них частицами борида титана