Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Группа изобретений относится к титановым сплавам. Предложены сплав и изделие, выполненное из него. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: алюминий 2,0-6,8, ванадий 3,0-6,0, молибден 1,0-5,6, хром 0,2-1,6, цирконий 0,6-2,0, железо 0,1-1,2, медь 0,001-0,4, азот 0,01-0,05, ниобий 0,2-2,0, кремний 0,03-0,15, титан - остальное. Изобретение направлено на повышение трещиностойкости и конструкционной прочности при двухосном растяжении сплава. Предложенный сплав может быть использован для изготовления деталей авиационной, космической и ракетной техники. Применение предлагаемого сплава позволяет снизить массу изготавливаемых деталей и узлов на 20%. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

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.

Известен сплав на основе титана, имеющий химический состав, мас.%:

алюминий	5,5-6,75
ванадий	3,5-4,5
железо	0,25-0,35
углерод	0,10-0,30
кислород	0,15-0,25
азот	0,05-0,14
титан	остальное

(Патент США №5759484)

Сплав может быть использован для изготовления обшивки, цилиндрических оболочек и других деталей и узлов авиакосмической техники.

Недостатками сплава являются низкие эксплуатационные характеристики при работе в условиях двухосного напряженного состояния.

Недостатком изделий является низкая эксплуатационная надежность.

Известен сплав на основе титана, имеющий химический состав, мас.%:

алюминий	2,0-6,8
молибден	0,5-3,8
ванадий	2,0-9,0
хром	0,4-1,6
железо	0,2-1,2
цирконий	0,02-0,3
кислород	0,04-0,14
углерод	0,02-0,09
водород	0,003-0,014
азот	0,008-0,04
кремний	0,04-0,14
титан	остальное

(Патент РФ №1131234)

Из известного сплава изготавливают листовые конструкции (типа обшивки, носовых обтекателей и других узлов) авиакосмической и ракетной техники.

Недостатками сплава и изделия из него являются пониженные характеристики конструкционной прочности и трещиностойкости.

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
кислород	0,02-0,2
углерод	0,01-0,2
водород	0,003-0,03
азот	0,01-0,05
медь	0,003-0,15
никель	0,003-0,15
титан	остальное

(Патент РФ №2082802)

Из сплава-прототипа изготавливают листовые детали и узлы авиакосмической и ракетной техники.

Недостатками сплава и изделия из него являются пониженные конструкционная прочность и трещинностойкость.

Технической задачей изобретения является повышение конструкционной прочности и трещиностойкости.

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

алюминий	2,0-6,8
ванадий	3,0-6,0
молибден	1,0-5,6
хром	0,2-1,6
цирконий	0,6-2,0
железо	0,1-1,2
медь	0,001-0,4
азот	0,01-0,05
ниобий	0,2-2,0
кремний	0,03-0,15
титан	остальное

и изделие, выполненное из него

Авторами было установлено, что дополнительное введение в предлагаемый сплав ниобия и кремния при заявленном содержании и соотношении остальных заявляемых компонентов обеспечивает повышение конструкционной прочности и трещиностойкости.

Примеры конкретного осуществления

Вакуумно-дуговым методом выплавляли слитки предлагаемого сплава и сплава-прототипа. Слитки ковали на прессах, после чего подвергали горячей, а затем холодной прокатке и изготавливали листы толщиной 2,0 мм. Из листов изготавливали образцы для испытаний.

В таблице 1 приведены составы, а в таблице 2 - свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

В предлагаемом сплаве предел прочности при двухосном растяжении (σ_вк) повысился на 20%, предел прочности при двухосном растяжении образцов с надрезом (σ_вк ^н) повысился на 30%, ударная вязкость образцов с трещиной (КСТ) повысилась на 40%.

Таким образом, применение предлагаемого сплава позволит снизить массу деталей и узлов на 20% за счет повышения уровня конструкционной прочности (σ_вк) и повысить эксплуатационную надежность работы конструкций.

Таблица 1
№	Химический состав, мас.%
Al	V	Mo	Cr	Zr	Fe	Cu	Nb	Si	N	О	С	Н	Ni	Ti
1	2,0	3,0	1,0	0,2	0,6	0,1	0,001	0,2	0,03	0,01	-	-	-	-	Осн.
2	3,8	4,5	2,8	1,0	1,2	0,7	0,23	0,8	0,10	0,03	-	-	-	-	"-"
3	6,8	6,0	5,6	1,6	2,0	1,2	0,4	2,0	0,15	0,05	-	-	-	-	"-"
4	5,3	4,9	4,7	0,9	0,25	0,9	0,08	0,25	-	0,04	0,10	0,12	0,16	0,07	"-"

Таблица 2
№п/п	σвк, МПа	σвк н, МПа	σвк н/σвк	КСТ, МДж/м2
1	1380	1352	0,98	0,35
2	1420	1363	0,96	0,30
3	1410	1367	0,97	0,32
4 прототип	1180	1027	0,87	0,21
σвк - конструкционная прочность при двухосном растяжении; σвк н - конструкционная прочность при двухосном растяжении образцов с надрезом; σвк н/σвк - чувствительность к надрезу при двухосном растяжении; КСТ - удельная работа разрушения образца с трещиной при ударном изгибе.

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, ванадий, молибден, хром, цирконий, железо, медь, азот, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ниобий и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	2,0-6,8
ванадий	3,0-6,0
молибден	1,0-5,6
хром	0,2-1,6
цирконий	0,6-2,0
железо	0,1-1,2
медь	0,001-0,4
азот	0,01-0,05
ниобий	0,2-2,0
кремний	0,03-0,15
титан	остальное

2. Изделие из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.