Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него
Владельцы патента RU 2356976:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
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 содержит, мас.%: алюминий 2,0-6,5; ванадий 3,0-6,0; молибден 4,0-6,5; хром 1,8-7,0; цирконий 0,55-2,5; железо 0,03-0,45; вольфрам 0,001-0,095; кислород 0,02-0,2; титан - остальное. Сплав обладает высокой технологической пластичностью, что позволяет повысить технологичность изготовления и надежность работы изделий. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к авиационной технике и цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для изготовления деталей и узлов авиакосмической и ракетной техники: обшивки, днищ, баллонов, емкостей и других деталей и узлов, изготовление которых требует высокой технологической пластичности сплава.
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 деталей и узлов авиакосмической техники: обшивки, цилиндрических оболочек и т.д.
Недостатками сплава являются низкие характеристики технологической пластичности.
Недостатком изделий является низкая технологичность при изготовлении.
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 являются пониженные характеристики штампуемости (вытяжки, отбортовки) и гибки.
Недостатком изделий из этого сплава является низкая технологичность их изготовления, что приводит к образованию дефектов на поверхности.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному сплаву 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 | 0,01-0,2 |
| углерод | 0,01-0,2 |
| водород | 0,003-0,03 |
| азот | 0,01-0,05 |
| титан | остальное |
(Патент РФ №2082802)
Из этого сплава изготавливают листовые детали и узлы авиакосмической и ракетной техники.
Недостатками сплава являются: низкие значения угла гиба при радиусе гиба, равном толщине листа (τ=s); большие значения минимального радиуса гибки (Rmin), выраженного в толщинах листа (S), при котором можно загнуть лист на 90° без образования трещин;
низкие значения коэффициента вытяжки (Квыт=Дзаготовки/dдетали); низкие
значения коэффициента отбортовки (Котб=Дотбортованного отверстия/Дотверстия
в заготовке).
Изделия авиакосмической и ракетной техники из этого сплава обладают невысокими значениями технологичности при вытяжке, отбортовке и гибке.
Технической задачей изобретения является повышение технологической пластичности сплава при гибке, вытяжке и отбортовке, что обеспечивает повышение качества и снижение стоимости изготовления за счет снижения технологических переходов при формообразовании.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, ванадий, молибден, хром, цирконий, железо, кислород, который дополнительно содержит вольфрам, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| алюминий | 2,0-6,5 |
| ванадий | 3,0-6,0 |
| молибден | 4,0-6,5 |
| хром | 1,8-7,0 |
| цирконий | 0,55-2,5 |
| железо | 0,03-0,45 |
| вольфрам | 0,001-0,095 |
| кислород | 0,02-0,2 |
| титан | остальное |
и изделие, выполненное из него.
Предлагаемый сплав легирован комплексом α-стабилизирующих элементов (Al, О2), β-стабилизирующих элементов (Мо, V, Cr, Fe, W) и нейтральных упрочнителей (Zr), что обеспечивает эффективное упрочнение α- и β-твердых растворов и однородное участие их в процессе нагружения.
Авторами было установлено, что дополнительное содержание в предлагаемом сплаве: вольфрама - модифицирует структуру и повышает технологическую пластичность; повышение концентрации α-стабилизатора хрома - увеличивает количество β-фазы в сплаве и повышает его пластичность; уменьшение в сплаве эвтектоидообразующего элемента железа, склонного к большей сегрегации, повышает однородность пластической деформации; увеличение циркония сопровождается раскислением приграничных объемов сплава.
Примеры конкретного осуществления
Вакуумно-дуговым методом выплавляли слитки предлагаемого сплава и сплава-прототипа. Слитки ковали на прессах, затем подвергали горячей, а затем холодной прокатке и изготавливали листы толщиной 2,0 мм. Из листов изготавливали заготовки для испытаний.
В таблице 1 приведены составы, а в таблице 2 свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа.
В предлагаемом сплаве технологическая пластичность значительно повышена: угол гиба при τ=s в 4-5 раз; Rmin уменьшен в 2 раза; Квыт и Котб повышены на 20-30%.
Таким образом, применение предлагаемого сплава позволит повысить технологичность изготовления изделий на 20-40% и повысить качество, а следовательно, и надежность работы изделий.
| Таблица 1 | |||||||||
| № | Химический состав, мас.% | ||||||||
| Ti | Al | V | Мо | Cr | Zr | Fe | W | O2 | |
| 1 | осн. | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 1,8 | 0,55 | 0,03 | 0,001 | 0,02 |
| 2 | осн. | 3,8 | 4,5 | 5,5 | 4,0 | 1,2 | 0,2 | 0,095 | 0,1 |
| 3 | осн. | 6,5 | 6,0 | 6,5 | 7,0 | 2,5 | 0,45 | 0,008 | 0,2 |
| 4 * прототип | осн. | 5,3 | 4,9 | 4,7 | 0,9 | 0,25 | 0,9 | 0,1 | |
| * Прототип дополнительно содержит (в мас.%) Cu - 0,05; Ni - 0,05; С - 0,06; H - 0,006; N - 0,02 |
| Таблица 2 | ||||
| № п/п | Свойства сплава в отожженном состоянии | |||
| угол гиба, °, τ=s | Rmin | Kвыт | Котб | |
| 1 | 160 | 1,5 S | 1,7 | 1,7 |
| 2 | 190 | 1,4 S | 1,6 | 1,6 |
| 3 | 210 | 1,3 S | 1,5 | 1,55 |
| 4 прототип | 30 | 3,8 S | 1,3 | 1,4 |
| Rmin- - минимальный радиус гибки Квыт - коэффициент вытяжки Котб - коэффициент отбортовки |
1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, ванадий, молибден, хром, цирконий, железо, кислород, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| алюминий | 2,0-6,5 |
| ванадий | 3,0-6,0 |
| молибден | 4,0-6,5 |
| хром | 1,8-7,0 |
| цирконий | 0,55-2,5 |
| железо | 0,03-0,45 |
| вольфрам | 0,001-0,095 |
| кислород | 0,02-0,2 |
| титан | остальное |
2. Изделие из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.
