Сплав на основе титана
Владельцы патента RU 2465358:
Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 350°С, например для силовых деталей корпуса и лопаток вентилятора и компрессора низкого давления. Предложен сплав на основе титана, содержащий, мас.%: олово 10,0-12,0, железо 13,0-16,0, кобальт 14,0-17,0, титан - остальное. Сплав обладает повышенными прочностными характеристиками. 2 табл., 3 пр.
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 350°С, например для силовых деталей корпуса и лопаток вентилятора и компрессора низкого давления.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:
| алюминий | 5,0-6,8 |
| ванадий | 3,5-4,5 |
| хром | 0,01-0,15 |
| марганец | 0,01-0,15 |
| железо | 0,1-0,28 |
| медь | 0,01-0,15 |
| никель | 0,01-0,15 |
| цирконий | 0,01-0,3 |
| кремний | 0,01-0,11 |
| углерод | 0,01-0,09 |
| азот | 0,005-0,04 |
| титан | остальное |
(Патент РФ №2086695).
Из известного сплава изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе лопатки вентилятора и компрессора газотурбинных двигателей (ГТД).
Недостатком известного сплава является низкий уровень прочностных свойств.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:
| алюминий | 4,6-5,6 |
| молибден | 3,5-4,5 |
| олово | 0,7-1,6 |
| цирконий | 0,7-1,6 |
| кремний | 0,05-0,20 |
| железо | 0,05-0,15 |
| углерод | 0,005-0,08 |
| азот | 0,003-0,04 |
| кислород | 0,05-0,15 |
| титан | остальное |
(Патент РФ №2048572).
Из известного сплава изготавливают прутки, штамповки лопаток, крепеж и другие детали авиационной техники.
Недостатком сплава является относительно низкий уровень прочностных свойств.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:
| алюминий | 2,0-4,0 |
| ванадий | 14,0-20,0 |
| хром | 2,0-4,0 |
| олово | 2,0-4,0 |
| молибден | 0,5-3,0 |
| железо | 1,0-2,5 |
| бор | 0,005-0,020 |
| титан | остальное |
(Патент РФ №2156825).
Сплав относится к высоколегированным титановым сплавам. Из него изготавливают прутки, профили, трубы, поковки, штамповки, в том числе крупногабаритные, плиты, силовые детали фюзеляжа, крыла.
Недостатком сплава является невысокий уровень прочностных свойств.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание титанового сплава, обладающего повышенными прочностными характеристиками.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе титана, содержащий железо, олово, титан, отличающийся тем, что дополнительно содержит кобальт, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| олово | 10,0-12,0 |
| железо | 13,0-16,0 |
| кобальт | 14,0-17,0 |
| титан | остальное |
Предлагаемый сплав можно использовать для изготовления силовых деталей корпуса и лопаток вентилятора и компрессора низкого давления.
Авторами было установлено, что дополнительное введение в предлагаемый сплав β-стабилизирующего эвтектоидообразующего легирующего элемента - кобальта в больших количествах, увеличение содержания железа способствует протеканию эвтектоидной реакции и выделению мелкодисперсных интерметаллидных упрочняющих фаз при проведении термомеханической обработки, что повышает уровень механических свойств сплава.
Совместное содержание железа и кобальта в сплаве способствует образованию комплексного интерметаллидного соединения Ti(Fe, Co) как в форме первичных кристаллов, так и в составе мелкодисперсной равномерно распределенной эвтектики, позволяющего существенно повысить прочность сплава, не приводя к значительному падению его пластичности.
Введение олова в сплав в повышенном количестве приводит к формированию особой структуры, характеризующейся более грубыми, округлыми формами. Такая структура обладает пониженным содержанием микроконцентраторов напряжений и препятствует зарождению усталостных трещин, что способствует сохранению уровня пластичности в сплаве.
Примеры осуществления
Пример 1. Предлагаемый сплав в виде слитков выплавляли методом тройного вакуумно-дугового переплава. Затем слитки подвергали термомеханической обработке путем всесторонней ковки в изотермических условиях и последующей термической обработки.
Примеры 2 и 3 аналогичны примеру 1.
В таблице 1 приведено содержание легирующих элементов выплавленных слитков предлагаемого сплава и сплава-прототипа. В таблице 2 приведены механические свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа.
Технический результат - в предлагаемом сплаве пределы прочности и текучести повысились на 15-20% при сохранении удовлетворительного уровня пластичности.
Использование предлагаемого сплава на основе титана повысит надежность и ресурс работы лопаток вентилятора и компрессора низкого давления.
| Таблица 1 | |||||||||
| № п/п | Содержание легирующих элементов, мас.% | ||||||||
| Ti | Fe | Co | Sn | Al | V | Cr | Mo | В | |
| 1 | остальное | 13,0 | 14,0 | 10,0 | - | - | - | - | - |
| 2 | "-" | 14,5 | 15,5 | 11,0 | - | - | - | - | - |
| 3 | "-" | 16,0 | 17,0 | 12,0 | - | - | - | - | - |
| Прототип | "-" | 1,6 | - | 3,0 | 3,0 | 17,2 | 3,0 | 1,7 | 0,012 |
| Таблица 2 | |||
| № п/п | Предел прочности при 20°С, σB, МПа | Предел текучести при 20°С, σ0,2, МПа | Относительное удлинение при 20°С, δ, % |
| 1 | 1570 | 1480 | 6,4 |
| 2 | 1610 | 1500 | 6,1 |
| 3 | 1640 | 1530 | 5,8 |
| Прототип | 1380 | 1250 | 9,0 |
Сплав на основе титана, содержащий железо, олово, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| олово | 10,0-12,0 |
| железо | 13,0-16,0 |
| кобальт | 14,0-17,0 |
| титан | остальное |
