Сплав на основе титана

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей. Сплав на основе титана содержит, мас.%: Al 5,7-6,7, Sn 3,0-4,5, Zr 3,0-4,5, Mo 0,5-1,4, Nb 0,2-0,6, W 0,01-0,3, V 0,3-0,9, Fe 0,01-0,07, Si 0,3-0,52, С 0,03-0,10, O 0,03-0,14, Ti - остальное, при этом (V+Nb)≤1,1 мас.%. Сплав характеризуется повышенными прочностными характеристиками при температурах выше 600°С. Использование предлагаемого сплава повысит рабочую температуру применения деталей из титановых сплавов, в том числе статорных деталей КВД - направляющих лопаток, колец, проставок, корпусов авиационных газотурбинных двигателей, на 50°С. 2 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

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

Al 5,35-6,1
Sn 3,5-4,5
Zr 3,0-4,5
Mo 0,20-0,70
Nb 0,5-1,0
Si 0,2-0,6
С 0,03-0,10
Ti остальное

(Патент США №4770726)

Из известного сплава изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе диски, лопатки и другие детали компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

Недостатком сплава на основе титана является относительно низкая прочность полуфабрикатов и деталей в отожженном состоянии. Поэтому указанный сплав применяется преимущественно после упрочняющей термической обработки (закалка в масло и последующее старение). Сплав в термоупрочненном состоянии обладает пониженными характеристиками пластичности и вязкости разрушения и прочности при температурах более 600°С, что ограничивает его применение.

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

Al 5,5-6,5
Sn 2,0-4,0
Zr 3,5-4,5
Mo 0,3-0,5
Fe ≤0,03
Si 0,35-0,55
O ≤0,14
Ti остальное

(Патент ЕР №0269196)

Из известного сплава изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе диски компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

Недостатками сплава являются низкий уровень прочностных характеристик при температурах более 600°С, низкая технологичность при горячей деформации и повышенная чувствительность сплава к примеси железа из-за низкого содержания элементов, что ограничивает применение сплава.

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

Al 6,2-7,0
Sn 2,2-3,5
Zr 3,5-4,5
Mo 0,4-1,0
Nb 0,5-1,5
Si 0,1-0,22
О 0,05-0,12
С 0,02-0,1
Ti остальное

(Патент РФ №2039112)

Из известного сплава на основе титана изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе диски, лопатки и статорные детали компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

Недостатками сплава являются низкий уровень термической стабильности из-за высокого суммарного содержания алюминия, олова и циркония, что приводит к охрупчиванию материала после длительных воздействий рабочих температур, относительно низкий уровень прочностных характеристик в интервале рабочих температур.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:

Al 5,8-6,6
Sn 2,5-4,5
Zr 2,0-4,0
Mo 0,8-1,5
Nb 0,8-2,5
W 0,35-0,8
Fe 0,06-0,13
Si 0,25-0,45
С 0,05-0,1
О 0,05-0,12
Ti остальное

(Патент РФ №2259414)

Из известного сплава изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе диски компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

Недостатком сплава является низкий уровень прочностных характеристик при температурах более 600°С из-за относительно большого содержания бета-стабилизирующих элементов, что ограничивает применение сплава температурным диапазоном 550-600°С.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава на основе титана, обладающего повышенными прочностными характеристиками при температурах более 600°С.

Поставленная техническая задача достигается тем, что сплав на основе титана, содержащий алюминий, олово, цирконий, молибден, ниобий, вольфрам, железо, кремний, углерод, кислород, дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al 5,7-6,7
Sn 3,0-4,5
Zr 3,0-4,5
Mo 0,5-1,4
Nb 0,2-0,6
W 0,01-0,3
Fe 0,01-0,07
Si 0,3-0,52
С 0,03-0,10
O 0,03-0,14
V 0,3-0,9
Ti остальное

при суммарном содержании (V+Nb)≤1,1.

Установлено, что введение в состав сплава ванадия при суммарном его содержании с ниобием ≤1,1, а также ограничение содержания вольфрама (до 0,3%), железа (до 0,07%) при заявленном содержании и соотношении других компонентов, позволяют снизить содержание стабильной бета-фазы в сплаве до 1,5%, в то время как в сплаве-прототипе содержание β-фазы составляет 3%.

Снижение доли стабильной бета-фазы позволяет повысить прочностные свойства сплава при температурах более 600°С. Ограничение содержания вольфрама до 0,3% также способствует повышению эффективности твердорастворного упрочнения углеродом.

Примеры осуществления

Пример 1. Предлагаемый сплав в виде слитков выплавляли методом тройного вакуумно-дугового переплава. Затем слитки подвергали многопереходной ковке. Полученную поковку отжигали по режиму двухступенчатого отжига.

Примеры 2-5 аналогичны примеру 1.

В таблице 1 приведено содержание компонентов выплавленных слитков предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

В таблице 2 приведены механические свойства поковок из предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

Технический результат : в предлагаемом сплаве пределы текучести и прочности повышены на 10-15,8% при температуре испытания 650°С и на 15-20,4% при температуре испытания 700°С с сохранением высоких показателей механических свойств при комнатной температуре.

Предлагаемый сплав можно использовать для изготовления статорных деталей газотурбинных двигателей, работающих длительно при температурах до 650°С и кратковременно до 700°С.

Использование предлагаемого сплава на основе титана повысит рабочую температуру применения деталей из титановых сплавов (в том числе статорных деталей КВД - направляющих лопаток, колец, проставок, корпусов авиационных газотурбинных двигателей) на 50°С.

Таблица 1
№ п/п Ti Al Sn Zr Mo Nb W V Fe Si С O (V+Nb)
1 ост. 5,7 3,0 3,0 0,5 0,2 0,01 0,9 0,01 0,3 0,03 0,03 1,1
2 ″-″ 6,4 3,8 3,8 1,2 0,2 0,15 0,3 0,05 0,4 0,07 0,10 0,5
3 ″-″ 6,7 4,5 4,5 1,4 0,4 0,3 0,6 0,07 0,52 0,10 0,14 1,0
4 ″-″ 6,5 4,0 4,0 1,2 0,6 0,2 0,3 0,06 0,45 0,07 0,10 0,9
Прототип ″-″ 6,2 3,5 3,5 1,6 1,2 0,5 - 0,1 0,35 0,08 0,08 -
Таблица 2
№ п/п Предел текучести при 650°С, σ 0,2 650 , МПа Предел прочности при 650°С, σ B 650 , МПа Предел текучести при 700°С, σ 0,2 700 , МПа Предел прочности при 700°С, σ B 700 , МПа
1 642 738 585 628
2 654 736 612 645
3 678 747 624 661
4 648 744 590 630
Прототип 571 662 497 532

Сплав на основе титана, содержащий алюминий, олово, цирконий, молибден, ниобий, вольфрам, железо, кремний, углерод, кислород, отличающийся тем, что дополнительно содержит ванадий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al 5,7-6,7
Sn 3,0-4,5
Zr 3,0-4,5
Mo 0,5-1,4
Nb 0,2-0,6
W 0,01-0,3
Fe 0,01-0,07
Si 0,3-0,52
С 0,03-0,10
O 0,03-0,14
V 0,3-0,9
Ti остальное

при суммарном содержании (V+Nb)≤1,1.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых нерадиоактивных материалов, и может быть использовано в атомной энергетической промышленности.
Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, используемых в медицине для изготовления деталей эндопротезов и имплантатов, предназначенных для применения в ортопедии, стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления полуфабрикатов и изделий из бета-титановых сплавов путем термомеханической обработки, сопровождающейся изменением свойств материала.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к деталям рабочего колеса, которые используются в изделиях топливной системы жидкостных ракетных двигателей.
Изобретение относится к области металлургии титановых сплавов и может быть использовано для изготовления деталей узлов ракетных двигателей, работающих в условиях высоких нагрузок при температурах до 800°С, в том числе длительное время.
Изобретение относится к области металлургии титановых сплавов и может быть использовано для изготовления деталей узлов ракетных двигателей, работающих в условиях высоких нагрузок при температурах до 800°С, в том числе длительное время.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, сплавам на основе титаналюминидов, предпочтительно на основе (TiAl), полученных порошковой или пирометаллургией.
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.

Изобретение относится к способу изготовления композитного материала из сплавов на основе никелида титана. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым сплавам с высокой коррозионной стойкостью. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к функциональным металлическим сплавам на основе титана и способу их обработки и может быть использовано для сверхупругих элементов конструкций, а также в хирургии и ортопедической имплантологии

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханическим исполнительным механизмам, предназначенным для преобразования тепловой энергии в механическую

Изобретение относится к области металлургии, в частности к листам из чистого титана, которые могут быть использованы для изготовления пластин теплообменников

Изобретение относится к области спецэлектрометаллургии и может быть использовано при вакуумно-дуговом переплаве базового -TiAl-сплава, который затвердевает через -фазу

Изобретение относится к области наноструктурных материалов с ультрамелкозернистой структурой, в частности, двухфазных альфа-бета титановых сплавов, которые могут быть использованы для изготовления полуфабрикатов и изделий в различных отраслях техники, машиностроения, медицины

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к дисперсно-упрочненным композиционным материалам

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным титановым сплавам, и может быть использовано в авиационной промышленности. Высокопрочный псевдо-бета титановый сплав содержит, мас.%: 5,3-5,7 алюминия, 4,8-5,2 ванадия, 0,7-0,9 железа, 4,6-5,3 молибдена, 2,0-2,5 хрома, 0,12-0,16 кислорода, остальное титан и примеси и, при необходимости, один или более дополнительных элементов, выбранных из N, С, Nb, Sn, Zr, Ni, Co, Cu и Si, причем каждый дополнительный элемент присутствует в количестве менее 0,1%, и общее содержание дополнительных элементов составляет менее 0,5 мас.%. При изготовлении сплава после его получения проводят гомогенизацию при температуре ниже температуры бета-превращения и его дисперсионное упрочнение. Компонент авиационной системы представляет собой шасси или крепежную деталь, изготовленный с использованием титанового сплава. Сплав обладает высокой прочностью, пластичностью, способностью к глубокой закалке. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в качестве конструкционного материала для изделий авиационной и космической промышленности. Сплав на основе алюминида титана содержит, мас.%: ниобий 44,0-47,0, алюминий 8,0-12,0, тантал 0,02-0,5, кремний 0,04-0,3, медь 0,03-0,2, хром 0,03-0,2, титан - остальное. Сплав обладает высокими значениями прочности, жаростойкости, пластичности. 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам на основе титана с высокой коррозионной стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах, и может быть использовано в свариваемых элементах оборудования: химических производств, оффшорной техники и судостроения. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 4,7-6,3, ванадий 1,0-1,9, молибден 0,7-2,0, углерод 0,06-0,14, цирконий 0,02÷0,10, кислород 0,06-0,13, кремний 0,02-0,12, железо 0,05-0,25, рутений 0,05-0,14, титан - остальное при выполнении соотношения: [O2]+[Si]+[Fe]≤0,40. Сплав обладает повышенной стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах. 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к деформационно-термической обработке сплавов с эффектом памяти формы, в частности сплавов на основе TiNi. Наноструктурный сплав титан-никель с эффектом памяти формы характеризуется структурой из наноскристаллических аустенитных зерен В2 фазы, в которой объемная доля зерен с размером менее 0,1 мкм и с коэффициентом формы зерен не более 2 во взаимно перпендикулярных плоскостях составляет не менее 90%. Более чем 50% зерен имеют большеугловые границы, разориентированные относительно соседних зерен на углы от 15° до 90°. Способ получения прутка из наноструктурированного сплава титан-никель с эффектом памяти формы включает термомеханическую обработку, сочетающую интенсивную пластическую деформацию и дорекристаллизационный отжиг. Интенсивную пластическую деформацию проводят в два этапа, на первом этапе осуществляют равноканальное угловое прессование с достижением накопленной степени деформации е≥4. На втором этапе осуществляют деформацию кузнечной вытяжкой и/или волочением. Отжиг проводят в процессе и/или после каждого этапа деформации. Равноканальное угловое прессование проводят при температуре не выше 400°С. Кузнечную вытяжку и волочение проводят с общей накопленной деформацией ε более 60% при постепенном снижении температуры в интервале t=450-200°C, а отжиг проводят при температуре, равной t=400-200°C. Повышаются механические и функциональные свойства сплава. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей

Наверх