Литейный сплав на основе титана


 


Владельцы патента RU 2547371:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ "ПРОМЕТЕЙ" ФГУП "ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к свариваемым литейным сплавам на основе титана, и предназначено для изготовления фасонных отливок арматуры, насосов, корпусов, используемым в судостроении, химической и других отраслях промышленности. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 3,0-4,5, углерод 0,02-0,14, кислород 0,05-0,14, железо 0,02-0,25, кремний 0,02-0,12, ванадий 0,02-0,15, бор 0,001-0,005, титан и примеси остальное. Выполняются соотношения: C+O2≤0,20, 2(V+Fe+Si)/Al≤0,20. Сплав технологичен, обладает хорошими литейными свойствами и комплексом механических свойств, обеспечивающих надежность при эксплуатации. 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к металлургии свариваемых литейных сплавов на основе титана, и предназначено для изготовления фасонных отливок арматуры, насосов, корпусов и т.п., используемых в судостроении, химической и других отраслях промышленности.

Известны свариваемые литейные сплавы на основе титана: сплав марки ВТ1Л, сплав марки ВТ6Л [С.Г. Глазунов, А.А. Неустроев. Производство фасонных отливок из титановых сплавов. М.: «Металлургия», 1998 г., с.17].

Недостатками сплава марки ВТ1Л является пониженная прочность сплава марки ВТ6Л, недостаточная пластичность и плохая заполняемость малых каналов литейных форм. Заполняемость - характеристика способности металла при взаимодействии с металлическими формами или формами из прессованного графита заполнять стенки отливок до 5 мм. Заполняемость - один из основных критериев при выборе сплава для изготовления отливок.

Наиболее близким по содержанию ингредиентов является свариваемый сплав марки ВТ5Л, взятый в качестве прототипа, содержащий алюминий 4,1-6,2, углерод до 0,20, кислород до 0,20, водород до 0,015%, железо до 0,35%, кремний до 0,20%, цирконий до 0,80%, вольфрам до 0,20% [С.Г. Глазунов, А.А. Неустроев. Производство фасонных отливок из титановых сплавов. М.: «Металлургия», 1998 г., с.17].

Этот сплав имеет следующие недостатки:

- плохая заполняемость малых сечений литейных форм (заполняются жидким металлом сечения отливок более 10 мм) и низкие значения пластичности (δ менее 5%).

При содержании углерода (0,20%), железа (0,35%), кислорода (0,20%), кремния (0,20%), вольфрама (0,20%) заполняемость малых каналов литейных форм снижается (заливаются сечения стенок или каналов более 20 мм), пластичность сплава снижается до 2%.

Заполняемость малых сечений литейных форм для титанового сплава зависит от температурного интервала кристаллизации: чем больше интервал кристаллизации, тем хуже заполняемость литейных форм. Интервал кристаллизации в свою очередь зависит от содержания в сплаве β-стабилизирующих элементов: железа, вольфрама, кремния. При содержании железа 0,35%, вольфрама 0,20%, кремния 0,20% интервал кристаллизации повышается на 15-20°, заполняемость литейных форм снижается в 2-3 раза.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание литейного сплава, обладающего хорошими литейными свойствами, в частности, повышенной заполняемостью малых каналов литейных форм (сечением от 2,5 до 10 мм), высокой пластичностью при сохранении хороших сварочных свойств.

Технический результат достигается в результате комплексного микролегирования α-стабилизирующими элементами (алюминия, кислорода, углерода) с малым количеством β-стабилизирующих элементов низкой концентрации (железа, кремния и дополнительно вводимого ванадия и бора).

Технический результат достигается за счет того, что в состав известного сплава, содержащего алюминий, углерод, кислород, железо, кремний, дополнительно вводится ванадий и бор при следующем соотношении компонентов (мас.%):

алюминий 3,0-4,5
углерод 0,02-0,14
кислород 0,05-0,14
железо 0,02-0,25
кремний 0,02-0,12
ванадий 0,02-0,15
бор 0,001-0,005
титан и неизбежные примеси остальное,

и выполнении следующих условий:

(C+O2)≤0,20;

2(V+Fe+Si)/Al≤0,20.

Бор в пределах 0,001-0,005% вводится в расплав как модификатор для измельчения структуры сплава, что обеспечивает хорошие литейные и сварочные свойства. Повышение содержания бора выше 0,005% приводит к образованию боридов титана, которые являются источниками микротрещин и снижают заполняемость малых сечений литейных форм и пластичность металла. При введении бора менее 0,001% эффект модифицирования и измельчения структуры не наблюдается.

Сочетание алюминия и малого количества β-стабилизирующих элементов низкой концентрации (кремний, железо, ванадий) обеспечивает комплексное микролегирование за счет измельчения микроструктуры и повышает заполняемость малых каналов литейных форм и пластичность сплава.

Алюминий в пределах от 3,0 до 4,5% повышает заполняемость малых каналов литейной формы за счет снижения вязкости жидкого металла.

Содержание железа (до 0,25%) снижено по сравнению с известным сплавом для обеспечения заполняемости малых каналов литейной формы.

Содержание кремния (до 0,12%) снижено по сравнению со сплавом прототипом, так как при содержании кремния более 0,12% образуются силициды титана, снижающие заполняемость малых каналов литейной формы.

Содержание кислорода в заявленных пределах (0,05-0,14%) и углерода (0,02-0,14%) обеспечивает пластичность и сварочные свойства сплава. Превышение суммы (C+O2)>0,20% приведет к снижению характеристик пластичности, сварочных свойств сплава.

Отношение 2(V+Fe+Si)/Al≤0,20 обеспечивает заполняемость малых каналов литейной формы. При отношении 2(V+Fe+Si)/Al>0,20 заполняемость малых каналов литейной формы снижается.

Пример выполнения

Составы предлагаемого и известного сплавов выплавляли в вакуумной дуговой гарниссажной плавильно-заливочной печи «Нева-2». Из предлагаемого и известного сплавов отливали литые заготовки типа «плита» размером 20×300×400 мм. для исследования механических свойств. Заливку металла производили в металлическую форму. Затем из металла литых заготовок изготавливали образцы для испытаний на разрыв по ГОСТ 1497-84 и пластины для сварки размером 20×50×100, которые сваривали между собой аргонодуговой сваркой. Для оценки качества сварного соединения из зоны сварного шва изготавливали образцы для определения полной работы разрушения образца с исходной трещиной при ударном изгибе Aту.

Химические составы предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в таблице 1.

Заполняемость малых каналов литейной формы изучали при заполнении предлагаемым сплавом и сплавом-прототипом цилиндрических образцов диаметром от 2,5 до 10 мм и длиной 200 мм, расположенных вертикально в металлической форме.

Результаты определения характеристик пластичности, работы разрушения металла сварного шва и заполняемости цилиндрических образцов литейной металлической формы из предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в таблице 2.

По сравнению с известным сплавом предлагаемый сплав обладает следующими преимуществами:

- заполняемость малых каналов литейных форм в среднем в 2 раза выше,

- пластичность в среднем выше в 2.5 раза;

- работа разрушения при ударном изгибе (Aту) сварного соединения предлагаемого сплава на 50% выше (Aту) известного сплава.

Таблица 1
Химические составы предлагаемого сплава и известного сплава-прототипа
Сплав Al C Si Fe B O2 V Zr W C+O2 2(V+Fe+Si)/Al
1 3,0 0,02 0,12 0,02 0,002 0,14 0,15 - - 0,16 0,193
2 4,0 0,14 0,05 0,10 0,003 0,05 0,10 - - 0,19 0,125
3 4,5 0,08 0,02 0,25 0,005 0,10 0,02 - 0,18 0,128
прототип 5,0 0,18 0,20 0,35 - 0,20 - 0,80 0,20 0,38 -
Таблица 2
Результаты определения пластичности, работы разрушения металла сварного шва и заполняемости (предлагаемого и известного сплавов)
Сплав δ, % Aту Дж/м2 св. шва Заполняемость
Размеры заполняемых цилиндрических образцов D×L, мм
2,5×200 5,0×200 7,5×200 10×200
1 15,0 70,0 200 200 200 200
2 14,5 68,0 200 200 200 200
3 16,0 68,0 200 200 200 200
прототип 6,0 40,0 75 114 162 200

Литейный сплав на основе титана, содержащий алюминий, углерод, кислород, железо, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий 3,0-4,5
углерод 0,02-0,14
кислород 0,05-0,14
железо 0,02-0,25
кремний 0,02-0,12
ванадий 0,02-0,15
бор 0,001-0,005
титан и примеси остальное,

при выполнении следующих соотношений:
(С+O2)≤0,20
2(V+Fe+Si)/Al≤0,20.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым материалам с высокой прочностью и обрабатываемостью. Титановый материал содержит железо 0,60 мас.% или менее и кислород 0,15 мас.% или менее, титан и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к производству удлиненных изделий из титана, или титанового сплава, или заготовок таких изделий. Для повышения качества изделий и упрощения их производства заявлен способ, который заключается в подготовке массы титана или титанового сплава (10), плавке этой массы посредством электрической дуги и способом гарнисажной плавки (20), литье одного или нескольких слитков преимущественно цилиндрической формы и диаметра менее 300 мм из расплавленной массы (30), а затем волочении одного или нескольких из этих слитков при температуре 800°С-1200°С посредством волочильного стана (40) для применения, например, в области авиации.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, используемых для аккумулирования водорода, и может быть использовано в экологически чистых энергетических устройствах.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к изготовлению заготовок из титановой губки. Способ изготовления заготовок из титана включает размещение частиц титановой губки в камере пресса, компактирование частиц губки до получения заготовки, ее прессование, удаление загрязнений с поверхности прессованной заготовки, покрытие ее смазкой и последующую прокатку.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе алюминида титана Ti3Al, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок и агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения отливок сплавов на основе гамма алюминида титана, и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 700°C, в частности лопаток газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе гамма-алюминида титана и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 800°C, в частности лопаток газотурбинных двигателей.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых нерадиоактивных материалов, и может быть использовано в атомной энергетической промышленности.

Изобретение может быть использовано для пайки высокотемпературным припоем тугоплавких металлических и/или керамических материалов. Припой выполнен из сплава, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас.%: цирконий 45-50, бериллий 2,5-4,5; алюминий 0,5-1,5, титан - остальное.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения сплавов на основе титана, плавка и разливка которых проводится в вакуумных дуговых гарнисажных печах.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, обладающим улучшенными баллистическими и механическими свойствами. Сплав на основе титана состоит по существу из, вес.%: 4,2-5,4 алюминия, 2,5-3,5 ванадия, 0,5-0,7 железа, 0,15-0,19 кислорода и титана до 100. Сплав на основе титана, полученный с использованием повторно используемых материалов, характеризуется баллистическим пределом V50, составляющим по меньшей мере около 1848 футов в секунду, и высокими характеристиками предела прочности, текучести и удлинения. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл., 1 пр.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении броневых листов из (α+β)-титанового сплава. Способ изготовления броневых листов из (α+β)-титанового сплава включает подготовку шихты, выплавку слитка состава, мас.%: 3,0-6,0 Al; 2,8-4,5 V; 1,0-2,2 Fe; 0,3-0,7 Mo; 0,2-0,6 Cr; 0,12-0,3 О; 0,010-0,045 С; <0,05 N; <0,05 Н;<0,15 Si; <0,8 Ni; остальное - титан. Далее слиток деформируют в сляб, механически его обрабатывают и проводят прокатку сляба на подкат, резку подката на заготовки и стадийно прокатывают заготовки на листы, а затем осуществляют термическую обработку. Листы характеризуются высокими прочностными и баллистическими свойствами. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Готовят смесь, содержащую не более 65 мас.% порошка, полученного методом плазменного распыления титанового сплава ВТ-22, не менее 30 мас.% смеси технических порошков титана ПТМ и никеля ПНК, взятых в соотношении 1:1, и 3-5 мас.% полученного электролизом порошка меди ПМС-1 фракции менее 50 мкм. Полученную смесь прессуют при давлении 800-1000 МПа, а затем проводят спекание в вакууме при температуре не менее 900°C более 1 часа. Обеспечивается получение материала на основе титана, обладающего высокой прочностью. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановому сплаву с высокой коррозионной стойкостью. Титановый сплав содержит, в мас.%: металл платиновой группы 0,01-0,15, редкоземельный металл 0,001-0,10 и Ti и примеси - остальное. Титановый сплав предпочтительно включает Co в качестве частичной замены Ti в количестве 0,05-1,00 мас.%. Сплав характеризуется высокой коррозионной стойкостью, хорошей обрабатываемостью. 6 з.п. ф-лы, 9 ил., 4 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к производству слитков жаропрочных сплавов на основе титана. Лигатура содержит, мас.%: вольфрам 28-32, алюминий 28-32, титан остальное. Изобретение обеспечивает равномерное распределение вольфрама и других легирующих элементов по сечению и длине слитка, что позволяет избежать ликвации по химическому составу и способствует улучшению прочностных и жаростойких характеристик получаемого слитка титанового сплава, а также снижает угар легирующих элементов в процессе выплавки слитка. 1 табл.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, используемым для абсорбции и десорбции водорода, и может быть использовано в транспортных и энергетических устройствах. Сплав содержит, мас.%: титан 46,3-49,0; медь 0,14-4,5; алюминий 0,15-4,7; кальций 0,03-1,0; магний 0,03-0,9; железо - остальное. Увеличивается активность сплава и его сорбционная емкость. 1 табл.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам для обратимого поглощения водорода, и может быть использовано в транспортных и энергетических устройствах. Сплав содержит, мас. %: титан 37,8-49,7; цирконий 0,9-8,0; молибден 0,03-0,25; алюминий 0,2-1,7; кальций 0,06-0,5; магний 0,03-0,3; железо - остальное. Уменьшается время активации сплава, и сокращается количество в нем редкого элемента молибдена. 1 табл.

Настоящее изобретение относится к областям металлургии, а именно к способам термической обработки высоколегированных псевдо-β титановых сплавов. Способ термической обработки крупногабаритных изделий из высокопрочного титанового сплава, содержащего, мас.%: 4,0…6,3 алюминия, 4,5…5,9 ванадия, 4,5…5,9 молибдена, 2,0…3,6 хрома, 0…5 циркония, 0…6 олова, 0…0,5 кремния, титан и неизбежные примеси - остальное, включает охлаждение со скоростью V1<3°С/мин из однофазной β-области до температуры T1<370°С и последующее старение при температуре Т2=370…600°С в течение 1…12 часов. После старения дополнительно осуществляют нагрев и обработку сплава в интервале температур Т3=Т2…Тβ в течение 1…12 часов, охлаждение со скоростью V2>V1 до температуры Т4, которая не выше температуры Т2, и последующее повторное старение в интервале температур Т2 в течение 1…12 часов. Обеспечивается повышение прочности и ударной вязкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к интерметаллидному сплаву на основе системы алюминий-титан , который может быть использован при производстве изделий и покрытий, в частности в производстве лопаток газотурбинных двигателей, клапанов моторов, вентиляторов для горячих газов. Предварительно производят механическую активацию порошка алюминия в количестве 25 мас.% и порошка титана в количестве 75 мас.%. Полученную смесь уплотняют, осуществляют ее нагрев высокочастотным электромагнитным полем до температуры 1200-1400°C и последующую выдержку. Обеспечивается получение монофазного интерметаллидного сплава заданного состава с однородным распределением структурных составляющих. 1пр.

Изобретение относится к способу получения титановых сплавов. Способ термомеханической обработки титанового сплава включает обработку титанового сплава давлением, включающую пластическое деформирование при температуре в области альфа-бета фаз до эквивалентной пластической деформации с по меньшей мере 25%-ным уменьшением площади поперечного сечения, после чего температура титанового сплава не достигает и не превышает температуры бета-перехода титанового сплава. Далее проводят одноступенчатую термообработку при температуре, меньшей или равной температуре бета-перехода минус 11,1°C. Полученные сплавы обладают высокими характеристиками прочности и ударной вязкости. 3 н. и 38 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл., 4 пр.
Наверх