Лигатура для выплавки слитка жаропрочного сплава на основе титана


 


Владельцы патента RU 2557203:

Открытое Акционерное Общество "Композит" (RU)

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 цветных металлов, в частности к производству лигатур для выплавки слитка жаропрочного сплава на основе титана.

Известно, что в настоящее время практически во всех отраслях промышленности, в том числе в авиационно-космической, детали и узлы изделий эксплуатируются при высоких нагрузках и повышенных температурах, поэтому их часто выполняют из титановых сплавов. Поскольку титановые сплавы, как правило, имеют сложный многокомпонентный химический состав, то для их получения необходимо применять высококачественную лигатуру. При выплавке многих титановых сплавов применяют одну, а иногда и несколько лигатур, которые добавляют к исходным шихтовым материалам в начале плавки или вводят непосредственно в расплав жидкого титана, для регулирования базового химического состава титанового сплава. Как известно, в данной области техники, лигатура представляет собой смесь легирующих элементов, предназначенных для корректировки процентного содержания необходимых компонентов в расплаве.

Поскольку химический состав титанового сплава известен заранее, то достаточно просто определить, какое количество лигатуры должно быть добавлено для достижения желательного химического состава расплава. Однако следует учитывать, все ли количество добавленной лигатуры будет полностью и равномерным образом распределено в расплаве. Поэтому одна из основных задач - это разработка лигатур, которые будут легко плавиться и равномерно распределяться в расплавленном металле.

При этом в процессе легирования у нас возникают несколько задач, которые нуждаются в решении.

Например, попадание в заданный химический состав осложняется угаром/испарением легирующих элементов в процессе выплавки. Обеспечение равномерного распределения легирующих элементов также затрудняется ликвацией этих элементов. Ввод тугоплавких элементов в расплав осложняется тем, что они усваиваются только посредствам растворения, что сильно затягивает технологическую операцию и приводит к ухудшению свойств материала.

Известны двойные и тройные лигатуры, например: Al-V, Al-Sn, Al-Mo-Ti, Al-Cr-Mo, с помощью которых можно выплавлять практически любые титановые сплавы («Плавка и литье титановых сплавов» Андреев А.Л., Аношкин Н.Ф. и другие. - М.: Металлургия, 1994 г., стр.127, табл.20 /1/).

При выплавке титановых сплавов необходимо обеспечить получение достаточно точного химического состава, поэтому применение двойных или тройных лигатур может привести к превышению требуемого содержания химических элементов, в частности алюминия, из-за его большого содержания в лигатурах.

Известна лигатура для получения титановых сплавов, содержащая следующие компоненты, мас.%: молибден - 23,99; ванадий - 25,44; алюминий - 49,98; железо - 0,19; кремний - 0,22; углерод - 0,06; кислород - 0,07; водород - 0,0017; азот - 0,012 (US 3387971, C22C 21/00, 11.06.1968, /2/).

Недостатком данной лигатуры является необходимость дополнительного введения чистых тугоплавких металлов в расплав, что в условиях вакуумно-дуговой плавки достаточно затруднительно и может привести к непроплавлению отдельных кусков составляющих компонентов, что способствует к появлению такого дефекта, как ликвация по химическому составу.

Одной из самых распространенных проблем в металлургии при выплавке титановых сплавов, содержащих вольфрам, является его неоднородное распределение из-за высокой плотности по сечению и длине слитка или заготовок деталей.

При этом известна (RU 2470084 C1, C22C 35/00, 20.12.2012, /3/) лигатура для выплавки жаропрочного титанового сплава, содержащая вольфрам 48,0-52,0, титан 10,0-20,0, гафний 0,08-0,1, алюминий остальное. Данная лигатура обеспечивает улучшение прочностных и жаростойких характеристик за счет равномерного распределения вольфрама и других легирующих элементов по сечению и длине слитка.

Недостатком является то, что лигатура не обеспечивает достаточную изотропию свойств сплава и равномерное распределение легирующих элементов в нем.

А это необходимо при действующих тенденциях в мире - увеличение требований к изделиям и создания принципиально новых сплавов и лигатур с повышенными прочностными, жаропрочными и жаростойкими характеристиками.

Задачей, на решение которой направленно данное изобретение, является разработка и получение новой лигатуры для выплавки жаропрочных титановых сплавов с повышенными характеристиками, с равномерным содержанием легирующих элементов по сечению и длине слитков (заготовок), что позволит избежать ликвации по химическому составу.

Техническим результатом изобретения является то, что предложенная лигатура обеспечивает равномерное распределение вольфрама и других легирующих элементов по сечению и длине слитка, изотропию свойств. Это способствует улучшению прочностных и жаростойких характеристик, которые непосредственно влияют на работоспособность деталей из титанового сплава. Также техническим результатом является снижение испарения/угара легирующего элемента в процессе выплавки.

На достижение указанного технического результата оказывают влияние следующие существенные признаки.

Лигатура для выплавки слитка титанового сплава на основе титана, содержащая вольфрам, алюминий, титан, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: вольфрам 28-32; алюминий - 28-32; титан - остальное.

В результате разработки данной лигатуры установлено, что наличие в лигатуре вольфрама в данном процентном соотношении позволяет полностью и равномерно растворить его в сплаве, что повышает жаростойкость сплава за счет формирования в структуре плотных оксидных соединений вольфрама, затрудняющих проницаемость кислорода и водорода к границам раздела фаз при повышенных температурах и образования в поверхностном слое легированных твердых растворов титана с вольфрамом.

Содержание алюминия в лигатуре в данном процентном соотношении влияет в первую очередь на снижение общей температуры плавления лигатуры, а также важно для повышения термической стабильности сплава.

Содержание титана в лигатуре в данном процентном соотношении снижает температуру плавления лигатуры, образует интерметаллид с алюминием, что защищает от испарения и угара, дает технологичность лигатуре (т.е. является необходимым связующим звеном для алюминия и вольфрама).

Изготовления лигатуры осуществляют в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом, перед плавкой шихту помещают в медный водоохлаждаемый кристаллизатор, печь закрывают и начинают откачку печи до остаточного давления (0,01÷0,05 мм рт.ст.), по достижении этой степени разряжения в рабочее пространство печи напускают аргон до давления, равного величине атмосферного, далее на первом этапе сплавляют титан и алюминий в пропорции, которая соответствует содержанию этих элементов в лигатуре, до состояния, при котором должно произойти полное растворение шихтующих материалов с образованием единого слитка, при этом на дно медного кристаллизатора помещают алюминий, а на него титан, обладающий более высокой температурой плавления, величина тока дуги между шихтой и электродом составляла 750÷1000 А, при этом время плавки составляло 3÷6 минут, температура расплава на 30÷50°C выше температуры ликвидус сплава Ti-Al, затем к слитку Ti-Al добавляют необходимое количество вольфрама, который размещается над слитком Ti-Al сплава, а для усреднения химического состава слитка его извлекают из кристаллизатора, переворачивают и подвергают повторному переплаву, температура расплава составляет 1750÷1850°C.

В варианте исполнения изготовление лигатуры для выплавки жаропрочного титанового сплава, которая состоит из вольфрама, алюминия, титана, характеризуется тем, что содержит данные компоненты, при следующем соотношении, мас %: вольфрам 28.8; алюминий - 29.1; титан - остальное. При этом ее получение осуществляют в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом, перед плавкой шихту помещают в медный водоохлаждаемый кристаллизатор, печь закрывают и начинают откачку печи до остаточного давления (0,03 мм рт.ст.), по достижении этой степени разряжения в рабочее пространство печи напускают аргон до давления, равного величине атмосферного, далее на первом этапе сплавляют титан и алюминий в пропорции, которая соответствует содержанию этих элементов в лигатуре, до состояния, при котором должно произойти полное растворение шихтующих материалов с образованием единого слитка, при этом на дно медного кристаллизатора помещают алюминий, а на него титан, обладающий более высокой температурой плавления, величина тока дуги между шихтой и электродом составляла 750 А, при этом время плавки составляло 4 минуты, температура расплава на 50°C выше температуры ликвидус сплава Ti-Al, затем к слитку Ti-Al добавляют необходимое количество вольфрама, который размещается над слитком Ti-Al сплава, а для усреднения химического состава слитка его извлекают из кристаллизатора, переворачивают и подвергают повторному переплаву, температура расплава составляет 1800±10°C.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает равномерное распределение вольфрама и других легирующих элементов по сечению и длине слитка, изотропию свойств. Это способствует улучшению прочностных и жаростойких характеристик, которые непосредственно влияют на работоспособность деталей из титанового сплава. Также техническим результатом является снижение испарения/угара легирующего элемента в процессе выплавки.

Лигатура для выплавки слитка жаропрочного сплава на основе титана, содержащая вольфрам, алюминий, титан, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %:

вольфрам 28-32
алюминий 28-32
титан остальное



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.
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.

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 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.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано для изготовления деформированных полуфабрикатов, а также отливок, предназначенных для изготовления деталей энергетического и транспортного машиностроения, авиационной и космической техники с рабочими температурами в интервале от -196 до 450°C. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 1,8-4,4; ванадий 1,0-2,5; железо 0,05-0,5; цирконий 0,05-3,0; кислород 0,05-0,22; молибден 0,5-1,5; ниобий 0,05-0,8; кремний 0,05-0,2; углерод 0,005-0,1 и титан - остальное. Использование заявленного свариваемого сплава на основе титана позволяет повысить рабочую температуру применения деталей на 50°C, уровня пластичности и технологической пластичности более чем на 10% с сохранением высоких показателей прочности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Группа изобретений относится к получению сплава на основе титана из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана. Способ включает генерацию магнитных полей, накладываемых на порции перерабатываемой сырьевой массы, восстановление металлов из руд при непрерывном перемешивании сырьевой массы с последующим накоплением и формированием продукта в виде кольцевого столбчатого монокристалла, состоящего из интерметаллида, выбранного из ТiАl3, TiFeAl2, TiAl2Fe, TiFe3, и его выгрузку. В качестве исходной сырьевой массы используют водную суспензию, содержащую частицы рудного материала с дисперсностью в пределах 0,001-0,008 мм и в количестве 40-70% объема водной суспензии. При этом в качестве магнитных полей используют пилообразные магнитные поля с напряженностью 3·104÷1,5·105 А/м и частотой колебаний 20-80 единиц импульсов в течение одной минуты. Восстановление ведут с подачей к слоям сырья газовых струй, состоящих из сжатого атмосферного воздуха и углерода в качестве восстановителя, присутствующего в составе сжатых газов. Предложено также устройство для реализации данного способа. Обеспечивается получение сплава непосредственно из рудного сырья. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 3 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным титановым сплавам, используемым для изготовления деформированных полуфабрикатов. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 1,5-3,5; молибден 1,0-3,0; ванадий 8,0-12,0; хром 2,5-5,0; железо 0,3-1,8; цирконий 0,4-2,0; олово 0,4-2,0; иттрий и/или гадолиний 0,01-0,16; титан и примеси остальное. Сплав характеризуется высокими прочностными характеристиками при сохранении высокой пластичности сплава в термически упрочненном состоянии, а также повышенной технологичностью в закаленном состоянии. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

Группа изобретений относится к порошковой металлургии. Порошковая смесь для получения титанового сплава включает порошок титанового сплава, содержащий алюминий и ванадий или содержащий в дополнение к алюминию и ванадию по меньшей мере один из циркония, олова, молибдена, железа и хрома, и по меньшей мере один металлический порошок, выбранный из порошка меди, порошка хрома и порошка железа, смешанного с порошком титанового сплава. Причем порошок титанового сплава получен гидрированием сырья из титанового сплава и дегидрированием полученного гидрированного порошка титанового сплава. Количество металлического порошка составляет от 1 до 10 мас. % при добавлении одного вида металлического порошка, а при добавлении двух или более видов металлических порошков количество добавленного металлического порошка составляет от 1 до 20 мас. %. Предложены также способ получения упомянутой порошковой смеси, титановый сплав и способ его получения из упомянутой порошковой смеси. Обеспечивается повышение качества порошковой смеси, которая может быть уплотнена до плотности не менее 99 % от теоретической. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 20 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению мелкозернистых листовых титановых сплавов, которые являются подходящими для использования при сверхпластическом формовании. Способ изготовления листов с мелкозернистой структурой из α/β-титанового сплава включает ковку сляба титанового сплава для получения листовой заготовки, которую нагревают до температуры, превышающей температуру превращения в бета-фазу на величину от приблизительно 100°F (37,8°C) до приблизительно 250°F (121°C), с последующим охлаждением. Далее нагревают листовую заготовку до температуры от приблизительно 1400°F (760°C) до приблизительно 1550°F (843°C) с последующей горячей прокаткой для получения листовой заготовки промежуточной толщины. Снова нагревают до температуры в диапазоне от приблизительно 1400°F (760°C) до приблизительно 1550°F (843°C) с последующей горячей прокаткой для получения листовой заготовки конечной толщины. Проводят отжиг, шлифование и травление. Получают заготовки с мелкозернистой структурой, пригодные для использования при низкотемпературной формовке. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 26 ил., 8 табл., 5 пр.
Наверх