Свариваемый сплав на основе титана



Свариваемый сплав на основе титана
Свариваемый сплав на основе титана

 


Владельцы патента RU 2566125:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

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.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано для изготовления деформированных полуфабрикатов - фольги, ленты, листов, труб (включая сварные), колец, прутков, поковок, 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.

Из уровня техники известен свариваемый сплав на основе титана (патент США 3833363, МПК С22С 14/00, опубл. 03.09.1974 г.), имеющий следующий химический состав, масс. %:

Алюминий 5,5-6,5
Олово 1,7-2,3
Молибден 0,7-3,0
Цирконий 0,7-5,0
Кремний 0,04-0,13
Титан Остальное

Из указанного сплава изготавливают полуфабрикаты: листы, прутки, кольца, поковки, отливки, предназначенные для изготовления деталей и узлов (включая сварные) реактивных двигателей и планера, детали турбин энергетических установок, длительно работающих при температурах от -60 до 500°C. Недостатком сплава является низкий уровень технологической пластичности, особенно при температурах «холодной» и «теплой» деформации, что не позволяет изготавливать из него фольгу и тонкостенные трубы. Кроме этого, высокое содержание алюминия и молибдена не позволяет применять сплав при температурах ниже -70°C из-за хладноломкости.

Из уровня техники также известен свариваемый сплав на основе титана (Grade 28 ELI), содержащий компоненты, масс. %: алюминий 2,5-3,5, ванадий 2,0-3,0, рутений 0,08-0,14, склонный к наводораживанию при длительной эксплуатации в среде с атомарным водородом (Materials Properties Handbook: Titanium Alloys, Eds. Boyer et al., ASM International, Materials Park, OH, 1994, p. 264). Из указанного сплава изготавливают полуфабрикаты: фольгу, ленту, листы, кольца, прутки, поковки, отливки, предназначенные для изготовления деталей и узлов (включая сварные) реактивных двигателей и планера, детали турбин энергетических установок длительно работающих при температурах от -196 до 300°C. Основными недостатками сплава являются низкий уровень прочности, особенно при температурах выше 300°C, что ограничивает применение сплава.

Наиболее близким аналогом (патент РФ 2082804, МПК С22С 14/00, опубл. 27.06.1997 г.), взятым за прототип, является свариваемый сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, масс. %:

Алюминий 4,5-5,2
Молибден 0,1-0,8
Ванадий 0,1-1,1
Хром 0,01-0,2
Марганец 0,01-0,2
Железо 0,03-0,3
Цирконий 0,05-0,5
Кислород 0,05-0,5
Медь 0,01-0,2
Никель 0,01-0,2
Титан Остальное

Из сплава-прототипа изготавливают полуфабрикаты: листы, кольца, прутки, поковки, трубы, предназначенные для изготовления деталей и узлов (включая сварные) авиационной и космической техники, работающие в интервале температур от -196 до 400°C. Недостатком сплава-прототипа является низкий уровень технологической пластичности (вследствие наличия кислорода более 0,25% и алюминия более 4,5%), особенно при температурах «холодной» (при температуре около 20°C) и «теплой» (при температурах до 700°C) деформации, что не позволяет изготавливать из него фольгу и тонкостенные трубы.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание свариваемого сплава на основе титана, обладающего повышенными характеристиками технологической пластичности при сохранении высоких значений прочностных характеристик в интервале температур от -196 до 450°C.

Технический результат заключается в увеличении значения рабочей температуры применения, уровня пластичности, прочностных характеристик и технологической пластичности более чем на 10%.

Сущность изобретения заключается в том, что в свариваемом сплаве на основе титана, содержащем алюминий, ванадий, железо, цирконий, кислород и молибден, дополнительно содержится ниобий, кремний и углерод при следующем соотношении компонентов, масс. %:

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
Титан Остальное

Кроме того, суммарное содержание ванадия, молибдена, железа и ниобия в сплаве может составлять от 2,0 до 4,5 масс. %.

Заявленный сплав можно использовать для изготовления фольги, ленты, листов, плит, труб (включая тонкостенные и сварные), прутков, отливок, предназначенных для изготовления деталей энергетического и транспортного машиностроения, авиационной и космической техники с рабочими температурами в интервале от -196 до 450°C.

Свариваемый сплав-прототип основан на принципе твердорастворного упрочнения, вследствие чего термическая обработка сплава необходима лишь для снятия внутренних напряжений, наведенных при технологических операциях. В заявленном свариваемом сплаве реализуется как твердорастворный, так и дисперсионный механизм упрочнения. При отжиге заявленного сплава прочность основного материала и сварного соединения повышается.

Дополнительное введение ниобия, кремния, углерода и увеличенное содержание молибдена позволяют повысить прочностные характеристики заявленного сплава за счет увеличения эффекта от твердорастворного и дисперсионного упрочнения при температурах до 450°C, при заявленном содержании других компонентов.

Снижение содержания алюминия с 4,5-6,2% до 1,8-4,4% в заявленном сплаве позволяет увеличить технологическую пластичность сплава при «холодной» и «теплой» деформации за счет снижения степени твердорастворного упрочнения α-фазы алюминием.

Для компенсации потери прочности при снижении содержания алюминия и повышения максимальной рабочей температуры, в заявленный сплав добавлены элементы внедрения - кремний и углерод. Они повышают прочность α- и β-фаз (их твердых растворов) путем замещения титана в кристаллической структуре элементами внедрения - углерод, кремний, кислород и элементами замещения цирконий, железо, ванадий, алюминий, молибден и ниобий, и, как следствие, позволяют повысить прочность материала при термической обработке после деформации по механизму дисперсионного твердения.

Наличие в заявленном сплаве совокупности элементов циркония, кремния и углерода в указанном соотношении также обеспечивает измельчение зерна и субзеренных составляющих в структуре как литого, так и деформированного материала за счет интенсификации процессов рекристаллизации (вследствие снижения температуры рекристаллизации и получения более мелкой внутрезеренной структуры за счет добавки Fe).

Заявленный свариваемый сплав позволяет получить более высокие значения угла гиба и степень деформации за один переход (не приводящий к образованию дефектов в материале) при комнатной температуре (табл. 2).

Суммарное содержание элементов, стабилизирующих β-фазу (молибден, ванадий, железо, ниобий) в интервале от 2,0 до 4,5 позволяет, помимо обеспечения высокого уровня прочности во всем диапазоне рабочих температур, ограничить количество стабильной β-фазы, что в итоге обеспечивает высокие характеристики пластичности при отрицательных температурах до -196°C.

Таким образом, соотношение компонентов в заявленном свариваемом сплаве в совокупности позволяет:

- обеспечить высокие характеристики пластичности и технологичности сплава;

- снизить объем необходимой горячей деформации при первичном переделе слитков, что снижает себестоимость изготовления полуфабрикатов;

- получить более мелкозернистую структуру в сварном шве, что обеспечивает прирост прочностных и пластических характеристик (за счет низкого уровня алюминия и ограничения содержания кислорода).

Кроме того, при заявленном соотношении элементов в сплаве, требуемая степень деформации для получения нано-структурного состояния снижается, вследствие уменьшения отходов материала и затрат на деформацию (значительное сокращение стоимости полуфабриката).

Примеры осуществления.

Для получения листовых полуфабрикатов выплавляют слитки сплава по примерам 1-3 (табл. 1) методом двойного вакуумно-дугового переплава, после чего слитки подвергают горячей ковке. Полученные заготовки осаживают при температурах двухфазной области и прокатывают в «теплую» (при температурах до 700°C) и в «холодную» (комнатная температура) деформацию, после чего проводят отжиг. Из полученных листов изготавливают сварные соединения методом сварки плавлением.

В сравнительной таблице №2 приведены механические свойства листов и сварных соединений из заявленного свариваемого сплава и прототипа.

Таким образом, 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, и, как следствие, повысить ресурс их работы, а также снизить себестоимость изготовления изделий авиационной техники и энергетического машиностроения.

1. Свариваемый сплав на основе титана, содержащий алюминий, ванадий, железо, цирконий, кислород и молибден, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ниобий, кремний и углерод при следующем соотношении компонентов, 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
Титан Остальное

2. Свариваемый сплав по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание ванадия, молибдена, железа и ниобия в сплаве составляет от 2,0 до 4,5 мас.%.



 

Похожие патенты:

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.
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.

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.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам для обратимого поглощения водорода, и может быть использовано в транспортных и энергетических устройствах.
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.

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 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.

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.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению сплавов. Способ получения сплава, содержащего титан, медь и кремний, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, меди и кремния, включает генерацию магнитных полей, накладываемых на порции перерабатываемой сырьевой массы. При этом восстановление металлов ведут при непрерывном перемешивании сырьевой массы, с последующим накоплением и формированием продукта в виде кольцевого столбчатого структурного образования, состоящего из сплава, содержащего титан, медь и кремний. Затем осуществляют его выгрузку. Предложено устройство для осуществления указанного способа. Техническим результатом является возможность получения указанного сплава непосредственного из рудного сырья. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 3 пр.

Группа изобретений относится к способу и устройству получения содержащего алюминий и титан сплава - интерметаллида. Способ включает получение сплава из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения алюминия и титана. Для этого генерируются физические магнитные поля, которые накладываются на зоны с рудной массой. С их помощью производится восстановление металлов в целостную монолитную структуру - сплав. Техническим результатом является возможность получения указанного сплава непосредственно из рудного сырья. 2 н.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам выплавки титановых сплавов и может быть использовано при производстве полуфабрикатов, предназначенных для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок, агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения. Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия и содержанием кислорода не более 0,08 мас.% включает подготовку шихты, содержащей в качестве исходных материалов титановую губку с легирующими компонентами и лигатуру, изготовление расходуемого электрода, его переплав с получением слитка интерметаллидного сплава. В качестве лигатуры используют стружку сплава, содержащего, мас.%: Nb 45-55, Ti 45-55, О2+N2 - не более 0,05, причем массовое количество лигатуры составляет 70 или 75 или 85% от общей массы шихты. Повышается химическая однородность слитков сплавов на основе алюминида титана с высоким содержанием ниобия и содержанием кислорода до 0,08 мас.% для обеспечения высоких механических и технологических свойств получаемых из него изделий. 6 табл., 4 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термомеханической обработки титана или титанового сплава. Способ включает многоосную ковку с высокой скоростью деформации и регулированием температуры. Температура ковки заготовки находится в диапазоне от температуры на 100°F (55,6°C) ниже температуры бета-перехода материала заготовки до температуры на 700°F (388,9°C) ниже температуры бета-перехода материала заготовки, а скорость деформации, используемая в процессе ковки на прессе, находится в диапазоне от 0,2 с-1 до 0,8 с-1. Повышаются механические свойства за счет измельчения микроструктуры сплава. 2 н. и 42 з.п. ф-лы, 20 ил., 11 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к крепежным изделиям, выполненным из альфа/бета титанового сплава. Крепежное изделие, выполненное из альфа/бета титанового сплава, подвергнутого горячей прокатке, обработке на твердый раствор и старению, содержащего, мас. %: алюминий от 3,9 до 4,5, ванадий от 2,2 до 3,0, железо от 1,2 до 1,8, кислород от 0,24 до 0,3, углерод до 0,08, азот до 0,05, другие элементы не более чем 0,3 в сумме, титан и случайные примеси - остальное. Способ производства крепежного изделия включает обеспечение сплава, горячую прокатку; отжиг полученной заготовки при температуре от 1200°F (648,9°C) до 1400°F (760°C) в течение времени от 1 часа до 2 часов, охлаждение на воздухе, механическую обработку до заранее определенного размера изделия, обработку на твердый раствор при температуре от 1500°F (815,6°C) до 1700°F (926,7°C) в течение времени от 0,5 часа до 2 часов, охлаждение со скоростью, по меньшей мере, эквивалентной охлаждению на воздухе, старение при температуре от 800°F (426,7°C) до 1000°F (537,8°C) в течение времени от 4 часов до 16 часов и охлаждение на воздухе. Крепежные изделия имеют малый вес при повышенной прочности. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл., 8 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым сплавам, и может быть использовано для изготовления конструкций, работающих в агрессивных средах, такой как морская вода, при повышенных температурах. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 3,0-4,2, цирконий 2,0-3,0, кремний 0,02-0,12, железо 0,05-0,25, кислород 0,03-0,14, азот 0,01-0,04, углерод 0,05-0,10, водород 0,001-0,006, рутений 0,05-0,15, ниобий 0,7-1,5, ванадий 0,7-1,5, титан - остальное. Сплав характеризуется высокими характеристиками прочности, стойкости против щелевой, питтинговой и горячей солевой коррозии в агрессивных солесодержащих средах с pH>2 и температурой до 250°C. 2 табл.
Наверх