Сплав на основе титана


 


Владельцы патента RU 2583972:

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

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана, и предназначено для использования в паротурбинных установках и высоконагруженных сварных конструкциях, эксплуатируемых при повышенной температуре. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 4,3-6,3; молибден 1,5-2,5; углерод 0,05-0,14; цирконий 0,2-1,0; кислород 0,06-0,14; кремний 0,02-0,12; железо 0,05-0,25; ниобий 0,03-1,20; гафний 0,01-0,5; титан - остальное. Сплав обладает повышенным пределом ползучести при температуре 500°С и заданной остаточной деформации 0,2% при сохранении высоких механических характеристик и коррозионной стойкости сварных конструкций. 1 табл.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к созданию сплавов на основе титана, обладающих повышенным пределом ползучести при температуре 500°С и заданной деформации 0,2%.

Сплав предназначен для использования в паротурбинных установках и высоконагруженных сварных конструкциях, эксплуатируемых при повышенной температуре.

Известны сплавы на основе титана, применяемые при температуре до 450°С: сплав марки ВТ5-1 (ГОСТ 18907-91. Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки. 1991).

Недостатком этих сплавов является низкий предел ползучести при температуре 500°С.

Известны сплавы на основе титана, применяемые при температурах до 500°С: сплав марки ВТ18У, сплав марки Ti-6242S (Б.А. Колачев, И.С. Полькин, В.Д. Талалаев. Титановые сплавы разных стран. - М.: ВИЛС, 2000 г.).

Недостатками этих сплавов являются: для сплава ВТ18У - низкие показатели пластичности и предела ползучести (352 МПа); для сплава Ti-6242S - низкие значения показателей пластичности для некоторых видов полуфабрикатов и ограниченная свариваемость.

Наиболее близким по содержанию ингредиентов является сплав на основе титана, содержащий: алюминий 4,3-6,3; молибден 1,5-2,5; углерод 0,05-0,14; цирконий 0,2-1,0; кислород 0,06-0,14; кремний 0,02-0,12; железо 0,05-0,25; ниобий 0,3-1,20; рутений 0,05-0,14; титан - остальное (патент RU №2506336 C1, С22С 14/00, опубл. 10.02.2014 г.).

Известный сплав обладает хорошим комплексом механических свойств, повышенной коррозионной стойкостью, предназначен для использования в сварных конструкциях. Однако при температуре 500°С и заданной остаточной деформации 0,2% предел ползучести его не превышает 285 МПа.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание сплава, обладающего более высоким пределом ползучести при температуре 500°С и заданной остаточной деформации 0,2% при сохранении высоких механических характеристик и коррозионной стойкости сварных конструкций.

Технический результат достигается за счет того, что сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, углерод, цирконий, кислород, кремний, железо, ниобий и титан, в соответствии с изобретением дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, мас %:

Алюминий 4,3-6,3
Молибден 1,5-2,5
Углерод 0,05-0,14
Цирконий 0,20-1,00
Кислород 0,06-0,14
Кремний 0,02-0,12
Железо 0,05-0,25
Ниобий 0,03-1,20
Гафний 0,01-0,50
Титан остальное

Гафний в заявляемом сплаве введен в пределах от 0,01 до 0,5% для повышения предела ползучести. Гафний более тугоплавкий металл, чем титан, имеет более высокий уровень межатомных связей, что снижает диффузионную подвижность атомов при высоких температурах и повышает предел ползучести. Гафний в заданных пределах, действуя как нейтральный упрочнитель, обеспечивает стабильность фазового состава сплава, за счет чего повышается сопротивление ползучести. При содержании гафния менее 0,01% отсутствует эффект снижения диффузионной подвижности атомов, предел ползучести не повышается; при содержании гафния более 0,5% происходит образование хрупкой α2-фазы.

Изоморфный β-стабилизатор - ниобий, в заданных пределах 0,03-1,2% повышает структурную однородность сплава, входит в состав сплава как технологическая добавка, обеспечивающая введение в состав сплава необходимого количества углерода и равномерное распределение его в структуре сплава без образования карбидов, за счет чего повышается сопротивление ползучести. При содержании ниобия ниже 0,03% не достигается эффект равномерного распределения углерода в структуре сплава и повышения сопротивления ползучести. Применение содержания ниобия более 1,2% как технологической добавки неэффективно.

Содержание алюминия в заявляемых пределах 4,3-6,3% повышает прочность, жаропрочность и предел ползучести (сопротивление ползучести), обеспечивает хорошие деформационные характеристики при производстве полуфабрикатов, в том числе сварных конструкций. Повышение алюминия сверх пределов, заявленных в сплаве, приведет к выделению хрупкой фазы в α-твердом растворе, что снизит предел ползучести за счет обеднения α-твердого раствора алюминием.

Содержание молибдена в заявляемых пределах 1,5-2,5% обеспечивает заданный предел ползучести и жаропрочность сплава. При повышении содержания молибдена сверх заявленных пределов более 2,5% в структуре сплава увеличивается содержание β-фазы, что приведет к снижению предела ползучести.

Нейтральный β-стабилизатор -цирконий в заявленных пределах 0,2-1,0% в сочетании с алюминием повышает прочность и предел ползучести за счет интенсификации процессов упорядочивания в α-твердом растворе. Цирконий при содержании более 1,0% снижает ударную вязкость и увеличивает склонность к коррозионному растрескиванию сварных конструкций.

Кремний и железо являются эвтектоидными β-стабилизаторами титана. В сплавы титана с алюминием их вводят в количествах, близких к их максимальной растворимости, при сохранении достаточной технологичности и свариваемости. Содержание кремния ограничено пределами 0,02-0,12%, так как при большем содержании кремний образует силициды, приводящие к снижению предела ползучести и образованию трещин в сварных конструкциях.

Выполнение заявленного соотношения элементов исключает образование сегрегаций по границам зерен и обеспечивает получение однородного регламентированного структурного состояния, что повышает сопротивление ползучести и жаропрочность сплава при сохранении сварочных свойств.

В заявляемом изобретении легирующие и примесные элементы (кислород, кремний, железо) находятся в таком соотношении, чтобы обеспечить повышенное сопротивление ползучести при температуре 500°С.

Пример выполнения.

Выплавляли слитки с химическим составом из предлагаемого сплава и сплава-прототипа. Слитки ковали на заготовки, из которых затем изготавливали образцы для проведения испытаний на ползучесть по ГОСТ 3242-81.

Сущность метода испытания на ползучесть состоит в том, что образец подвергается воздействию постоянной растягивающей нагрузки при заданной температуре при фиксировании деформации образца во времени. В результате испытания определяют предел ползучести материала, т.е. напряжение, при котором деформация за определенный промежуток времени не превышает заданной величины.

Испытывали цилиндрические образцы диаметром 6 мм, расчетной длиной 70 мм. Химический состав и результаты испытаний предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в таблице 1.

Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, углерод, цирконий, кислород, кремний, железо, ниобий и титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Алюминий 4,3-6,3
Молибден 1,5-2,5
Углерод 0,05-0,14
Цирконий 0,20-1,00
Кислород 0,06-0,14
Кремний 0,02-0,12
Железо 0,05-0,25
Ниобий 0,03-1,20
Гафний 0,01-0,50
Титан остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления особо тонких листов из высокопрочного псевдо-альфа титанового сплава Ti-6,5Al-2,5Sn-4Zr-1Nb-0,7Mo-0,15Si.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к титановым сплавам, полученным из вторичного сырья и обладающим заданными характеристиками прочности и пластичности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана. Высокотемпературный сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий от 4,5 до 7,5; олово от 2,0 до 8,0; ниобий от 1,5 до 6,5; молибден от 0,1 до 2,5; кремний от 0,1 до 0,6; титан - остальное.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению мелкозернистых листовых титановых сплавов, которые являются подходящими для использования при сверхпластическом формовании.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к интерметаллидным сплавам на основе титана, предназначенным для изготовления деталей газотурбинного двигателя таких, как лопатки, диски, корпуса и проставки, работающие при повышенных температурах. Сплав на основе титана содержит, мас.%: Al 9,5-12,0, Nb 38,0-42,0, Zr 1,5-2,5, Та 0,7-1,5, W 0,5-1,0, Mo 0,3-0,6, Si 0,1-0,25, Re 0,1-0,5, С 0,03-0,08, В 0,01-0,1, Ti и примеси - остальное. Сплав характеризуется повышенной стойкостью к окислению при температурах выше 700°С. Обеспечивается надежная работа конструкции, выполненной с использованием сплава на основе титана в течение всего ресурса. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию жаропрочных сплавов на основе титана, используемых для изготовления широкой номенклатуры деформированных полуфабрикатов и деталей. Жаропрочный сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 10,5-12,5; ниобий 38,5-42,0; молибден 0,5-1,5; ванадий 0,5-1,5; цирконий 1,0-2,5; вольфрам 0,3-1,0; тантал 0,3-1,0; кремний 0,1-0,25; гадолиний 0,02-0,6; титан и примеси - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями прочности при комнатной и повышенных температурах до 700°С. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
Наверх