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.

Изобретение относится к изготовлению сплавов на основе никелида титана, применяемых для медицинских имплантатов. Способ изготовления литых изделий включает переплав металлического полуфабриката индукционной центробежной плавкой в карборундовом тигле. Предварительно проводят выплавку образцов из сплава на основе никелида титана с различными концентрациями легирующей добавки в диапазоне 0,5-2%, испытывают образцы на память формы и сверхэластичность, определяют путем интерполяции оптимальную концентрацию легирующей примеси и с этой концентрацией выплавляют готовое изделие. В качестве металлического полуфабриката используют пористую заготовку, которую готовят диффузионным спеканием в вакууме смеси порошка никелида титана ПН55ПТ45 с легирующей добавкой при температуре 1230-1270°C в течение 0,5-5 минут, после чего подвергают ее холодной обработке давлением до пористости 25-30 об.%. Обеспечивается равномерное распределение легирующей добавки в сплаве. 2 ил.
Изобретение относится к термоводородной обработке полуфабрикатов и изделий из пористого материала на основе титана и его сплавов для медицинских имплантатов. Способ включает термодиффузионное насыщение водородом и вакуумный отжиг. Термодиффузионное насыщение водородом ведут при температуре 700-900°С до концентрации водорода 0,2-0,4 мас.%, а затем при температуре 500-650°С до концентрации водорода 0,5-0,9 мас.%. Вакуумный отжиг ведут при температуре 550-700°С до концентрации водорода не более 0,01 мас.%. Обеспечивается повышение прочностных характеристик пористого материала за счет увеличения доли физических контактов волокон между собой. 2 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокотемпературным припоям на основе титана, которое может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта газотурбинных двигателей. Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия с температурой плавления не ниже 1350°С содержит, мас.%: алюминий 18,0-25,0, молибден 1,0-10,0, кремний 3,0-6,0, хром 10,0-15,0, гафний 1,0-5,0, титан - остальное. Припой обеспечивает привес при температуре 1350°С не выше, чем у сплава на основе интерметаллида ниобия, и величину эрозионной активности по отношению сплаву на основе интерметаллида ниобия не более 50 мкм при температуре 1500°С. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

Изобретение относится к титановым лопаткам большого размера последних ступеней паротурбинных двигателей. Лопатка содержит сплав на основе титана и имеет переднюю кромку, включающую оксид титана, содержащий поры и верхний герметизирующий слой, заполняющий поры, выбранный из группы, состоящей из хрома, кобальта, никеля, полиимида, политетрафторэтилена и сложного полиэфира. Рассмотрен способ изготовления такой лопатки и изделие, включающее сплав на основе титана и содержащее переднюю кромку. Изобретение обеспечивает повышение долговечности, и уменьшение потерь от эрозии, и высокую экономическую эффективность. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе интерметаллидов титана и алюминия с рабочими температурами не выше 825°C, изделия из которых могут быть использованы в конструкции авиационных газотурбинных двигателей и наземных энергетических установок. Заявлены варианты сплавов на основе гамма-алюминида титана. Сплав на основе гамма-алюминида титана содержит, мас.%: алюминий 30,0-35,0, ванадий 0,7-3,5, ниобий 1,2-6,0, цирконий 1,2-3,5 или хром 2,0-3,5, гадолиний 0,2-0,6, бор 0,003-0,03, титан - остальное. Сплавы характеризуются высокими значениями предела текучести при температуре 20°C, длительной прочности (за 100 часов) при температуре 800°C, а также низкой склонностью к образованию ликвационной неоднородности химического состава. 4 н.п. ф-лы, 2 табл., 6 пр.

Изобретение относится к способу получения сплавов, состоящих из титана, железа, хрома и циркония, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения этих элементов, и устройству для его осуществления. Способ включает размещение исходного материала в устройстве, генерацию в нем физических полей, восстановление металлов с накоплением конечного продукта и выгрузку его из устройства. При этом сплав формируют в виде кольцевого столбчатого кристаллического образования в виде сплава, состоящего из перечисленных выше металлов. В качестве воздействующих на используемое сырье физических полей используют реечные магнитные поля. Восстановление осуществляют при подаче к сырью и его слоям струй сжатого атмосферного воздуха с компонентом–восстановителем, в качестве которого используют углерод, присутствующий в составе образующих струи. Техническим результатом является упрощение процесса и высокая эксплуатационная надежность устройства. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 2 пр.

Изобретение относится к способу получения сплава, содержащего титан, железо, хром и кремний, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения этих элементов, и устройству для его осуществления. Способ включает генерирование физических полей, воздействие их на сырьевую смесь, восстановление металлов и неметаллов и формирование их в монолитное структурное образование из сплава, состоящего из перечисленных элементов. Изобретение позволяет получать указанный сплав в виде кольцевого столбчатого монокристалла непосредственно из рудного сырья 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к титановым сплавам, используемым для изготовления силовых конструкций, длительно работающих при температурах до 350 °С. Сплав содержит, мас. %: алюминий - 1,8-3,5, молибден - 1,0-3,0, ванадий - 8,0-12,0, хром - 2,5-4,6, железо - 0,3-1,6, цирконий - 0,4-2,0, олово - 0,4-2,0, рутений - 0,01-0,16, титан - остальное. Сплав может дополнительно содержать иттрий и/или гадолиний - 0,01-0,16. Сплав характеризуется высокими характеристиками предела прочности при 20°С в закаленном и термически упрочненном состояниях при сохранении предела технологической пластичности сплава на удовлетворительном уровне и коррозионной стойкости против щелевой и питтинговой коррозии. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 8 пр.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-05-10 2016-05-10T17:05:54
Наверх