Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него


 


Владельцы патента RU 2586947:

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

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 цветной 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.

Известен интерметаллидный сплав на основе титана (ЕР 0924308 А1, 23.06.1999, С22С 14/00), имеющий следующий химический состав, мас.%:

Al 16-26
Nb 18-28
Та 0-2
Мо 0-2
Zr 0-2
Si 0-0,8
Ti остальное

Сплав имеет невысокие значения удельной прочности при комнатной температуре и удельной жаропрочности (кратковременной и длительной прочности за 100 ч) из-за повышенной плотности. Элементы конструкции, изготовленные из известного сплава, имеют повышенное окисление, что приводит к ограничению ресурса работы детали.

Известен интерметаллидный сплав на основе титана (RU 2210612 С2, 20.08.2003, С22С 14/00), имеющий следующий химический состав, мас.%:

Al 10,0-12,0
Nb 38,0-42,0
V 1,0-1,5
Мо 0,5-1,0
Zr 1,0-1,5
Si 0,1-0,25
С 0,03-0,08
Ti остальное

Сплав имеет недостаточно высокие значения удельной жаропрочности - кратковременной и длительной прочности за 100 ч, сопротивления ползучести, а также обладает пониженной стойкостью к окислению в воздушной среде при температурах выше 650°С.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является интерметаллидный сплав на основе титана (RU 2405849 C1, 10.12.2010, С22С 14/00), имеющий следующий химический состав, мас.%:

Al 10,5-12,5
Nb 38,0-42,0
V 1,0-1,5
Mo 0,3-0,6
Zr 1,5-2,5
Si 0,1-0,25
С 0,03-0,08
W 0,5-1,0
Ta 0,7-1,5
Ti остальное

Сплав имеет хорошие значения удельной жаропрочности (кратковременной и длительной прочности за 100 ч), но пониженные характеристики жаростойкости при температурах выше 700°С.

Технической задачей изобретения является разработка интерметаллидного сплава на основе титана с повышенными характеристиками жаростойкости.

Техническим результатом является повышенная стойкость к окислению при температурах выше 700°С.

Для достижения поставленного технического результата предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, ниобий, цирконий, тантал, вольфрам, молибден, кремний, углерод, отличающийся тем, что дополнительно содержит рений и бор при следующем соотношении компонентов, 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

Предпочтительно, содержание меди составляет ≤0,07.

Предпочтительно, содержание железа составляет ≤0,03.

Предпочтительно, содержание хрома составляет ≤0,02.

Предпочтительно, сумма примесей составляет ≤0,12.

Изделия из предлагаемого сплава способны длительно работать в воздушной среде при температурах до 750°С.

Авторами установлено, что уменьшение содержания алюминия, исключение из сплавов элемента ванадий и дополнительное введение рения и бора в сплав-прототип, при заявленном соотношении и содержании компонентов, повышает характеристики жаростойкости сплавов. Это осуществляется за счет следующих факторов:

- формирования на поверхности сплава слоев из смешанных оксидов Ti3O5, (Ti,Al,В)О3 и (Nb,Ta)2O5 блокирующих проникновение кислорода к поверхности раздела газ - металл;

- сохранение до температуры 750°С упорядоченных твердых растворов титана с элементами - Nb, Mo, W, Та и Re, которые снижают коэффициенты диффузии кислорода в матрице, затрудняя образование оксидных фаз.

Для получения повышенных характеристик жаростойкости необходимо ограничить содержание элементов - Cu, Fe и Cr, которые ускоряют диффузию кислорода по межфазным границам в структуре сплавов, снижают температурную границу существования упорядоченных твердых растворов, тем самым вызывая образование пористых оксидных слоев и повышенную окисляемость сплавов.

Примеры осуществления

Слитки предлагаемых сплавов изготавливали по технологии производства титановых сплавов. Использовались серийные шихтовые материалы - титановая губка, лигатуры Al-Me, где Me - тугоплавкие легирующие элементы, бор и кремний. Изготовление слитков сплавов состояло из получения расходуемого электрода, выплавки слитков вакуумно-дуговым переплавом, механическую обработку слитков. Литые заготовки подвергались горячей обработке давлением с целью получения полуфабрикатов с однородной структурой. Полуфабрикаты разрезались на заготовки образцов и подвергались термической обработке для получения оптимального фазового состава и структуры. Из полученных заготовок изготавливались образцы для испытаний. Готовые образцы имели чистоту обработанной поверхности не менее Rz=3,2.

Испытания на жаростойкость проводились в соответствии с ГОСТ 6130-71 с использованием цилиндрических образцов диаметром 15 мм и высотой 20 мм. Нагрев образцов проводился в печах электросопротивления в атмосфере воздуха с влажностью 55-60%. Жаростойкость сплавов оценивали по привесу образцов Δm/s (г/м2) при температурах 700 и 750°С и выдержке 100 ч с периодическим взвешиванием испытуемых образцов через каждые 25 ч.

Составы предлагаемого сплава №1-3 и сплава-прототипа №4 приведены в таблице 1.

В таблице 2 приведены характеристики жаростойкости предлагаемых сплавов №1-3 и сплава-прототипа №4.

Как видно из таблицы 2, предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип по жаростойкости при температуре 700°С на 14,7% и при температуре 750°С на 36,0%.

Использование предлагаемого сплава в качестве жаростойкого материала позволит обеспечить надежную работу конструкции в течение всего ресурса.

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, ниобий, цирконий, тантал, вольфрам, молибден, кремний и углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит рений и бор при следующем соотношении компонентов, 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

2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь ≤0,07 мас.%.

3. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит железо ≤0,03 мас.%.

4. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром ≤0,02 мас.%.

5. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание примесей составляет ≤0,12 мас.%.

6. Изделие из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.



 

Похожие патенты:

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.

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 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