Литейный сплав на основе титана

Авторы патента:

Иксанов Максим Владимирович (RU)

Леонов Валерий Петрович (RU)

Кудрявцев Анатолий Сергеевич (RU)

Чудаков Евгений Васильевич (RU)

Молчанова Нэлли Федоровна (RU)

C22C14/00 - Сплавы на основе титана

Владельцы патента RU 2614228:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к свариваемым литейным сплавам на основе титана и предназначенным для изготовления фасонных отливок литых и сварных гребных винтов, рабочих колес водометных движителей, насосов. Литейный сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 3,5-5,0, углерод 0,02-0,14, кислород 0,05-0,14, водород 0,002-0,008, железо 0,02-0,20, кремний 0,02-0,10, ванадий 1,5-2,5, бор 0,001-0,003, титан и примеси - остальное, при выполнении следующего соотношения Fe+Si≤0,25 мас.%. Сплав характеризуется высокой жидкотекучестью и комплексом механических свойств, обеспечивающих качество и надежность как литых, так и сварных соединений. 2 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к металлургии свариваемых литейных сплавов на основе титана, и предназначено для изготовления фасонных отливок гребных винтов, рабочих колес водометных движителей, насосов и др., используемых в ответственных сварно-литых конструкциях судостроения, химической и других отраслей промышленности.

Известны литейные свариваемые сплавы на основе титана: марки ВТ1Л, марки ВТ6Л, недостатками этих сплавов являются в одном случае пониженная прочность, в другом недостаточная пластичность (Н.Ф. Аношкин, А.Ф. Белов, Б.И. Бондарев и др. Производство фасонных отливок из титановых сплавов. М.: ВИЛС, 1988).

Известен литейный сплав на основе титана, патент №2547371 от 11.03.2015 г., RU, который также имеет хорошие литейные свойства, но прочностные характеристики его недостаточны.

Наиболее близким по технической сущности и составу ингредиентов является сплав марки ВТ5Л, взятый в качестве прототипа, содержащий алюминий 4,1-6,2%, углерод 0,20%, кислород 0,20%, водород 0,015%, железо 0,35%, кремний 0,20%, цирконий 0, 80%, вольфрам 0,20%, в том числе прочие примеси 0,30% (Н.Ф. Аношкин, А.Ф. Белов, Б.И. Бондарев и др. Производство фасонных отливок из титановых сплавов. М.: ВИЛС, 1988).

Недостатками сплава являются: плохая жидкотекучесть при заливке форм из огнеупорных окислов, низкие показатели пластичности и ударной вязкости, склонность к образованию трещин в сварных соединениях. Причиной этих недостатков является повышенное содержание в составе сплава: углерода, водорода, железа, кислорода, кремния, вольфрама.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание литейного сплава на основе титана, обладающего повышенной жидкотекучестью при заполнении литейных форм из огнеупорных окислов, высокой пластичностью и ударной вязкостью при сохранении хороших сварочных свойств.

Технический результат достигается за счет того, что сплав на основе титана, содержащий алюминий, углерод, кислород, водород, железо, кремний, дополнительно содержит ванадий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	3,5-5,0
углерод	0,02-0,14
кислород	0,05-0,14
водород	0,002-0,008
железо	0,02-0,20
кремний	0,02-0,10
ванадий	1,5-2,5
бор	0,001-0,003
титан и примеси	остальное

при выполнении следующего условия Fe+Si≤0,25%.

Выполнение условия Fe+Si≤0,25% предупреждает коагуляцию железа и кремния по границам зерен, которая ведет к охрупчиванию сплава.

При содержании в сплаве Fe+Si>0,25% снижается жидкотекучесть и показатели пластичности сплава.

Ванадий, изоморфный β-стабилизирующий элемент, в пределах 1,5-2,5% понижает температурный интервал кристаллизации, что обеспечивает хорошую жидкотекучесть. Ванадий подавляет мартенситное превращение и повышает качество сварных соединений. Ванадий при содержании менее 1,5% не влияет на интервал кристаллизации. При содержании ванадия более 2,5% увеличивается количество β-стабилизирующих элементов, которые снижают жидкотекучесть.

При содержании алюминия более 5,0% образуется пересыщенный α-твердый раствор, который при медленном охлаждении склонен к распаду с образованием α₂-фазы, имеющей стехиометрический состав типа Ti₃Al. Образование этой фазы сопровождается потерей пластичности и образованием трещин в сварных соединениях. При содержании алюминия менее 3,5% понижается жидкотекучесть.

При содержании углерода более 0,12% снижается жидкотекучесть и пластичность. Содержание углерода менее 0,02% технологически невыполнимо при проведении плавки в вакуумной дуговой гарниссажной печи.

При содержании кислорода более 0,14% происходит снижение пластичности и образование трещин в сварных соединениях. При содержании кислорода менее 0,05% снижается прочность.

При содержании водорода более 0,008% происходит снижение пластичности и образование трещин в сварных соединениях. Содержание водорода менее 0,002% невыполнимо технологически при проведении плавки в вакуумной дуговой гарниссажной печи.

При содержании железа более 0,20% увеличивается температурный интервал кристаллизации, что ведет к снижению жидкотекучести.

При содержании кремния более 0,10% образуется хрупкая фаза Ti₂Si₃, которая снижает пластичность и жидкотекучесть.

Бор в заданных пределах 0,001-0,003 введен для измельчения структуры и повышения пластичности. При содержании бора менее 0,001% эффект измельчения зерна отсутствует, при содержании бора более 0,003% он образует бориды, снижающие пластические характеристики сплава.

Пример выполнения

Составы сплавов предлагаемого и известного выплавляли в вакуумной дуговой гарниссажной плавильно-заливочной печи.

Из предлагаемого и известного сплава отливали литые заготовки типа «плита» размером 20×300×400 мм для изготовления образцов. Заливку металла выполняли в формы из магнезита. Показатели механических свойств определяли при испытаниях на разрыв по ГОСТ 1497-84 и ударных образцах по ГОСТ 4697. Для оценки качества сварного соединения изготавливали образцы для определения полной работы разрушения образца с исходной трещиной при ударном изгибе - Ату.

Химический состав предлагаемого и известного сплава приведен в таблице 1.

Жидкотекучесть определяли на технологических пробах со спиральным измерительным каналом.

Канал с сечением в виде треугольника высотой 26 мм и основанием 8 мм имеет спиралевидную форму и расположен горизонтально. Длина канала составляет 700 мм.

Жидкотекучесть определяли при одинаковой температуре заливки металла. Формы заливали стационарно.

Показателем жидкотекучести является длина залитой спиральной пробы.

Результаты определения показателей пластичности, работы разрушения металла сварного шва и определения жидкотекучести приведены в таблице 2.

По сравнению с известным сплавом предлагаемый сплав обладает следующими преимуществами.

Жидкотекучесть выше примерно на 40%, работа разрушения при ударном изгибе сварного соединения и показатели пластичности выше в 3 раза.

Литейный сплав на основе титана, содержащий алюминий, углерод, кислород, водород, железо и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	3,5-5,0
углерод	0,02-0,14
кислород	0,05-0,14
водород	0,002-0,008
железо	0,02-0,20
кремний	0,02-0,10
ванадий	1,5-2,5
бор	0,001-0,003
титан и примеси	остальное,

при выполнении условия Fe+Si≤0,25 мас.%.

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к композиционным материалам на основе нитинола, и предназначено для изготовления деталей микромашин и механизмов, медицинских инструментов.

Способ изготовления расходуемых электродов из сплавов на основе интерметаллидов титана и алюминия // 2613832

Изобретение относится к изготовлению расходуемого электрода для выплавки слитков титан-алюминиевых сплавов, содержащих 15-63 мас. % алюминия.

Способ получения низкомодульных сплавов на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением // 2612480

1. Способ относится к получению низкомодульного сплава на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением и может найти применение в области аддитивных технологий в медицине в качестве материалов для имплантатов.

Способ изготовления композитных заготовок на основе титана // 2612106

Изобретение относится к изготовлению композитных заготовок на основе титана. Способ включает приготовление шихты, содержащей отходы титановых сплавов, и компактирование шихты в заготовки путем прессования.

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него // 2610657

Изобретение относится к области металлургии, а именно к титановым сплавам, предназначенным для использования в качестве высокопрочного конструкционного термически упрочняемого материала для изготовления деталей силовых конструкций авиационной и космической техники, энергетических установок, ракет, длительно работающих при температурах до 350°C.

Экономнолегированный титановый сплав // 2610193

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию конструкционных титановых сплавов, предназначенных для изготовления средненагруженных деталей, в том числе для набора планера воздушного судна, работающих длительно при температурах от -70 до +400°С.

Способ получения мелкодисперсного порошка титана // 2609762

Изобретение относится к мелкодисперсному получению порошка титана. Способ включает активирование исходного материала, гидрирование, измельчение полученного гидрида титана, термическое разложение гидрида титана в вакууме и измельчение образовавшегося титанового спека.

Сплав на основе титана (варианты) и изделие, выполненное из него // 2606677

Изобретение относится к области металлургии, а именно к титановым сплавам, используемым для изготовления силовых конструкций, длительно работающих при температурах до 350 °С.

Способ получения сплава, содержащего титан, железо, хром и кремний, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, железа, хрома и кремния, и устройство для его осуществления // 2606670

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 получения сплава, состоящего из титана, железа, хрома и циркония, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, железа, хрома и циркония, и устройство для его осуществления // 2606669

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.

Сплав на основе титана // 2614229

Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам на основе титана для изготовления труб, используемым для теплопередающих элементов водяных парогенерирующих аппаратов атомных энергетических установок, нефтеперерабатывающей и нефтехимических предприятий. Сплав на основе титана содержит, мас %: алюминий 1,8-2,5, углерод 0,05-0,10, цирконий 2,0-3,0, железо 0,05-0,25, кремний 0,02-0,05, азот 0,01-0,04, кислород 0,03-0,10, водород 0,002-0,004, палладий 0,05-0,15, титан – остальное. Сплав характеризуется высокой стойкостью против общей, щелевой и питтинговой коррозии в солесодержащих средах с pH 2,5-4,0 и температурой до 250°C. 2 табл., 1 пр.

Сплав на основе гамма-алюминида титана // 2614354

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе интерметаллидов титана и алюминия, и может быть использовано для изготовления методами литья или обработки давлением изделий, предназначенных для применения в конструкции авиационных газотурбинных двигателей и наземных энергетических установок. Сплав на основе гамма-алюминида титана содержит, мас. %: алюминий 29,0-33,0, ниобий 5,0-9,0, вольфрам 1,0-2,0, молибден 2,0-4,0, ванадий 1,0-3,0, бор 0,003-0,1, титан - остальное. Массовое соотношение молибдена и вольфрама в сплаве составляет 2:1. Сплав может дополнительно содержать железо в количестве от 0,003 до 0,3 мас. % и/или кислород в количестве от 0,003 до 0,15 мас. %. Техническим результатом изобретения является повышение абсолютных и удельных значений пределов прочности и текучести при температурах 20 и 750°С, а также повышение рабочей температуры сплава до 800°С за счет обеспечения термической стабильности структуры и высокого предела длительной прочности. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 пр.

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него // 2614355

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе тинана, и может быть использовано при изготовлении тяжелонагруженных деталей и узлов, работающих при температуре до 600°С. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 6,0-8,0, молибден - 0,4-1,3, олово - 1,5-3,5, цирконий 1,0-5,0, железо - 0,05-0,4, ниобий - 0,4-1,4, кремний - 0,1-0,4, тантал - 0,2-1,0, вольфрам - 0,3-1,3, бериллий - 0,01-0,15, титан - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями кратковременной прочности при температурах 20°С и 600°С. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него // 2614356

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве высокопрочного конструкционного термически упрочняемого материала. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 1,5-4,5; ванадий 13,5-19,0; хром 2,0-5,0; олово 2,0-4,0; молибден 0,5-2,5; цирконий 0,5-2,5; ниобий 0,01-0,40; иттрий 0,005-0,150; титан и примеси - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями пластичности, термической стабильности и предела ползучести в термически упрочненном состоянии при сохранении значений вязкости разрушения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.

Альфа/бета титановый сплав с высокой прочностью и пластичностью // 2616676

Изобретение относится к области металлургии, а именно к альфа/бета титановым сплавам с высокой прочностью и пластичностью. Альфа/бета титановый сплав содержит, мас.%: от 3,9 до 4,5 алюминия, от 2,2 до 3,0 ванадия, от 1,2 до 1,8 железа, от 0,24 до 0,30 кислорода, до 0,08 углерода максимум, до 0,05 азота максимум, до 0,015 водорода максимум, в общей сложности до 0,30 других элементов: менее чем 0,005 каждого из бора и иттрия, не более чем 0,10 каждого из олова, циркония, молибдена, хрома, никеля, кремния, меди, ниобия, тантала, марганца и кобальта, и остальное - титан и случайные примеси. Сплав характеризуется высокими механическими свойствами при снижении веса. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 3 пр.

Способ изготовления детали, выполненной из титанового сплава ta6zr4de // 2616691

Изобретение относится к металлургии, а именно к изготовлению деталей из сплава TA6Zr4DE, и может быть использовано при изготовлении вращающихся деталей турбомашины. Способ изготовления детали турбомашины, выполненной из титанового сплава TA6Zr4DE, включает ковку заготовки в альфа-бета-области с образованием предварительно отформованной заготовки, горячую штамповку предварительно отформованной заготовки в бета-области титанового сплава с получением необработанной детали и термическую обработку. Горячую штамповку ведут с обеспечением во всех точках детали общей эквивалентной деформации, большей или равной 1,2, причем горячую штамповку завершают закалкой со скоростью охлаждения более 85°C/мин. Реализуется минимальная общая эквивалентная деформация, достигаются высокие значения прочности. Увеличивается срок службы детали. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Способ получения композитного титан-ниобиевого порошка для аддитивных технологий // 2617572

Изобретение относится к получению композитного титан-ниобиевого порошка для аддитивных технологий. Способ включает механическую активацию смеси порошков титана и ниобия с добавлением противоагломерирующего компонента. Механическую активацию смеси порошков титана и ниобия ведут в планетарной шаровой мельнице ударно-фрикционного типа в течение 10-20 мин, с ускорением мелющих тел 40 g, при соотношении объемов смеси порошков и мелющих тел, равном 1:20, а в качестве противоагломерирующего компонента используют этиловый спирт. Обеспечивается однородное распределение титана и ниобия по объему композита. 3 з.п. ф-лы, 1 пр.

Титановый сплав для крепежа // 2618016

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу изготовления крепежных изделий из титанового сплава с заданными механическими свойствами, и может быть использовано в аэрокосмической отрасли. Способ изготовления титанового сплава включает обеспечение наличия титанового сплава, полученного с использованием по меньшей мере 50% титанового скрапа, отжиг титанового сплава, причем титановый сплав содержит, мас.%: от 5,50 до 6,75 алюминия, от 3,50 до 4,50 ванадия, от 0,25 до 0,50 кислорода и от 0,40 до 0,80 железа. Обеспечивается получение титанового сплава, имеющего высокий уровень содержаний кислорода и железа, с высокими механическими характеристиками. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ нанесения алюминида титана и изделие с поверхностью из алюминида титана // 2619419

Изобретение относится к способам нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие и к металлическому изделию с указанным покрытием. Способ нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие включает холодное напыление алюминида титана на изделие для формирования покрытия из алюминида титана, причем покрытие из алюминида титана включает тонкую гамма/альфа2 структуру, а алюминид титана, нанесенный на изделие холодным напылением, имеет состав, включающий 45 мас. % титана и 50 мас. % алюминия. В варианте осуществления заявленного изобретения холодное напыление алюминида титана осуществляют из порошкового твердого сырья порошка сплава. Обеспечивается высокая стойкость к высокотемпературному окислению поверхности, а также ремонт изделия, подвергающегося усталостному разрушению, имеющего повреждения от ударов и технологические повреждения. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

Сплав на основе титана // 2619535

Изобретение относится к области металлургии, к сплавам на основе титана, которые могут быть использованы для изготовления деталей приборов. Сплав на основе титана содержит, мас.%: молибден 29,0-35,0; палладий 10,0-15,0; рутений 0,8-1,2; родий 2,6-3,0; титан - остальное. Сплав устойчив к окислению. 1 табл.