Литейный сплав на основе титана



Литейный сплав на основе титана
Литейный сплав 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.%.



 

Похожие патенты:

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

Изобретение относится к изготовлению расходуемого электрода для выплавки слитков титан-алюминиевых сплавов, содержащих 15-63 мас. % алюминия.
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.
Изобретение относится к изготовлению композитных заготовок на основе титана. Способ включает приготовление шихты, содержащей отходы титановых сплавов, и компактирование шихты в заготовки путем прессования.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.
Наверх