Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

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 титановым сплавам, применяемым для изготовления высоконагруженных деталей и узлов, работающих при температурах до 600°С, например для изготовления деформированных полуфабрикатов в виде дисковых и лопаточных заготовок для деталей компрессора газотурбинных двигателей (ГТД).

Из /RU 2039112 Сl, 09.07.1995/ известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. %:

алюминий 5,8-6,6
молибден 0,8-1,5
цирконий 2,0-4,0
железо 0,06-0,13
кремний 0,25-0,45
олово 2,5-4,5
ниобий 0,8-2,5
кислород 0,05-0,12
углерод 0,05-0,1
вольфрам 0,35-0,8
титан остальное

Недостатком сплава является относительно низкий уровень прочности в интервале температур от 20 до 550°С и узкий температурный интервал обработки давлением в двухфазной области (≈100°С).

Из /CN 101988167 А, 23.03.2010/ известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. %:

алюминий 6,2-6,5
цирконий 3,5-4,0
олово 2,0-2,5
молибден 0,1-0,3
ниобий 0,6-0,9
кремний 0,3-0,4
неодим 0,4-0,8
титан остальное

Недостатком сплава является низкий уровень прочностных свойств при комнатной и повышенных температурах, недостаточный уровень технологической пластичности при обработке давлением, что ограничивает применение сплава лишь сравнительно крупногабаритными поковками и штамповками, изготавливаемыми деформацией при высоких температурах.

Наиболее близким аналогом по составу и назначению является сплав на основе титана, раскрытый в /RU 2507289 С1, 20.02.2014/, который имеет следующий химический состав, мас. %:

алюминий 5,0-6,6
молибден 1,5-2,5
цирконий 1,0-2,8
ванадий 0,4-1,4
железо 0,08-0,40
кремний 0,08-0,28
олово 1,5-3,8
ниобий 0,4-1,2
кислород 0,02-0,18
углерод 0,008-0,080
титан остальное

Недостатком сплава-прототипа является недостаточно высокий уровень прочности при комнатной и повышенных температурах. Высокий уровень пластичности может свидетельствовать о недостаточно высоких эксплуатационных характеристиках при повышенной температуре, в том числе кратковременной и длительной прочности при 600°С, что связано с недостаточной степенью дисперсионного и твердорастворного упрочнения α-и β-твердых растворов сплава.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение уровня кратковременной прочности титанового сплава при температуре 20°С на 4,0-7,5% и при 6000°С на 8,5-11,5% относительно прототипа при сохранении пластичности при 20°С на удовлетворительном уровне.

Для достижения поставленного технического результата предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, олово, цирконий, железо, ниобий, кремний, при этом он дополнительно содержит тантал, вольфрам и бериллий при следующем соотношении компонентов, 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

Также предложено изделие, выполненное из этого сплава.

Для достижения высокого уровня комплекса физико-механических свойств (прочности, жаропрочности, термической стабильности и технологичности) в сплав в указанном количестве были введены тантал, вольфрам и бериллий, являющиеся β-стабилизаторами. Данные элементы повышают сопротивление сплава окислению, температуру рекристаллизации и оказывают модифицирующее воздействие, повышающее уровень кратковременной прочности при повышенных температурах.

Сплав содержит близкое для жаропрочных титановых сплавов к предельно возможному количество α-стабилизирующего легирующего элемента (алюминий) и нейтральных упрочнителей (олово, цирконий), позволяющих обеспечить его высокую термостабильность и жаропрочность. Дальнейшее увеличение их количества в сплаве неизбежно приведет к снижению термической стабильности, а уменьшение их количества вызовет падение жаропрочных свойств.

Легирование сплава β-стабилизаторами (молибден, ниобий, тантал, вольфрам, железо) в указанных пределах позволяет повысить за счет твердорастворного упрочнения уровень кратковременной прочности при 20°С и обеспечить необходимый уровень его технологической пластичности при обработке давлением в верхнем температурном интервале (α+β)-области.

Поскольку жаропрочные сплавы в большинстве случаев при рабочей температуре характеризуются метастабильным фазовым составом, существенную роль для них приобретают процессы высокотемпературной диффузии и рекристаллизации. Подавление или замедление этих процессов позволяет повысить не только термостабильность сплава, но и его жаропрочность и жаростойкость. С данной целью в сплав введены Та и W, которые повышают температуру рекристаллизации приблизительно на 50°С и, следовательно, тормозят процессы распада метастабильных структур. Кроме этого, тантал, имея высокое сродство к кислороду, препятствует его диффузии в кристаллической решетке. Также тантал повышает сопротивление сплава проникающему окислению.

Кремний в указанном количестве позволяет реализовать одновременно твердорастворный и дисперсионный механизмы упрочнения благодаря наличию в структуре сплава силицидов. За счет своей высокой термической стабильности силициды позволяют повысить жаропрочность сплава. При меньшем содержании кремния количество силицидов недостаточно для значимого повышения жаропрочности, а при превышении указанного количества образуется слишком большое количество крупных выделений силицидов, снижающих пластичность, технологичность сплава и характеристики его длительной работоспособности.

Микродобавки бериллия обеспечивают модифицирующее воздействие на структуру сплава, что приводит к получению более мелкодисперсной и однородно распределенной в объеме полуфабриката структуры. Введение бериллия в меньшем количестве не оказывает необходимого модифицирующего воздействия. Добавление большего количества бериллия в сплав нецелесообразно, поскольку в данном случае потребуется обеспечить специальные меры по организации производства и защите персонала от его негативного воздействия. По причине очень низкой растворимости бериллия в α-фазе титана введение в сплав бериллия в большем количестве приводит к образованию большого количества частиц интерметаллидов, приводящих к охрупчиванию сплава и снижению его технологичности.

Примеры осуществления

Предлагаемый сплав и сплав-прототип в виде слитков выплавляли методом тройного вакуумно-дугового переплава. Затем слитки подвергали деформационной обработке путем осадки и всесторонней ковки в квазиизотермических условиях на сутунки. Полученные сутунки были подготовлены под прокатку путем строгания по всем поверхностям. После прокатки и резки на полосы они были осажены в квазиизотермических условиях на профилированные заготовки, которые подвергались окончательной термической обработке и испытаниям.

В таблице 1 приведен химический состав выплавленных слитков.

Далее определяли следующие характеристики полученных полуфабрикатов:

- предел прочности и относительное удлинение образцов при температуре 20°С определяли путем проведения испытаний на растяжение по ГОСТ 1497;

- предел прочности и относительное удлинение образцов при температуре 600°С определяли путем проведения испытаний на растяжение по ГОСТ 9651.

В таблице 2 приведены механические свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

Как видно из таблицы 2, в предлагаемом сплаве по сравнению со сплавом-прототипом повысился уровень предела прочности при температуре 20°С на 4,0-7,5% и при 600°С на 8,5-11,5% при сохранении пластичности при 20°С на удовлетворительном уровне.

Предлагаемый сплав может быть применен в качестве жаропрочного материала для изготовления деталей (лопаток и дисков) компрессора авиационных газотурбинных двигателей, а также деталей турбин энергетического машиностроения. Изобретение позволит повысить ресурс деталей и весовую эффективность двигателей ГТД за счет более высокого по сравнению с аналогами уровня прочности при рабочей температуре до 600°С.

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

2. Изделие, выполненное 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 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.

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.

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.

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 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.

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.

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.
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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к области металлургии, в частности легированным сплавам на основе TiAl с преобладающей фазой γ-TiAl, и может быть использовано при изготовлении компонентов авиационных газотурбинных двигателей. Сплав на основе TiAl содержит, ат.%: алюминий 44-47, ниобий 5-8, хром 1-3, цирконий 1-3, Ti – остальное. Суммарное содержание переходных металлов Nb, Cr и Zr составляет не более 12 ат.%. Сплав имеет упорядоченную дуплексную структуру (γ+α2)/γ/В2. Сплав характеризуется высокими механическими свойствами, в частности жаропрочностью и сопротивлением ползучести до температур 900-950°С при низкой плотности менее 4,2 г/см3. 1 ил., 1 табл.

Лигатура // 2625148
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам лигатур, используемых в производстве сплавов на основе титана. Лигатура содержит, мас. %: алюминий 25,0-35,0; ванадий 25,0-35,0; ниобий 5,0-15,0; титан остальное. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению высококачественных слитков и заготовок изделий из легированных интерметаллических сплавов на основе гамма-алюминида титана. Способ обработки интерметаллических сплавов на основе гамма-алюминида титана, включающий направленную бестигельную зонную перекристаллизацию литой цилиндрической заготовки из интерметаллического сплава на основе гамма-алюминида титана в атмосфере инертного газа. Направленную бестигельную зонную перекристаллизацию заготовки ведут в вертикальном реакторе, при этом нагрев и плавление заготовки осуществляют посредством перемещающегося снизу вверх с постоянной скоростью 150 мм/ч индуктора с мощностью, обеспечивающей длину расплавляемой зоны, не превышающую диаметр отливки, и осевым градиентом температуры не менее 300°С/см, с использованием переменного индукционного тока с частотой в диапазоне 10 кГц - 1 МГц. В качестве инертного газа используют аргон или гелий. Увеличиваются значения пределов текучести и прочности сплавов, повышается однородность механических свойств за счет создания упорядоченной ламельно-гранулярной фазовой микроструктуры сплавов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 1 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.

Наверх