Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

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 области цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве высокопрочного конструкционного термически упрочняемого материала. Из сплава могут быть изготовлены деформированные полуфабрикаты широкой номенклатуры (листы, лента, фольга, плиты, прутки, штамповки и др.), которые могут быть использованы в силовых конструкциях авиационной и космической техники, энергетических установок и ракет, длительно работающих при температурах до 350°C.

Из уровня техники известно, что легирование редкими металлами (РМ) и редкоземельными металлами (РЗМ) зачастую используется для повышения прочностных свойств сплавов посредством преимущественно дисперсионного упрочнения (доля твердорастворного упрочнения в ряде примеров относительно невелика).

Так, известен метод формирования направленной текстуры в титановом сплаве, легированном редкими металлами и РЗМ, в количестве до 3 мас.%. Введение РЗМ например эрбия или иттрия в указанном количестве позволяет получить в структуре сплава не менее 0,5 об.% стабильных и стойких при температурах выше Тпп дисперсных частиц, что и вызывает повышение его прочностных и жаропрочных свойств (US 5074907, C22C 14/00, опубл. 24.12.1991).

К недостаткам данного способа относится то, что для изготовления полуфабрикатов требуется применение методов порошковой металлургии, а направленная текстура характеризуется выраженной анизотропией свойств. Использование металлических порошков, полученных методом газовой атомизации, и операция их последующего спекания существенно повышают стоимость изделий. Известно, что деформированные полуфабрикаты, обладающие выраженной текстурой и анизотропией свойств, обладают значительно более низкими значениями пластических свойств в поперечном направлении, что снижает гарантированный уровень эксплуатационных свойств изделия.

Известен сплав (GB 1479855, С22С 14/00, опубл. 13.07.1977) на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:

алюминий 1,0-6,0
ванадий 0,1-10,0
молибден 5,0-10,0
хром 4,0-12,0
железо 0,1-4,0
никель 0,3-4,0
кислород <0,2
азот <0,1
водород <0,03
углерод <0,05
титан остальное

Недостаток сплава заключается в его низкой технологической пластичности, затрудняющей его обработку и изготовление полуфабрикатов.

Известен сплав (JP 2004068146, C22C 14/00, опубл. 04.03.2004) на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:

алюминий 2,5-5,0
ванадий 15-25
олово 0,5-4,0
кислород <0,2
титан и примеси остальное

Недостаток известного сплава заключается в длительности упрочняющей термической обработки, недостаточном уровне эксплуатационных свойств, обусловленным преимущественным легированием изоморфными β-стабилизаторами.

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является сплав на основе титана (SU 1621543, C22C 14/00, опубл. 15.08.1994), имеющий следующий химический состав, мас.%:

алюминий 2,0-4,0
ванадий 14,0-20,0
хром 2,0-5,0
олово 2,0-4,0
молибден 0,5-3,0
цирконий 0,3-2,0
ниобий 0,01-0,40
титан остальное

Недостатком известного сплава является недостаточный уровень пластичности в термически упрочненном состоянии и циклической прочности.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание титанового сплава, предназначенного для изготовления полуфабрикатов широкого сортамента (листы, плиты, прутки, поковки, штамповки), обладающего повышенным уровнем эксплуатационных свойств.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении значений пластичности, термической стабильности и предела ползучести в термически упрочненном состоянии при сохранении значений вязкости разрушения.

Поставленный технический результат достигается с помощью сплава на основе титана, содержащего алюминий, молибден, ванадий, хром, цирконий, олово, ниобий и иттрий, при следующем соотношении компонентов, 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 дополнительно может содержать кислород в количестве от 0,04 до 0,16 мас.%.

Суммарное содержание олова и циркония должно находиться в пределах от 2,6 до 6,1 мас.%.

Взаимное соотношение алюминия и кислорода может составлять от 40/1 до 20/1 в мас. долях.

Изобретение также относится к изделию из заявленного сплава на основе титана.

Авторами было установлено, что регламентированное содержание кислорода и алюминия обеспечивает повышение предела ползучести. Цирконий образует непрерывный ряд твердых растворов с обеими модификациями титана (α и β), и с увеличением содержания циркония в сплаве возрастает предел прочности, также его добавка существенно повышает длительную прочность и сопротивление ползучести сплава. Кроме того, цирконий в небольших количествах оказывает модифицирующее влияние на структуру сплава, изменяя характер внутризеренной структуры и уменьшая размер зерна. Легирование титана оловом и цирконием при соблюдении установленного взаимного соотношения указанных элементов значительно повышает комплекс механических свойств при комнатной и повышенных температурах (например, жаропрочность и предел ползучести). Также легирование сплава оловом в указанной концентрации позволяет повысить пластичность и ускорить процессы распада β-твердого раствора при старении, что приводит к сокращению трудоемкости и энергозатрат при проведении его термической обработки. Введение в сплав ниобия обеспечивает повышение уровня пластичности и вязкости разрушения. Введение редкоземельного металла иттрия в указанном количестве позволяет реализовать эффект модифицирования и рафинирования микрообъемов сплава, обеспечить более равномерный и однородный распад β-фазы при старении, обусловленный снижением критического размера зародыша частиц α-фазы. Иттрий дополнительно улучшает структурную стабильность границ зерен, повышая тем самым термическую стабильность и предел ползучести сплава.

Легирование титановых сплавов молибденом и ванадием обеспечивает возможность достижения высокого уровня прочностных характеристик и эффективности упрочняющей термической обработки. Совместное легирование сплава данными элементами в указанном количестве способствует за счет умеренного твердорастворного упрочнения получению высокой пластичности при умеренно высоких значениях прочностных свойств.

Выбранное содержание хрома обусловлено тем, что этот элемент хорошо упрочняет титановые сплавы и является сильным β-стабилизатором. Но при легировании сплава хромом больше установленных в данном изобретении максимальных пределов могут при длительных изотермических выдержках образовываться охрупчивающие интерметаллиды (TiCr2), а при выплавке слитков велика вероятность образования химических неоднородностей.

Оптимальное сочетание α- и β-стабилизаторов (алюминия, молибдена, ванадия, хрома и ниобия) позволяет проводить упрочняющую ступенчатую термическую обработку в вакуумных и аргоновакуумных печах, повысить характеристики пластичности и термической стабильности в термически упрочненном состоянии.

Примеры осуществления

Пример 1. Предлагаемый сплав (в соответствии с таблицей №1) в виде слитков выплавляли методом тройного вакуумно-дугового переплава. Затем слитки подвергали деформационной обработке путем всесторонней ковки в обычных или квази-изотермических условиях на сутунки (40-45)×180-220×L мм. Полученные сутунки были подготовлены под прокатку путем строгания по всем поверхностям «как чисто». Прокатка полученных сутунок проводилась последовательно в несколько этапов: горячая прокатка на промежуточный листовой полуфабрикат, далее теплая и холодная прокатки. Промежуточные листовые полуфабрикаты между операциями прокатки подвергались закалке на β-фазу, пескоструйной обработке и травлению. Готовые листы подвергались упрочняющей термической обработке. Прочностные свойства определялись путем проведения испытаний на растяжение при комнатной температуре.

Примеры 2-4 аналогичны примеру 1.

В таблице 1 приведено содержание легирующих элементов выплавленных слитков, механические свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа (таблица 2).

В заявленном сплаве в термически упрочненном состоянии значения пластичности (удлинения) повысились на 15-20%, предела ползучести - повысились на 7-10,5% при сохранении значений вязкости разрушения. Термическая стабильность после выдержки при 400°C в течение 500 ч превышает аналогичные характеристики сплава-прототипа.

Использование предлагаемого сплава на основе титана позволяет изготавливать различные конструктивные элементы силовых конструкций авиационной и космической техники, работающих при температурах до 350°C, что позволить повысить уровень эксплуатационных свойств и надежность по сравнению с традиционно применяемыми титановыми сплавами.

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, цирконий, олово, ниобий, отличающийся тем, что он дополнительно в качестве легирующего элемента содержит иттрий при следующем соотношении компонентов, 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

2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит кислород в количестве от 0,04 до 0,16 мас.%.

3. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание олова и циркония составляет 2,6-6,1 мас.%.

4. Сплав по п. 2, отличающийся тем, что взаимное соотношение алюминия и кислорода составляет от 40/1 до 20/1 в мас. долях.

5. 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 сплавам на основе тинана, и может быть использовано при изготовлении тяжелонагруженных деталей и узлов, работающих при температуре до 600°С.

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 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 способу изготовления никель-титановых прокатных изделий, и может быть использовано для изготовления исполнительно-приводных механизмов, имплантируемых стентов и других медицинских устройств. Способ изготовления никель-титанового прокатного изделия включает горячую ковку слитка при температуре большей или равной 500°С с получением биллета, горячую прутковую прокатку биллета при температуре большей или равной 500°С с получением заготовки, холодную вытяжку заготовки при температуре меньше 500°С с получением прутка и горячее изостатическое прессование (ГИП) в течение по меньшей мере 0,25 часа в печи для ГИП, работающей при температуре в диапазоне от 700°С до 1000°С и давлении в диапазоне от 3000 фунтов на кв. дюйм (20,7 МПа) до 50000 фунтов на кв. дюйм (344,7 МПа). Уменьшается плотность неметаллических включений на единицу площади, что обеспечивает высокое качество поверхности, а также высокую усталостную долговечность изделия. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 8 ил., 10 табл., 5 пр.
Наверх