Литейный сплав на основе титана

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к свариваемым литейным сплавам на основе титана, и предназначено для изготовления фасонных отливок, используемых в ответственных сварно-литых конструкциях энергомашиностроения при температуре до 450°С. Литейный свариваемый сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 5,0-6,0, молибден 1,0-2,0, ванадий 1,0-2,0, углерод 0,06-0,14, кислород 0,05-0,12, водород 0,002-0,008 железо 0,02-0,15, кремний 0,05-0,08. Сплав характеризуется высоким пределом ползучести при 450°С и высоким качеством сварных соединений. 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к металлургии свариваемых, жаропрочных литейных сплавов на основе титана, и предназначено для изготовления фасонных отливок, используемых в ответственных сварно-литых конструкциях энергомашиностроения при температуре до 450°С.

Известны литейные жаропрочные (α+β) сплавы на основе титана марок ВТ8Л и ВТ9Л (Н.Ф. Аношкин, А.Ф. Белов, Б.И. Бондарев и др. Производство фасонных отливок из титановых сплавов, М., ВИЛС, 1988).

Сплавы этой группы имеют достаточно высокий предел прочности. Недостатком этих сплавов являются низкие показатели пластичности, ударной вязкости и склонность к растрескиванию сварных соединений из-за повышенного содержания молибдена, кислорода, железа, кремния.

Известен жаропрочный литейный псевдо α-сплав марки IMI 834, содержащий 5,8% Al, 4% Sn, 3,5% Zr, 0,7% Nb, 0,5% Mo, 0,33% Si. Недостатком этого сплава является склонность к растрескиванию сварных соединений из-за повышенного содержания кремния (А.А. Ильин, Б.А. Колачев, И.С. Полькин. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. ВИЛС-МАТИ, М., 2009).

Наиболее близким по технической сущности и составу ингредиентов является литейный сплав марки ВТ20Л, взятый в качестве прототипа, содержащий алюминий 5,5-6,8%, молибден 0,5-2,0%, ванадий 0,8-1,8%, цирконий 1,5-2,5% и примеси (не более): углерод 0,15%, кислород 0,15%, водород 0,015%), железо 0,30%, кремний 0,15%, (Н.Ф. Аношкин, А.Ф. Белов, Б.И. Бондарев и др. Производство фасонных отливок из титановых сплавов, М., ВИЛС. 1988). Сплав обладает достаточно хорошим комплексом механических свойств, но ограниченно используется в сварных соединениях из-за склонности к образованию в них трещин из-за повышенного содержания алюминия, углерода, водорода, железа, кислорода. Недостатками сплава при температуре 450°С являются более низкие значения ползучести по сравнению с требованиями для ответственных литосварных конструкций энергомашиностроения, склонность к образованию трещин в сварных соединениях

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание литейного свариваемого сплава на основе титана, обладающего более высоким пределом ползучести при температуре 450°С и хорошим качеством сварных соединений, чем известный сплав.

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

алюминий 5,0-6,0
молибден 1,0-2,0
ванадий 1,0-2,0
углерод 0,06-0,14
кислород 0,05-0,12
водород 0,002-0,008
железо 0,02-0,15
кремний 0,05-0,08,

при выполнении следующих соотношений: Fe+Si≤0,20%.

Выполнение условия Fe+Si≤0,20% рассматривается как комплексное легирование сплава, способствующее получению однородного структурного состояния, что приводит к повышению длительной прочности и сопротивления ползучести.

Содержание Fe+Si≥0,20% ведет к образованию сегрегации железа и кремния по границам зерен, что вызывает охрупчивание сплава, снижение пластических свойств и образованию трещин в сварных соединениях.

Алюминий в указанных пределах повышает прочность и жаропрочность, при содержании алюминия выше 6,0% происходит снижение пластичности основного металла и сварных соединений, предела ползучести за счет протекания процессов упорядочения в α-фазе. При содержании менее 5,0% снижается прочность и жаропрочность.

Молибден в указанных пределах повышает предел длительной прочности и ползучести. При содержании молибдена более 2,0% возможно образование трещин в сварных соединениях за счет образования малопластичной α'-фазы в зоне термического влияния и снижение предела ползучести. При содержании молибдена ниже 1,0% происходит снижение прочности и длительной прочности при температуре 450°С.

Ванадий при содержании 1,0-2,0% повышает статическую и длительную прочность за счет твердорастворного упрочнения. Ванадий за счет воздействия на параметры решетки α-титана уменьшает соотношение осей кристаллической решетки, что ведет к повышению способности α-фазы к пластической деформации и повышению качества сварных соединений. Ванадий при содержании менее 1,0% не обеспечивает повышение прочности. При содержании ванадия более 2,0% увеличивается количество β-фазы, что ведет к снижению сопротивления ползучести при 450°С.

При содержании углерода более 0,14% образуется карбид титана TiC, снижается пластичность и предел ползучести. Содержание углерода менее 0,05% снижает жаропрочность.

Содержание кислорода более 0,12% ведет к снижению пластичности и предела ползучести, образованию трещин в сварных соединениях. Содержание кислорода менее 0,05% ведет к снижению прочности.

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.

Содержание железа более 0,15% ведет к снижению пластичности сплава и качества сварных соединений. Содержание железа менее 0,02% технологически невыполнимо из-за содержания железа в титановой губке.

При содержании кремния более 0,08% образуется хрупкая фаза Ti2Si3, которая снижает пластичность и качество сварных соединений.

В заявляемом изобретении легирующие и примесные элементы (кислород, кремний, железо) находятся в таком соотношении, чтобы обеспечить повышенное сопротивление ползучести при температуре 450°С.

Пример выполнения

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

Из предлагаемого и известного сплавов 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 9454-78. Оценку качества сварного соединения проводили при определении работы разрушения образцов с исходной трещиной при ударном изгибе ату. За критерий оценки свариваемости принято равенство свойств сварного соединения по сравнению с основным материалом.

Испытания на длительную прочность в соответствии с ГОСТ 10145-81 проводили на образцах с диаметром рабочей части 5 мм, продолжительность испытания 100 часов, температура испытаний +450°С.

Испытания на ползучесть проводили в соответствии с ГОСТ 3248-81 на цилиндрических образцах диаметром 5 мм. За предел ползучести принимали напряжение, при котором остаточная деформации за промежуток 100 часов не превысила величины 0,2%.

Химический состав предлагаемого и известного сплавов приведен в таблице 1. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Литейный свариваемый сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден ванадий, углерод, кислород, водород, железо и кремний, отличающийся тем, что компоненты находятся при следующем соотношении, мас.%:

алюминий 5,0-6,0
молибден 1,0-2,0
ванадий 1,0-2,0
углерод 0,06-0,14
кислород 0,05-0,12
водород 0,002-0,008
железо 0,02-0,15
кремний 0,05-0,08,

при выполнении следующего соотношения: Fe+Si≤0,20%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности легированным сплавам на основе γ-TiAl. Интерметаллический сплав на основе TiAl содержит, ат.%: алюминий 44-46, ниобий 5-7, хром 1-3, цирконий 1-2, бор 0,1-0,5, лантан ≤0,2, титан - остальное.

Изобретение относится к технологии получения компактных полуфабрикатов из сплавов на основе интерметаллида TiNi. Способ включает гидридно-кальциевый синтез порошковой смеси, ее консолидацию путем прессования и вакуумного спекания с последующей термомеханической обработкой.

Изобретение относится к получению заготовок из сплавов на основе интерметаллида TiNi. Способ включает приготовление порошковой смеси из TiO2, Ni и/или оксида никеля и гидрида кальция, термическую обработку полученной смеси при температуре 1100-1300°С в течение не менее 6 часов с обеспечением гидридно-кальциевого синтеза порошка сплавов на основе интерметаллида TiNi.

Изобретение относится к области специальной металлургии, в частности к получению электродов из сплавов на основе алюминида титана. Способ включает получение литого интерметаллидного полуфабриката методом центробежного СВС-литья с использованием реакционной смеси при следующем соотношении компонентов, вес.%: целевой состав 57,5 - 62,0, энергетическая добавка 35,0-40,0, флюс CaF2 2,5-5,0, и последующий вакуумный индукционный переплав полученного полуфабриката в медном водоохлаждаемом тигле с введением в расплав за 1-2 минуты до его разливки в кристаллизатор порошковой лигатуры, состоящей из прессованной смеси алюминия с нанопорошком с удельной поверхностью 5÷30 м2/г, в количестве, обеспечивающем содержание 0,5-7 об.% нанопорошка в расплаве, при этом в качестве целевого используют смесь порошков TiO2, Ti, Al, Ca, Nb2O5 и Cr2O3, а в качестве энергетической добавки смесь порошков CaO2 и Al.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения заготовки из титанового сплава, и может быть использовано для изготовления деталей самолета.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к интерметаллидным сплавам на основе титана, и может быть использовано для изготовления деталей авиационной и космической техники, длительно работающих до 700°С.

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.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению высококачественных слитков и заготовок изделий из легированных интерметаллических сплавов на основе гамма-алюминида титана.

Лигатура // 2625148
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам лигатур, используемых в производстве сплавов на основе титана. Лигатура содержит, мас.

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.

Группа изобретений относится к получению суперсплава, состоящего из титана, алюминия, железа, хрома, меди и кремния, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, алюминия, железа, хрома, меди и кремния. Способ включает генерацию магнитных полей, накладываемых на порции перерабатываемой сырьевой массы, восстановление металлов из руд при непрерывном перемешивании сырьевой массы с последующим накоплением и формированием продукта в виде кольцевого столбчатого структурного образования суперсплава. При этом устройство содержит горизонтальный корпус, состоящий из двух частей, одна из которых является съемной и выполнена в виде накидного съемного колпака, соединенного при помощи кольцевых плоских фланцев с неподвижной его основой в виде цилиндрической обечайки. Техническим результатом является возможность получения упомянутого сплава непосредственно из рудного сырья. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится получению титансодержащих металлических порошков. Способ включает травление слитков титансодержащего металлического материала, промывку, гидрирование слитков, измельчение полученного гидрида в порошок, дегидрирование полученного порошка гидрида путем термического разложения при вакуумировании и повторное измельчение дегидрированного порошка. Травление ведут в растворе смеси соляной и плавиковой кислот, содержащем 90 об.% соляной кислоты и 10 об.% плавиковой кислоты, при этом дегидрирование периодически прерывают и подвергают порошок гидрида воздействию инертного газа в течение 55-60 с при давлении инертного газа 0,5-0,7 МПа. Первое воздействие на порошок гидрида инертным газом производят через 1-1,5 ч после начала дегидрирования, а последующие воздействия инертным газом производят через 55-60 мин дегидрирования при вакуумировании. Обеспечивается снижение содержания водорода в мелкодисперсных титансодержащих порошках узкого гранулометрического состава. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к получению интерметаллидного ортосплава на основе титана. Способ включает перемешивание порошков титана и ниобия с обеспечением механического легирования порошка титана порошком ниобия в течение 8-24 ч, затем проводят механическое перемешивание легированного ниобием порошка титана с порошком алюминия. Полученную порошковую смесь компонентов сплава наносят на металлическую платформу слоями толщиной 35-150 мкм с лазерным плавлением слоев постоянным непрерывным лазером мощностью 400-1000 Вт со скоростью сканирования 300-1000 мм/с. Обеспечивается высокая химическая однородность интерметаллидного ортосплава на основе титана. 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 табл.
Наверх