Многослойный композиционный материал и способ его изготовления

 

Сущность изобретения: многослойный композиционный материал содержит слои на основе сплава титана, между которыми размещены слои интерметаллидного соединения на основе титана и алюминия, а соотношение толщин слоев титанового сплава к слоям интерметаллидного соединения составляет 1:0,75 - 1: 0,5. Материал получают горячим прессованием слоев уложенных на технологическую оправку, причем на титановый сплав предварительно наносят слой алюминия. В процессе горячего прессования между слоями титанового сплава формируют слой интерметаллидного соединения, содержащего 25 - 75 мас.% алюминия, а стехнометрический состав и толщину интерметаллидного слоя, образующего при взаимодействии титанового и алюминиевого сплавов, регулируют температурой ( 1000-1350 °С) прессования и выдержкой (1-3 ч) в нагретом состоянии. 2 с.з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относитя к машиностроению и может быть использовано при изготовлении конструкций ракетно-космической техники.

Целью изобретения является повышение жаропрочности и ресурса работоспособности.

Это достигается тем, что композиционный материал, содержащий слои на основе титана, дополнительно содержит слой интерметаллидного соединения, содержащего 25-75 мас.% алюминия, остальное - титан, при этом соотношение толщин слоев на основе титана к слоям интерметаллидного соединения составляет 1:0,75-1:0,5.

Способ изготовления многослойного композиционного материала, включающий укладку слоев на основе титана и алюминия на технологическую оправку, размещение в герметичной капсуле и горячую пластическую деформацию, отличается тем, что слои укладывают, выбирая соотношение толщин слоя на основе титана к слою на основе алюминия 10:3, а горячую пластическую деформацию проводят при 1100-1350^оС с выдержкой в нагретом состоянии 1-3 ч.

Соотношение слоев регламентируется свойствами материала: при соотношении толщин слоев выше 1:0,75 материал становится хрупким и нетехнологичным, при соотношении менее 1:0,5 эффект высокотемпературного упрочнения за счет слоев интерметаллида незначителен и использование данного материала нецелесообразно.

В табл.1 приводятся данные механических свойств многослойного материала как с предельными, так и с промежуточными значениями соотношений толщин слоев.

Испытания на длительную прочность при повышенных температурах показали, что длительная прочность многослойного материала на базе 100 ч (25-15 кгс/мм и 36-30 кгс/мм), что в 10-15 раз выше длительной прочности прототипа.

Режимы прессования выбираются с учетом температуры образования и устойчивого состояния интерметаллидов, представленных в табл.2.

Время выдержки в нагретом состоянии характеризует необходимое время для протекания диффузионных процессов между титановым и алюминиевым слоями заданных толщин и образования интерметаллида. Режимы осуществления способа выбираются в процессе проектирования материалов и предварительных экспериментов в зависимости от технических требований и эксплуатационных характеристик изделия.

Алюминиды титана по сравнению с титановыми сплавами имеют термостабильную структуру до достаточно высоких температур (1150-1400^оС) в 1,2-1,5 меньший удельный вес, высокие значения жаропрочности и длительной высокотемпературной прочности. Использование их в качестве упрочнителя многослойного композиционного материала позволяет повысить температуру эксплуатации до 1000^оС, а ресурс работоспособности при повышенных температурах (600-1000^оС) в несколько раз.

Способ осуществляют следующим образом.

Собирают пакет чередованием фольг из титанового сплава марки ВТ1-0 толщиной 0,1 мм и алюминиевого сплава марки АД-1 толщиной 0,03 мм. Материал прессуют по режиму: температура прессования 1250^оС, давление 1500 атм, время выдержки в нагретом состоянии 3 ч. Стехиометрический состав полученного материала соответствует полученному композиту Ti-TiAl. В табл.3 представлены данные по выбору режимов прессования, обеспечивающих состав материала и заданный уровень свойств.

Из табл.3 видно, что интерметаллиды образуются только в диапазоне 25-74 мас.% алюминия и по режимам предлагаемого способа.

Предлагаемый способ позволяет реализовать создание многослойного композиционного материала титан - алюминид титана, управлять его структурой и стехиометрическим составом в зависимости от эксплуатационных характеристик изделия, в котором планируется его использование.

Формула изобретения

МНОГОСЛОЙНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ.

1. Многослойный композиционный материал, содержащий слои из сплава на основе титана, отличающийся тем, что, с целью повышения жаропрочности и ресурса работоспособности, между слоями из сплава на основе титана он дополнительно содержит слои интерметаллидного соединения, состоящие из 25 - 75 мас. % алюминия и остальное - титан, при этом соотношение толщины слоев на основе титана и толщины слоев интерметаллидного соединения составляет от 1 : 0,75 - 0,5.

2. Способ изготовления многослойного композиционного материала, включающий получение заготовки из чередующихся слоев сплава на основе титана и слоев сплава на основе алюминия и ее горячую пластическую деформацию, отличающийся тем, что, с целью повышения жаропрочности и ресурса работоспособности, заготовку получают, соблюдая соотношение толщины слоев на основе титана и толщины слоев на основе алюминия 10 : 3, перед горячей деформацией заготовку размещают в герметичной капсуле и формируют между слоями титана слой из интерметаллидного соединения, содержащего 25 - 75 мас.% алюминия, остальное - титан, проводя горячую деформацию при 1100 - 1350^oС с выдержкой в нагретом состоянии 1 - 3 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2