Титановый сплав

 

Изобретение относится к металлургии титановых сплавов. Сплав может быть использован для изготовления конструкций, работающих при криогенных температурах. Сплав, в состав которого входят цирконий, молибден, железо, кремний, углерод, кислород, азот, водород, дополнительно легирован алюминием и ванадием при одновременном увеличении содержания циркония и снижении молибдена при следующем соотношении компонентов, мас. алюминий 4,5 5,5; ванадий 1,0 1,5; цирконий 7,0 9,0; молибден 0,3 0,7; железо 0,05 0,2; кремний 0,01 0,08; углерод 0,01 0,05; кислород 0,03 0,10; азот 0,01 0,04; водород 0,003 0,08; титан остальное. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии титановых сплавов и может быть использовано для конструкций, работающих при криогенных температурах.

В высоконагруженных конструкциях изделий, работающих при -253^оС используется титановый сплав ВТМ-1кт (Al 4,0-5,5% Sn 2,0-3,0%) с прочностью σ_B^20o ≥ 75 кгс/мм² и ≥ 135 кгс/мм².

Однако сплав в силу легирования алюминием в сочетании с оловом отличается невысокой технологической пластичностью, что затрудняет получение заготовок больших сечений с равномерной мелкозернистой структурой по всему сечению из-за недостаточной проработки металла и соответственно с высоким и стабильным уровнем механических свойств при -253^оС.

За прототип принят криогенный титановый сплав АТ2, имеющий химический состав (мас.): цирконий 2,0-3,0; молибден 0,9-1,9; железо ≅ 0,2; кремний ≅ 0,08; углерод 0,05; кислород ≅ 0,10; азот ≅ 0,04; водород ≅ 0,008; остальное титан, обеспечивающий на материале прутков диаметром 120 мм следующий уровень механических свойств: при температуре 20^оС: σ_B= 60 кгс/мм² σ_0,2 57 кгс/мм² δ₅= 23% КСU 17 кгс.м/см² при температуре -253^оС: σ_B= 134 кгс/мм² σ_0,2 109 кгс/мм² δ₅= 32% KCU 12 кгс.м/см² Указанный сплав имеет недостатки:
обладает низкой прочностью при нормальной температуре и температуре -253^оС;
характеризуется наличием в ряде случаев, в полуфабрикатах включений свободного молибдена, ухудшающих механические и технологические свойства (свариваемость).

Целью изобретения является повышение прочностных характеристик сплава при нормальной температуре и -253^оС.

Для достижения указанной цели известный сплав, в состав которого входят цирконий, молибден, железо, кремний, углерод, кислород, азот, водород, дополнительно легирован алюминием и ванадием при одновременном увеличении содержания циркония и снижения молибдена при следующем соотношении компонентов, мас. алюминий 4,5-5,5 ванадий 1,0-1,5 цирконий 7,0-9,0 молибден 0,3-0,7 железо 0,05-0,2 кремний 0,01-0,08 углерод 0,01-0,05 кислород 0,03-0,10 азот 0,01-0,04 водород 0,003-0,008 титан остальное
В предлагаемый сплав с целью повышения прочностных характеристик во-первых, введены алюминий и ванадий; во-вторых введено повышенное содержание циркония до 7-9%
Одновременно уменьшено содержание молибдена, чтобы исключить возможность образования более 2-2,5% β-фазы в сплаве.

Коме того, введение алюминия позволяет увеличить жидкотекучесть материала, что оказывает существенное влияние при выплавке массивных до нескольких тонн слитков, а введение ванадия и увеличение содержания циркония способствует повышению технологической пластичности сплава.

По принятой для серийных титановых сплавов технологии было выплавлено несколько опытно-промышленных слитков различного состава. С целью получения материала повышенной чистоты при выплавке были использованы высокочистые шихтовые материалы и установлены жесткие требования к чистоте атмосферы рабочего пространства плавильной печи (минимальное натекание). Из слитков изготовлены горячекованые прутки диаметpом 16 мм.

Для исследования были выбраны прутки, химический состав которых представлен в табл.1. В табл.2 приведены результаты механических испытаний металла указанных прутков и прототипа.

Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что благодаpя выбранному сочетанию легирующих компонентов, он обладает высокой прочностью, на ≈ 40% превышающей прочность сплава АТ2 при ноpмальной температуре и ≈ на 15% при температуре -253^оС в сочетании удовлетворительной пластичностью ( δ₅^-253 ≥ 8% Ψ^-252 ≥ 15%) и вязкостью.

Одновременно заявляемый сплав сохраняет высокую технологическую пластичность, что позволяет считать его более предпочтительным при изготовлении высоконагруженных деталей, особенно больших сечений, по сравнению с используемым для этих целей криогенным сплавом ВТ5-1кт.

Формула изобретения

ТИТАНОВЫЙ СПЛАВ, содержащий цирконий, молибден, железо, кремний, углерод, кислород, азот, водород, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий и ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.

Алюминий 4,5 5,5
Ванадий 1,0 1,5
Цирконий 7,0 9,0
Молибден 0,3 0,7
Железо 0,05 0,2
Кремний 0,01 0,08
Углерод 0,01 0,05
Кислород 0,03 0,10
Азот 0,01 0,04
Водород 0,003 0,008
Титан Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2