Литейный сплав на основе титана

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к литейным сплавам на основе титана, применяемым в производстве трубопроводов для агрессивных сред. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: медь 4 - 20, железо 4 - 20, титан остальное. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии сплавов, а именно к сплавам на основе титана, используемым в промышленности для изготовления изделий, в частности для изготовления деталей трубопроводов, эксплуатирующихся в агрессивных средах.

Титан относится к элементам, обладающим абсолютной коррозийной устойчивостью в атмосферных условиях, в морской воде, в кислотных и щелочных средах. Он может применяться в химической, медицинской пищевой промышленности. Известны литейные сплавы титана, например ВТ-5 (титан, 5% алюминия), ВТЛ-1 (титан, 5% алюминия, 1% кремния), применяемые для фасонного литья - изготовления колец, трубных заготовок, деталей сложной конфигурации. Эти сплавы имеют высокую жидкотекучесть и обладают малой объемной усадкой (до трех процентов). Однако высокая температура плавления (1600 1700^oC) и литья известных сплавов приводят к интенсивному химическому взаимодействию с тиглем при плавлении и формой при литье. Высокая химическая активность титана в расплавленном состоянии требует применения специальных мер и использования специального оборудования, предназначенного для работы при высоком вакууме. Наиболее близким по технической сущности следует считать сплавы на основе системы титан медь, содержащие от 20 до 50% меди (см. Хансен А. и др. Диаграммы состояния двойных систем. М. Металлургия, 1964). Медь в большей степени, чем любой химический элемент снижает температуру плавления титана. Так, например, у известных сплавов температура плавления находится в пределах от 955 до 1400^oC, что позволяет использовать индукционную плавку изготовления литых изделий. Однако титановые сплавы, содержащие от 30 до 40 процентов меди, растрескиваются при литье в форму, а сплавы, содержащие от 20 до 30 процентов меди в своем составе, характеризуются высокой температурой плавления, что приводит к химическому взаимодействию расплава с литейной формой и материалом тигля.

Сущность изобретения.

Основной технической задачей данного изобретения является снижение температуры плавления сплавов на основе титана при одновременном снижении химической активности сплава, в первую очередь в расплавленном состоянии, и повышении пластичности сплава в холодном состоянии. Еще одной, связанной с вышеуказанной задачей является снижение энергоемкости процесса изготовления литых изделий из титанового сплава.

Вышесформулированные технические задачи в настоящем изобретении решаются тем, что в литейный сплав на основе титана, содержащий медь, дополнительно введено железо при следующем соотношении ингредиентов, мас.

медь 4 20 железо 4 20 титан со случайными примесями остальное Более того, в состав сплава введена пассивирующая добавка, снижающая химическую активность сплава и выбранная из ряда элементов в сумме или по отдельности: алюминия, бора, никеля, олова, германия, кобальта, кремния, ванадия, ниобия, хрома, бериллия, циркония и молибдена при следующем соотношении ингредиентов, мас.

медь 4,0 20,0 железо 4,0 20,0 пассивирующая добавка 0,2 5,0 титан со случайными примесями остальное Сплав согласно изобретению характеризуется полным отсутствием растрескивания литейных изделий при литье в холодную форму за счет снижения содержания меди, что привело к уменьшению содержания хрупких интерметаллидов в сплаве.

Однако для снижения температуры плавления и ослабления химической активности сплава в жидком состоянии в состав сплава было введено железо в указанном выше количестве. Как результат удалось снизить температуру плавления и, как следствие, снизить температуру литья при одновременном снижении химической активности сплава. Образующаяся в результате легирования структурная составляющая фаза Ti₂(Fe, Cu) обладает структурной стабильностью, более низкой температурой плавления и большей пластичностью по сравнению с известными сплавами.

Сопоставительный анализ с известными решениями позволяет сделать вывод, что состав сплава согласно изобретению отличается от известных введением нового элемента железа при существенном изменении соотношения ингредиентов, входящих в состав литейного сплава, а также введением пассивирующей добавки, выбранной из ряда элементов: алюминия, бора, никеля, олова, германия, кобальта, марганца, кремния, ванадия, ниобия, хрома, бериллия, циркония и молибдена.

Вышеизложенное позволяет утверждать о соответствии настоящего изобретения требованиям критерия "Новизна".

Образование в сплаве согласно изобретению качественно новой сложной структуры, снижение химической активности сплава в жидком состоянии за счет повышения энергии смешения позволяет сделать вывод о соответствии настоящего изобретения требованиям критерия "Уровень техники".

Примеры конкретной реализации изобретения.

Сплавы согласно изобретению изготавливают плавкой в вакуумной индукционной печи из исходных ингредиентов. Температура плавки не превышала 1500^oC. Сплав сливают в графитовые формы. Качество заполнения формы и наличие дефектов определяли визуально.

Температуру плавления сплавов определяют методом ДТА.

Структуру сплавов изучали с помощью рентгеноструктурного и металлографического методов.

Составы сплавов и результаты их испытаний приведены в таблице.

Как видно из таблицы, сплавы согласно изобретению имеют более низкие по сравнению с известными сплавами температуру плавления, обладают более низкой химической активностью и не взаимодействуют с литейной формой и материалом тигля при плавлении, изделия из сплавов согласно изобретению характеризуются практически полным отсутствием пор, раковин и трещин. Пассивирующие добавки не изменяют качественно структуру сплава и обеспечивают возможность отливки изделий сложной формы при значительном предварительном перегреве сплава в жидком состоянии, необходимом для увеличения жидкотекучести.

Снижение содержания железа и/или меди ниже 4% по массе приводит к возрастанию химической активности сплава и его взаимодействию с формой при разливке. Увеличение содержания железа и/или меди выше 20% по массе приводит к образованию трещин, пор и раковин в отлитых изделиях. Более того, пассивирующие добавки алюминия, бора, никеля, олова, германия, кобальта, кремния, ванадия, ниобия, хрома, бериллия, циркония, марганца и молибдена в количестве, превышающем 5% по массе, приводят к качественным изменениям структуры и ухудшению заполняемости формы при разливке в форму.

Литейный сплав согласно изобретению может быть получен в аморфном состоянии. В силу специфических свойств сплавов в аморфном состоянии изделия из них могут быть использованы в качестве конструкционных и износостойких изделий, упругих элементов, катализаторов для различных химико-технологических процессов, геттеров и адсорбентов, а также для изготовления различных видов высокопрочного режущего инструмента и нанесения коррозионностойких покрытий.

Формула изобретения

1. Литейный сплав на основе титана, содержащий медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит железо при следующем соотношении компонентов, мас.

Медь 4 20 Железо 4 20
Титан Остальное
2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей алюминий, бор, никель, олово, германий, кобальт, кремний, ванадий, ниобий, хром, бериллий, цирконий, молибден и марганец, при следующем соотношении компонентов, мас.

Медь 4 20
Железо 4 20
По крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей алюминий, бор, никель, олово, германий, кобальт, кремний, ванадий, ниобий, хром, бериллий, цирконий, молибден и марганец 0,2 5,0
Титан Остальное$

РИСУНКИ

Рисунок 1