Сплав на основе алюминида титана

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к сплавам на основе алюминида титана, и может быть использовано в самолето- и ракетостроении. Технической задачей изобретения является уменьшение удельного веса сплава при одновременном повышении жаропрочности. Сплав на основе алюминида титана Ti₃Al содержит следующие компоненты, мас.%: алюминий 13-15, ниобий 3-4, ванадий 2-4, цирконий 0,5-1,0, титан -остальное. 2 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию сплава на основе алюминида титана Ti₃ Al, обладающего высокой жаропрочностью.

В настоящее время титановые сплавы α₂ фазы Ti₃Al применяются в аэрокосмической технике в условиях, где необходима высокая жаропрочность.

Известен сплав Ti-14Al-22Nb (вес.). Этот сплав обладает удовлетворительной технологичностью, хорошей жаропрочностью. Однако этот сплав имеет высокий удельный вес и содержит большое количество дефицитного и дорогого ниобия [1] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является сплав следующего химического состава Ti-14Al-24Nb-1V (вес.) [2] Однако Nb является остродефицитным, дорогостоящим материалом, кроме того он имеет высокий удельный вес, что приводит к увеличению удельного веса изделий.

Кроме того титановые сплавы на основе α₂ фазы данного состава содержат около 20% β фазы, что не позволяет реализовать весь ресурс жаропрочности сплавов, т. к. приводит к разупрочнению и развитию ползучести уже при температурах 650-750^oC. Эти сплавы имеют большой удельный вес (порядок 4,6-4,8 г/см³), что снижает их удельную жаропрочность и не обеспечивает конкурентоспособность с никелевыми суперсплавами и жаропрочными сталями в температурном интервале 650-800^oC. Технология обработки давления данных сплавов достаточно сложна, например, листовая прокатка проводится с небольшими степенями деформации при температурах 1050-1150^oC и предусматривает проведение промежуточных отжигов после каждого перехода.

Задачей изобретения является разработка сплава на основе алюминида титана Ti₃Al, который имеет меньший удельный вес, обладает более высокой жаропрочностью и жаростойкостью и содержит меньшее количество ниобия.

Поставленная цель достигается тем, что в известном сплаве на основе алюминида титана значительно уменьшается содержание Nb и дополнительно вводится Zr при следующем содержании компонентов, вес.

Титан основа Алюминий 13-15 Ниобий 3-4 Ванадий 2-4 Цирконий 0,5-1,0 В результате значительного уменьшения содержания ниобия удельный вес сплава уменьшается до 4,3 г/см³.

Кроме того, в результате уменьшения количества ниобия уменьшается содержание в сплаве на основе a₂ фазы количества β фазы до 5-8% поэтому при пластической деформации возрастает вклад механизмов полигонизации и рекристаллизации a₂ фазы, которые происходят при более высоких температурах, чем в β фазе. Вследствие этого возрастает жаропрочность данного сплава.

Цирконий вводят в сплав в пределах растворимости в a₂ фазе для повышения жаропрочности.

При содержании ниобия менее 3 вес. в сплаве практически отсутствует β фаза, поэтому данный сплав имеет низкую пластичность (относительное уделение при растяжении 1-2%) и технологичность.

При содержании ниобия более 4 вес. происходит увеличение количества b фазы до 10% и более.

Развитие процессов полигонизации и рекристаллизации в b фазе при температурах 650-700^oC в этом случае вносит основной вклад в разупрочнение сплава, что снижает его жаропрочность.

Пример. Методом двойного вакуумного переплава были получены шесть составов предлагаемого сплава: сплав I легирован по нижнему пределу, сплав II по среднему составу, сплав III по верхнему приделу, сплав IV - легирован выше верхнего предела, сплав V легирован ниже нижнего предела, сплав VI известный сплав. Химический состав плавок приведен в таблице I.

Затем приводили ковку слитков при температуре 1150-1200^oC на пруток ⊘ 100 мм, далее осуществляли прессование при температуре 1150-1200^oC на пруток o 30 мм. После этого проводили наводороживающий отжиг при 800^oC до содержания водорода 0,4 вес. и затем прокатку на пруток o 20 мм при температуре 900-950^oC.

После получения необходимых полуфабрикатов проводили вакуумный отжиг при температуре 900^oC в течение 4 час.

Результаты испытаний физико-механических свойств сплава приведены в таблице 2.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого сплава состоит в том, что он имеет более высокие характеристики жаропрочности и меньший удельный вес, чем другие сплавы на основе алюминида титана. Замена последнего на предлагаемый обеспечит выигрыш в весе изделий и понизит их себестоимость. При этом возрастает конкурентоспособность данного сплава по отношению к никелевым сплавами жаропрочным сталям.

Формула изобретения

Сплав на основе алюминида титана Ti₃Al, содержащий алюминий, ниобий и ванадий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.

Алюминий 13 15 Ниобий 3 4
Ванадий 2 4
Цирконий 0,5 1,0
Титан Остальноеа

РИСУНКИ

Рисунок 1