Сплав на основе титана

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала в сварных конструкциях, работающих при отрицательных температурах. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: алюминий 5,0-6,8; ванадий 3,5-4,5; хром 0,01-0,15; марганец 0,01-0,15; железо 0,1-0,28; медь 0,01-0,15; никель 0,01-0,15; цирконий 0,01-0,3; кремний 0,01-0,11; азот 0,005-0,04; углерод 0,01-0,09; титан - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала в сварных конструкциях, работающих при минусовых температурах.

Известен сплав, содержащий, мас. алюминий 4-6,3; молибден 1,5-2,5; ванадий 4-5; хром 068-1,4; железо 0,4-068; цирконий 0,01-0,08; углерод 0,01-0,25; кислород 0,03-0,25; титан остальное [1] Этот сплав обладает низкими характеристиками пластичности (δ₅), ударной вязкости металла шва (а_н шва), трещиностойкости металла шва (а_ту шва) при минусовой температуре (-196^oC) и низким значением жидкотекучести, оцениваемой по длине затекания в форму ( ⊘ 0,8мм).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сплав следующего состава, мас. алюминий 4-7; молибден 1-3; ванадий 3,5-5,5; хром 0,6-2,0; железо 0,3-1,2; цирконий 1-3; олово 1-3; углерод 0,02-0,35; кислород 0,05-0,25; медь 0,005-0,4; титан остальное [2] Этот сплав также обладает пониженными характеристиками сварных соединений при минусовых температурах (δ, а_н, а_ту).

Технической задачей изобретения является создание сплава, обладающего повышенными механическими характеристиками сварных соединений при -196^oC.

Это достигается тем, что предлагаемый сплав содержит только один изоморфный b -стабилизатор ванадий и не содержит молибден. Для достижения большего упрочнения a -твердого раствора дополнительно введены в пределах растворимости в a -фазе марганец, никель и уменьшено количество железа.

Предлагаемый сплав имеет следующий хим. состав, мас. алюминий 5,0-6,8; ванадий 3,5-4,5; хром 0,01-0,15; марганец 0,01-0,15; железо 0,1-0,28; медь 0,01-0,15; никель 0,01-0,15; цирконий 0,01-0,3; кремний 0,01-0,11; азот 0,005-0,04; углерод 0,01-0,09; титан остальное.

В сплаве содержится пониженное количество циркония 0,01-0,3% (вместо 1-3% ), выполняющего функцию модификатора. Регламентировано в сплаве количество кремния и азота.

В этом сплаве содержатся комплексы a -стабилизирующих элементов (Al, N, C), b -стабилизирующих элементов (Cr, Mn, Cu, Ni, V, Fe) и нейтральный упрочнитель (Zr), который выполняет функцию раскислителя приграничных объемов металла сварного шва.

Включение в a -сплав наряду с a -стабилизаторами и нейтральным упрочнителем b -стабилизаторов в пределах растворимости, экспериментально надежной для многокомпонентных систем, обеспечивает эффективное упрочнение a -фазы при достижении высоких значений жидкотекучести, обеспечивающей хорошее формирование жидкой ванны шва сварного соединения, а также отливки, слитка. Многокомпонентным легированием на основе a -твердого раствора обеспечивается получение высоких механических свойств сварных соединений.

Для исследования выплавлялись слитки в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом методом двойного переплава. Пластины изготавливали путем ковки и последующей сварки.

Были исследованы механические свойства сплавов трех составов, входящих в заявленный (1, 2, 3), и двух составов (4, 5), выходящих за рамки заявленного состава.

1. Ti 5,0Al 3,5V 0,01Cr 0,01Mn 0,1Fe 0,01Cu 0,01Ni 0,01Zr 0,01Si 0,005N 0,01C 2. Ti 6,8Al 4,5V 0,15Cr 0,15Mn 0,26Fe 0,15Cu 0,15Ni 0,3Zr 0,11Si 0,04N 0,09C 3. Ti 5,9Al 4,0V 0,08Cr 0,08Mn 0,19Fe 0,08Cu 0,08Ni 0,14Zr 0,06Si 0,02N 0,05C 4. Ti 4,5Al 3,0V 0,005Cr 0,005Mn 0,05Fe 0,005Cu 0,005Ni - 0,005Zr 0,005Si 0,0045N 0,005C 5. Ti 7,0Al 5,0V 0,2Cr 0,2Mn 0,3Fe 0,2Cu 0,2Ni 0,35Zr - 0,15Si 0,005N 0,1C Как видно из приведенных в таблице данных, уровень пластичности, вязкости и трещиностойкости сварных соединений при минусовых температурах у предложенного сплава в 2-3 раза выше, а жидкотекучесть выше на 40% Это обеспечивает создание более надежных в эксплуатации сварных титановых конструкций.

Формула изобретения

Сплав на основе титана, содержащий алюминий, ванадий, хром, железо, медь, цирконий, углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит марганец, никель, кремний и азот при следующем соотношении компонентов, мас.

Алюминий 5,0 6,8 Ванадий 3,5 4,5
Хром 0,01 0,15
Марганец 0,01 0,15
Железо 0,1 0,28
Медь 0,01 0,15
Никель 0,01 0,15
Цирконий 0,01 0,3
Кремний 0,01 0,11
Азот 0,005 0,04
Углерод 0,01 0,09
Титан Остальноеа

РИСУНКИ

Рисунок 1