Сплав на основе титана

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к свариваемым титановым сплавам с α + β структурой, отличающимся высокой трещиностойкостью, что позволяет создавать конструкции, обладающие повышенной живучестью. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: алюминий 1,8-3,8, молибден 4,5-5,5, ванадий 4,0-5,5, железо 0,04-0,24, медь 0,01-0,2, никель 0,01-0,2, хром 0,01-0,2, марганец 0,01-0,2, цирконий 0,02-0,3, титан - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к свариваемым титановым сплавам с α + β -структурой, отличающимся высокой трещиностойкостью. Это позволяет создать конструкции, обладающие высокой живучестью.

Известен титановый сплав: Ti-(3-5)Mo-(4,5-7,5)V-3Al [1] Этот сплав обладает низкими значениями трещиностойкости металла переходной зоны (п.з.) сварных соединений (а_ту, а_тс), малым числом циклов до разрушения при малоцикловых нагрузках (МЦУ) и максимальном напряжении цикла (σ_max), равном 75 кгс/мм², и низкими значениями прочности основного материала (σ_в о.м.).

Характеристики а_ту и а_тс, МЦУ являются современными критериями надежности работы сварных конструкций.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является α + β -сплав, содержащий, мас. Ti 4-7, Al 1-3, Mo 3,5-5,5, V 0,6-2,0, Cr 0,02-0,35, C 0,3-1,2, Fe 1-3, Sn 1-3, Zr 0,05-0,25, O₂ 0,005-0,4, Cu [2] Этот сплав обладает более высоким, чем другие известные сплавы характеристиками трещиностойкости сварных соединений при комнатной и умеренной температурах. Суммарное содержание изоморфных b стабилизирующих элементов (Mo+V) в сплаве эквивалентно 3-6% Mo (1 Mo экв. 1,5 V).

Однако, и этот сплав не обеспечивает высоких характеристик трещиностойкости (а_ту, а_тс, МЦУ и s_в ).

Предлагаемый сплав обладает повышенными характеристиками трещиностойкости сварных соединений α + β-титановых сплавов.

Поставленная цель достигается тем, что сплав дополнительно содержит Ni, Mn при следующем соотношении компонентов, мас. алюминий 1,8-3,8; молибден 4,5-5,5; ванадий 4,0-5,5; железо 0,04-0,24; медь 0,01-0,2; никель 0,01-0,2; хром 0,01-0,2; марганец 0,01-0,2; цирконий 0,02-0,3; титан остальное.

Сплав содержит пониженное (1,8-3,8)% Al, что обеспечивает снижение прочности a-фазы, повышение ее пластичности. a-фаза выполняет функцию пластифицирующей составляющей.

Повышенное содержание изоморфного b-стабилизатора молибдена (4,5-5,5)% при суммарном количестве изоморфных (Mo+V) 8,5-11% способствует повышению характеристик трещиностойкости сварных соединений.

Введение пониженного количества эвтектоидообразующего железа и частичная замена его другими введениями эвтектоидообразующими (никель, марганец) обеспечивает благоприятный комплекс механических свойств.

Малое количество циркония обеспечивает модифицирующее действие на морфологию структуры и повышение трещиностойкости.

Предложенное легирование обеспечивает распределение легирующих элементов и формирование структуры с высоким комплексом характеристик трещиностойкости сварных соединений a + β титановых сплавов.

Сплавы трех составов в пределах заявленного состава были выплавлены в вакуумной дуговой печи: 1. Ti 1,8 Al 4,5 Mo 4,0 V 0,04 Fe 0,01 Cu 0,01 Ni 0,02 Zr 0,02 Cr 0,01 Mn; 2. Ti 3,8 Al 4,5 Mo 5,5 V 0,24 Fe 0,2 Cu 0,2 Ni 0,3 Zr 0,2 Cr 0,2 Mn; 3. Ti 2,5 Al 5 Mo 5 V 0,1 Fe 0,1 Cu 0,1 Ni 0,15 Zr 0,1 Cr 0,1 Mn; Выплавлены были также слитки, выходящие по химическому составу за рамки заявленного: 4. Ti 1,5 Al 4 Mo 3,4 V 0,02 Fe 0,005 Cu 0,005 Ni 0,01 Zr 0,005 Cr 0,005 Mn; 5. Ti 4,0 Al 6,0 Mo 6,0 V 0,3 Fe0,3 Cu0,3 Ni 0,5 Zr 0,3 Cr 0,3 Mn; Для получения сравнительных данных были выплавлены составы сплавов, указанные в аналоге (N 6) и прототипе (N 7).

Все сплавы были прокованы на плиты, а затем прокатаны в листы толщиной 2,5 мм.

После сварки листов аргонодуговой сваркой без присадки проводили испытания на трещиностойкость сварных соединений и живучесть.

Результаты испытания представлены в таблице.

Сварные соединения предложенного сплава по сравнению с прототипом, взятым за базовый, обладают на 50% более высокими значениями трещиностойкости, что обеспечивает большую надежность работы сварных конструкций.

Список литературы:
1. Хорев А. И. Груздева Л.А. Прочностные свойства сварных соединений титановых сплавов, содержащих изоморфные бета-стабилизирующие элементы. ж. Сварочное производство 1971, N 8, с. 37-40.

2. Авторское свидетельство N 556191, C 22 C 14/00, 1977.

Формула изобретения

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

Алюминий 1,8 3,8
Молибден 4,5 5,5
Ванадий 4,0 5,5
Железо 0,04 0,24
Медь 0,01 0,2
Никель 0,01 0,2
Хром 0,01 0,2
Марганец 0,01 0,2
Цирконий 0,02 0,3
Титан Остальноеы

РИСУНКИ

Рисунок 1