Сплав на основе титана

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе титана, и может быть использовано в производстве деталей (штамповок, поковок, прутков и т.д.), работающих при повышенных температурах в авиационной технике. Технической задачей изобретения является повышение кратковременной и длительной прочности и малоцикловой усталости. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: алюминий 6,0-7,0; олово 1,0-2,5; цирконий 3,0-4,5; молибден 3,5-4,5; вольфрам 0,4-1,5; кремний 0,1-0,3; железо 0,01-0,15; углерод 0,005-0,1; азот 0,003-0,04; кислород 0,05-0,15; титан-остальное причем (Ak+Zr+Sn+Si):Mo=3,1-3,45. 2 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к изысканию жаропрочных титановых сплавов, и может быть использовано для изготовления деталей (штамповок, поковок, прутков и т.д.), работающих при повышенных температурах в авиационной технике.

Известен сплав на основе титана, алюминий 5,5 6,5, олово 1,7 2,3, цирконий 0,7 5,0, молибден 0,7 3,0, 0,4 0,13, остальное титан [1] Однако известный сплав имеет недостаточный уровень кратковременной прочности σ²_в⁰≥ 93 кгс/мм², σ⁴_в⁸⁰ ≥ 63 кгс/мм² Наиболее близким к предлагаемому является сплав [2] на основе титана следующего химического состава, мас.

Алюминий 6,2 7,2 Молибден 1,5 2,5 Цирконий 0,2 2,5 Олово 0,8 2,5 Вольфрам 0,5 1,5 Кремний 0,15 0,4 Титан Остальное.

Однако известный сплав обладает недостаточным уровнем кратковременной прочности при температурах 20 550^oС и недостаточным уровнем малоцикловой усталости. Например, предел кратковременной прочности при 20^oС составляет 105 125 кгс/ мм², при 500^oС 85 90 кгс/мм²; при 550^oС 80 85 кгс/мм⁵, малоцикловая усталость на базе N= 10⁴ циклов при 20 79 кгс/мм², при 500^o 45 гкс/мм².

Перед авторами была поставлена техническая задача повышение кратковременной и длительной прочности. Это достигается тем, что в сплаве повышено содержание молибдена и циркония, введено соотношение основных легирующих элементов и, кроме того, в сплаве дополнительно введено регламентированное содержание железа, углерода, азота, и кислорода.

Заявленный сплав на основе титана содержит элементы в следующих соотношениях, мас.

Алюминий 6,0 7,0 Олово 1,0 2,5 Цирконий 3,0 4,5
Молибден 3,5 4,5
Вольфрам 0,4 1,5
Кремний 0,1 0,3
Железо 0,01 0,15
Углерод 0,005 0,1
Азот 0,003 0,04
Кислород 0,05 0,15
Титан Остальное
Введение в сплав постоянного соотношения суммарного содержания алюминия, олова, циркония, кремния к молибдену, в сочетании с регламентированным содержанием железа, углерода, азота и кислорода позволяют обеспечивать в сплаве оптимальный комплекс свойств сочетания высокой прочности (кратковременной и длительной) с высокой малоцикловой усталостью при сохранении высоких характеристик и ударной вязкости.

Повышение нижнего предела допустимого содержания циркония с 0,2 265 мас. в сплаве-прототипе до 3,5 4,5 мас. позволяет повысить прочность α - титана за счет стабилизации дефектов упаковки, а последние, препятствуя движению дислокаций, повышают длительную прочность сплава.

Повышение содержания b стабилизатора молибдена с 1,5 2,5% в сплаве-прототипе до 3,5 4,5% улучшая технологическую пластичность сплава, приводит к повышению прочности сплава за счет увеличения доли b фазы, прежде всего метастабильной фазы распадающейся при старении.

Для исследования свойств были выплавлены в вакуумно-дуговой печи слитки составов заявленного сплава (I, II, III), а также составов, выходящих за рамки заявленного сплава (пример IV, V) (таблица 1).

Механические свойства исследованных сплавов и сплава-прототипа представлены в таблице 2.

Предлагаемый сплав превосходит известный сплав по уровню кратковременной прочности при 20 550^oC на 10 15% по длительной прочности за 100 ч при 500 550^oС на 12 17% и по малоцикловой усталости на 12 15%
Повышение данных характеристик в заявленном сплаве позволит повысить эксплуатационную надежность и ресурс изделий авиационной техники.

Формула изобретения

Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, олово, цирконий, вольфрам, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит железо, углерод, азот, кислород при следующем соотношении компонентов, мас.

Алюминий 6 7
Олово 1,0 2,5
Цирконий 3,0 4,5
Молибден 3,5 4,5
Вольфрам 0,4 1,5
Кремний 0,1 0,3
Железо 0,01 0,15
Углерод 0,005 0,1
Азот 0,003 0,04
Кислород 0,05 0,15
Титан Остальное
причем (Аl + Zr + Sn + Si): Мо 3,1 3,45.

РИСУНКИ

Рисунок 1