Сплав на основе титана и способ термической обработки крупногабаритных полуфабрикатов из этого сплава

 

Сплав может быть использован для изготовления крупногабаритных поковок, штамповок, массивных плит, биллетов, деталей крепежа и других деталей авиационной техники. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: алюминий 4,0-6,3, ванадий 4,5-5,9, молибден 4,5-5,9, хром 2,0-3,6, железо 0,2-0,5 и титан - остальное, при этом величина молибденового эквивалента Мо_экв составляет не менее 13,8. Способ термической обработки крупногабаритных полуфабрикатов из этого сплава заключается в нагреве до температуры t_{β←→α+β} = (30-70)°C, выдержке при этой температуре в течение 2-5 ч, последующем охлаждении на воздухе или в воде и старении при температуре 540-600°С в течение 8-16 ч. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в регламентации оптимального сочетания β- стабилизирующих элементов в готовом полуфабрикате, что приводит к достижению более высокого уровня прочности массивных крупногабаритных деталей толщиной более 150-200 мм. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию современных титановых сплавов, используемых для изготовления преимущественно крупногабаритных поковок, штамповок, массивных плит, биллетов, деталей крепежа и других деталей авиационной техники.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному сплаву является сплав на основе титана следующего состава, мас.%: Алюминий - 4,0 - 6,3 Ванадий - 4,5 - 5,9 Молибден - 4,5 - 5,9 Хром - 2,0 - 3,6 Железо - 0,2 - 0,8 Цирконий - 0,01 - 0,08 Углерод - 0,01 - 0,25 Кислород - 0,03 - 0,25 Титан - Остальное
(Патент РФ N 2122040, C 22 C 14/00, 1998) - прототип.

Данный сплав обладает хорошим сочетанием высокой прочности и пластичности крупногабаритных деталей толщиной до 150-200 мм, закаливаемых в воде или на воздухе. Сплав хорошо деформируется в горячем состоянии и сваривается аргоно-дуговой и электронно-лучевой сваркой.

Недостатком сплава является недостаточный уровень прочности массивных крупногабаритных деталей толщиной более 150-200 мм, закаливаемых на воздухе.

Известен способ термической обработки крупногабаритных полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, содержащий предварительный нагрев до температуры на 7-50^oC выше температуры полиморфного превращения, выдержку в течение 0,15-3 ч, охлаждение до температуры двухфазной области, на 20-80^oC ниже температуры полиморфного превращения, выдержку в течение 0,15-3 ч, закалку и старение (Авторское свидетельство СССР N 912771, C 22 F 1/18, 1982) - прототип.

Недостатком способа является недостаточный уровень прочности массивных крупногабаритных деталей толщиной более 150-200 мм.

Задачей, на решение которой направлены заявленные сплав на основе титана и способ термической обработки крупногабаритных полуфабрикатов из этого сплава, является достижение более высокого уровня прочности массивных крупногабаритных деталей толщиной более 150-200 мм.

Единый технический результат, достигаемый при осуществлении заявленной группы изобретений, заключается в регламентации оптимального сочетания β - стабилизирующих легирующих элементов в готовом полуфабрикате.

Указанный технический результат достигается тем, что в сплаве на основе титана, содержащем алюминий, ванадий, молибден, хром, железо и титан, компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%:
Алюминий - 4,0 - 6,3
Ванадий - 4,5 - 5,9
Молибден - 4,5 - 5,9
Хром - 2,0 - 3,6
Железо - 0,2 - 0,5
Титан - Остальное,
при этим молибденовый эквивалент Mo_экв. ≥ 13,8.

В соответствии с изобретением молибденовый эквивалент определяют следующим соотношением:

Указанный технический результат достигается также тем, что в способе термической обработки крупногабаритных полуфабрикатов из заявленного сплава на основе титана, содержащем нагрев, выдержку при температуре нагрева, охлаждение и старение, в соответствии с изобретением нагрев проводят непосредственно до температуры t_{β←→α+β} - (30-70)°C, выдержку при этой температуре проводят в течение 2-5 ч, а старение проводят при температуре 540-600^oC в течение 8-16 час. Охлаждение осуществляют на воздухе или в воде.

За счет регламентирования содержания β - стабилизаторов в виде молибденового эквивалента по соотношению (1) с установлением его минимального значения и оптимизации параметров обработки на твердый раствор, включающей нагрев и выдержку при температуре ниже температуры полиморфного превращения, массивные изделия из заявленного сплава после закалки на воздухе (или в воде) с температуры обработки на твердый раствор имеют больше β - фазы (выше степень прокаливаемости), что обеспечивает после операции старения более высокий уровень прочности при удовлетворительных характеристиках пластичности и вязкости разрушения. Это особенно важно для массивных крупногабаритных поковок и штамповок, для которых требуется обеспечить высокий уровень прочности, но ускоренное охлаждение которых (например, в воде) с температуры обработки на твердый раствор крайне нежелательно ввиду появления высокого уровня внутренних напряжений.

В настоящей заявке соблюдено требование единства изобретения, поскольку способ термической обработки предназначен для полуфабрикатов из заявленного сплава.

Для исследования свойств сплава были изготовлены опытные слитки диаметром 430 мм усредненного состава (табл. 1).

Слитки ковали последовательно в β, α+β, β, α+β - областях с финишной деформацией в α+β - области в проделан 45-50% на цилиндрическую заготовку (биллет) диаметром 250 мм.

Далее поковки подвергали следующей термообработке:
а). Обработка на твердый раствор:
нагрев 790^oC, выдержка 3 часа, охлаждение на воздухе.

б). Старение:
нагрев 560^oC, выдержка 8 часов, охлаждение на воздухе.

Механические свойства поковок (усредненные данные в долевом направлении) приведены в табл. 2.

Формула изобретения

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, ванадий, молибден, хром, железо и титан, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Алюминий - 4,0 - 6,3
Ванадий - 4,5 - 5,9
Молибден - 4,5 - 5,9
Хром - 2,0 - 3,6
Железо - 0,2 - 0,5
Титан - Остальное
при этом молибденовый эквивалент Мо_экв ≥ 13,8.

2. Сплав, по п.1, отличающийся тем, что молибденовый эквивалент определяют следующим соотношением:

3. Способ термической обработки крупногабаритных полуфабрикатов из сплавов на основе титана, содержащий нагрев, выдержку при температуре нагрева, охлаждение и старение, отличающийся тем, что нагрев проводят непосредственно до температуры t_{β←→α+β} = (30-70)°C, выдержку при этой температуре проводят в течение 2 - 5 ч, а старение проводят при температуре 540 - 600^oC в течение 8 - 16 ч.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют на воздухе или в воде.

РИСУНКИ

Рисунок 1