Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе титана, предназначенным для использования в качестве конструкционного высокопрочного и жаропрочного материала для создания силовых конструкций авиакосмической техники. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: Аl 14,5 - 6,5; Мо 4,0 - 6,0; V 4,0 - 6,0; Cr 0,5 - 2,0; Fe 0,5 - 2,0; С 0,01 - 0,6; O₂ 0,02 - 0,2; H₂ 0,001 - 0,03; N₂ 0,01 - 0,05; В 0,01 - 0,6; Si 0,01 - 0,6; Nd 0,01 - 0,7; Ti - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение прочности, жаропрочности и пластичности в сочетании с высоким модулем нормальной упругости при комнатной и повышенных температурах. Эксплуатационная надежность и ресурс изделий повышаются на 10-15%, а вес снижается на 15-25%. 2 c.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, предназначенных для использования в качестве конструкционного высокопрочного и жаропрочного материала для создания силовых конструкций авиакосмической техники.

Известен сплав на основе [1] следующего химического состава, мас.%: Al - 4,4 - 5,9 Mo - 4,0 - 5,5 V - 4,0 - 5,5 Cr - 0,5 - 2,0 Fe - 0,5 - 1,5 C - До 0,1 O₂ - До 0,2 H₂ - До 0,015 Ti - Остальное
Данный сплав применяется для изготовления поковок и штамповок конструкционного назначения в изделиях авиационной техники, например: детали силового набора, шасси, механизации крыла и др.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана [2] следующего химического состава, мас.%:
Al - 4,3 - 6,0
Mo - 4,0 - 5,6
V - 4,0 - 5,6
Cr - 0,5 - 1,5
Fe - 0,5 - 1,5
Zr - 0,03 - 0,5
C - 0,01 - 0,2
O₂ - 0,02 - 0,2
H₂ - 0,003 - 0,3
N₂ - 0,01 - 0,05
Cu - 0,003 - 0,15
Ni - 0,003 - 0,15
Ti - Остальное
Из этого сплава изготавливают конструктивные детали силового набора (шасси, нервюры, детали механизации крыла и т.д.), а также диски и лопатки компрессора низкого давления в авиационных двигателях.

Основными недостатками известных сплавов и изделий из них является невозможность получения на крупногабаритных полуфарикатах сочетания высокого уровня прочности, жаропрочности и высокой пластичности и модулем нормальной упругости.

Технической задачей изобретения является повышение прочности, жаропрочности и пластичности сплава на основе титана в сочетании с высоким модулем нормальной упругости при комнатной и повышенной температурах.

Поставленная задача достигается тем, что сплав на основе титана, содержащий алюминий, ванадий, хром, железо, углерод, кислород, водород и азот, дополнительно содержит бор, кремний и неодим при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al - 4,5 - 6,5
Mo - 4,0 - 6,0
V - 4,0 - 6,0
Cr - 0,5 - 2,0
Fe - 0,5 - 2,0
C - 0,01 - 0,6
O₂ - 0,02 - 0,2
H₂ - 0,001 - 0,03
N₂ - 0,01 - 0,05
B - 0,01 - 0,6
Si - 0,01 - 0,6
Nd - 0,01 - 0,7
Ti - Остальное
Предлагаемый сплав может быть применен для изготовления деталей силового набора в конструкциях самолета, а также для изготовления дисков и лопаток в авиационной двигателя.

Особо следует указать на положительное совместное влияние Si, C, B и Nd на свойства сплава и изделия из него. В этом случае наблюдается наиболее благоприятное сочетание прочности, жаропрочности, пластичности и модуля нормальной упругости. При заявленном содержании компонентов в предлагаемом сплаве авторами установлено, что полученный эффект достигается не только за счет выделения известных интерметаллических фаз, но главным образом за счет выделения соединений типа Ti_xNg_y(Si, C, B, N, O)_z, которые оказывают существенное влияние на повышение уровня прочности, жаропрочности (500^oC), модуля нормальной упругости при комнатной и повышенной температурах и пластичности.

Методом вакуумно-дугового плавки получены слитки данных сплавов массой 10 кг. После ковки, горячей прокатки и механической обработки получены обточенные прутки-электроды диаметром 55 - 60 мм. После центробежного распыления электродов на гранулы, компактирования гранул методом горячего изостатического прессования в газостате, обработки давлением и термической обработки в электрических печах на образцах сплавов предлагаемых составов были определены механически свойства, которые приведены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что предлагаемый сплав обладает более высокими механическими свойствами по сравнению со свойствами прототипа: прочность при комнатной температуре повышается на 4,3 - 10,4%, пластичность на 4,4 - 14,4%, модуль нормальной упругости при комнатной температуре на 5 - 26,9%, модуль нормальной упругости при температуре 500^oC на 19 - 40%, длительная прочность при 500^oC за 100 ч - на 10 - 43%.

Применение предлагаемого сплава позволит повысить эксплуатационную надежность и ресурс изделий на 10 - 15%, а также снизить их вес на 15 - 25%
Литература
1. Сплав ВТ22, ГОСТ 19807-74 "Титан и титановые сплавы, обрабатываемые давлением (марки)".

2. Патент РФ N 2082802, кл. C 22 C 14/00, 1996 (бюл. N 18).

Формула изобретения

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, углерод, кислород, водород и азот, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор, кремний и неодим при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al - 4,5 - 6,5
Mo - 4,0 - 6,0
V - 4,0 - 6,0
Cr - 0,5 - 2,0
Fe - 0,5 - 2,0
С - 0,01 - 0,6
O₂ - 0,02 - 0,2
H₂ - 0,001 - 0,03
N₂ - 0,01 - 0,05
В - 0,01 - 0,6
Si - 0,01 - 0,6
Nd - 0,01 - 0,7
Ti - Остальное
2. Изделие, выполненное из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас.%:
Al - 4,5 - 6,5
Mo - 4,0 - 6,0
V - 4,0 - 6,0
Cr - 0,5 - 2,0
Fe - 0,5 - 2,0
С - 0,01 - 0,6
O₂ - 0,02 - 0,2
H₂ - 0,001 - 0,03
N₂ - 0,01 - 0,05
В - 0,01 - 0,6
Si - 0,01 - 0,6
Nd - 0,01 - 0,7
Ti - Остальное-

РИСУНКИ

Рисунок 1