Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана, работающим при повышенных температурах. Предложен сплав на основе титана, содержащий следующие компоненты, мас.%: алюминий 34-35,5, хром 1-2, ниобий 2,5-3,5, молибден 0,3-1,2, цирконий 0,5-1,5, кремний 0,2-0,3, углерод 0,08-0,12, олово 0,05-0,1, титан остальное, и изделие, выполненное из этого сплава. Техническим результатом изобретения является повышение значений относительного удлинения при комнатной температуре и длительной прочности за 100 ч при повышенных температурах титановых сплавов и повышение ресурса работы изделий, выполненных из него. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана, работающим при повышенных температурах.

Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%: Алюминий - 31-36 Ванадий - 0-4 Углерод - 0-0,1 Титан - Остальное [1] Из известного сплава изготавливаются элементы конструкций, работающие при повышенных температурах.

Недостатками сплава являются низкие значения относительного удлинения и длительной прочности за 100 ч.

Изделия, изготовленные из известного сплава, имеют низкий ресурс работы при повышенных температурах.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана, имеющий химический состав, мас.%: Алюминий - 32-34 Хром - 1,3-4 Ниобий - 2,4-11,7 Бор - 0,014-0,08
Титан - Остальное [2]
Сплав-прототип имеет недостаточно высокие значения относительного удлинения при комнатной температуре и длительной прочности за 100 ч при повышенных температурах.

Элементы конструкции двигателя, изготовленные из сплава-прототипа, имеют ограниченный ресурс работы при температурах свыше 700^oС.

Технической задачей изобретения является повышение значений относительного удлинения при комнатной температуре и длительной прочности за 100 ч при повышенных температурах титановых сплавов и повышение ресурса работы изделий, выполненных из него.

Для достижения поставленной технической задачи предложен сплав на основе титана, включающий алюминий, хром, ниобий, который дополнительно содержит молибден, цирконий, кремний, углерод, олово при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминий - 34-35,5
Хром - 1-2
Ниобий - 2,5-3,5
Молибден - 0,3-1,2
Цирконий - 0,5-1,5
Кремний - 0,2-0,3
Углерод - 0,08-0,12
Олово - 0,05-0,1
Титан - Остальное
и изделия, выполненные из этого сплава.

Дополнительно введенные в предлагаемый сплав на основе титана цирконий, кремний и углерод образуют силикокарбид вида (Ti, Zr)₃(Si,C)₂, который является упрочняющей фазой и повышает длительную прочность за 100 ч.

В предлагаемом сплаве сочетание хрома, молибдена и олова, введенных в указанных количествах, уменьшает размер зерна (D₃) и модифицирует внутризеренную структуру, уменьшая толщину пластин, то есть позволяет получить оптимальную по размерам элементов микроструктуру сплава, обеспечивающую повышение значений относительного удлинения при комнатной температуре.

Примеры осуществления.

Слитки предлагаемых сплавов изготавливали по стандартной технологии: порционное развешивание исходных шихтовых материалов, изготовление прессованных расходуемых электродов, получение слитков методом многократного вакуумного дугового переплава (ВДП).

Составы предлагаемого сплава ( 1 - 3) и сплава-прототипа ( 4) приведены в табл. 1.

Полученные слитки подвергались специальной термической обработке, после чего разрезались на заготовки под образцы.

Предел текучести и относительное удлинение при комнатной температуре определялись на стандартных образцах диаметром 5 мм и расчетной базой 5d.

Определение длительной прочности за 100 ч проводилось на образцах диаметром 8 мм и базой 5d при температуре 800^oС.

Свойства предлагаемого сплава ( 1-3) и сплава-прототипа ( 4) приведены в табл.2.

Отливки могут быть получены из слитков предлагаемого сплава способом литья по выплавляемым моделям.

Как видно из табл.2, в предлагаемом сплаве относительное удлинение при комнатной температуре увеличивается в 1,5-1,7 раза, длительная прочность за 100 ч при 800^oС увеличивается на 10-15%, а значения предела текучести остаются на уровне сплава-прототипа.

Использование предлагаемого сплава на основе титана позволит снизить вес конструкций в 1,2-1,7 раза и повысить надежность и ресурс изделий при температурах выше 700^oС.

Литература
1. п. 4294615, США.

2. п. 5205875, США.

Формула изобретения

1. Сплав на основе титана, включающий алюминий, хром, ниобий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит молибден, цирконий, кремний, углерод, олово при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминий - 34 - 35,5
Хром - 1 - 2
Ниобий - 2,5 - 3,5
Молибден - 0,3 - 1,2
Цирконий - 0,5 - 1,5
Кремний - 0,2 - 0,3
Углерод - 0,08 - 0,12
Олово - 0,05 - 0,1
Титан - Остальное
2. Изделие из сплава на основе титана, имеющее следующий химический состав, мас.%:
Алюминий - 34 - 35,5
Хром - 1 - 2
Ниобий - 2,5 - 3,5
Молибден - 0,3 - 1,2
Цирконий - 0,5 - 1,5
Кремний - 0,2 - 0,3
Углерод - 0,08 - 0,12
Олово - 0,05 - 0,1
Титан - Остальноем

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2