Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве высокопрочных материалов конструкций планера самолета. Предложен высокопрочный сплав на основе титана, содержащий следующие компоненты, мас.%: алюминий 2,0-4,0, молибден 5,5-8,0, железо 0,4-0,8, ванадий 8,5-10,5, хром 0,4-0,8, ниобий 2,1-3,0, кремний 0,11-0,25, титан - остальное, и изделие, выполненное из него. Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности, относительного удлинения и характеристик жаропрочности сплава. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве высокопрочных материалов конструкций планера самолета.

Известен сплав на основе титана состава, мас.%: Алюминий - 3-7 Молибден - 0,2-5 Железо - ≤0,3 Ниобий - 0,2-4 Никель - 0,5-5 Вольфрам - 0,06-2 Молибден и никель (сумма) - ≤5 Титан - остальное [1] Этот сплав обладает невысокими характеристиками предела прочности, относительного удлинения и жаропрочности.

Изделия, изготовленные из данного сплава (такие, как нервюры и стрингера внутреннего набора и т.п.), из-за невысоких значений предела прочности и относительного удлинения не могут быть использованы в ответственных силовых конструкциях.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана следующего состава, мас.%:
Алюминий - 2,0-6,0
Молибден - 5,0-10,0
Железо - 0,1-4,0
Никель - 0,3-4,0
Ванадий - 0,1-10,0
Хром - 2,0-12,0
Титан - остальное [2]
Сплав-прототип обладает также недостаточно высокими значениями предела прочности, относительного удлинения и жаропрочности. Изделия, изготовленные из данного сплава (такие, как обшивка фюзеляжа, оперение планера и т.п.), не могут длительно эксплуатироваться при температурах выше 250^oС из-за охрупчивания сплава.

Технической задачей изобретения является повышение предела прочности, относительного удлинения и характеристик жаропрочности сплава.

Техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, железо, ванадий, хром, который дополнительно содержит ниобий, кремний при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Алюминий - 2,0-4,0
Молибден - 5,5-8,0
Железо - 0,4-0,8
Ванадий - 8,5-10,5
Хром - 0,4-0,8
Ниобий - 2,1-3,0
Кремний - 0,11-0,25
Титан - остальное
и изделие (такие, как конструкции предкрылков, воздуховоды двигателя, торсионы и т.п.), выполненное из него.

Авторами установлено, что совместное введение ниобия и кремния при предложенном содержании компонентов в сплаве на основе титана способствует упрочнению сплава за счет модифицирования структуры и упрочнения границ зерен, а также повышает жаропрочность за счет образования интерметаллидов в структуре сплава.

Слитки предлагаемого сплава и сплава-прототипа приготавливали методом двойного переплава в вакуумных дуговых печах в пределах состава предлагаемого сплава и сплава - прототипа (1,2, 3 и 4 соответственно, см. табл.1).

Слитки ковали на слябы, а затем их в горячем состоянии в α+β -области прокатывали на листы толщиной 3,5 мм. Далее в холодном состоянии листы прокатывали на конечную толщину 1,5 мм с промежуточными отжигами.

Из листов толщиной 1,5 мм изготавливали образцы, которые затем подвергали упрочняющей термической обработке. В соответствии с ГОСТами на образцах определяли предел прочности, относительное удлинение и предел длительной прочности (жаропрочность, см. табл.2).

Как видно из табл.2, механические свойства предлагаемого сплава превышают механические свойства сплава-прототипа: предел прочности на 8,5%, относительное удлинение на 30%, предел длительной прочности на 10,5%.

Применение предлагаемого сплава на основе титана и изделий, выполненных из него, обеспечит снижение массы конструкций на 20-25%, снижение затрат на электроэнергию в 1,3 раза, а также улучшение экологии производства за счет проведения термической обработки в защитной атмосфере.

Литература
1. Заявка 1-55350, Япония
2. Патент 1479855, Великобритания.

Формула изобретения

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, железо, ванадий, хром, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ниобий и кремний при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Алюминий - 2,0-4,0
Молибден - 5,5-8,0
Железо - 0,4-0,8
Ванадий - 8,5-10,5
Хром - 0,4-0,8
Ниобий - 2,1-3,0
Кремний - 0,11-0,25
Титан - Остальное
2. Изделие из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас. %:
Алюминий - 2,0-4,0
Молибден - 5,5-8,0
Железо - 0,4-0,8
Ванадий - 8,5-10,5
Хром - 0,4-0,8
Ниобий - 2,1-3,0
Кремний - 0,11-0,25
Титан - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2