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. Задачей изобретения является повышение удельных прочностных и пластических характеристик при 20^oС и удельной кратковременной и длительной прочности за 100 ч при 650^oС. Предложен сплав на основе титана, включающий алюминий, ниобий, молибден, цирконий, кремний, который дополнительно содержит ванадий и углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Al 10-12, Nb 38-42, Мо 0,5-1,0, Zr 1-1,5, Si 0,1-0,25, V 1-1,5, С 0,05-0,08, Ti - остальное и изделие, выполненное из него. Техническим результатом изобретения является получение сплава, обладающего повышенной как низкотемпературной удельной прочностью и пластичностью, так и высокотемпературной удельной кратковременной и длительной прочностью за 100 ч при 650^oС. 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 [1], имеющий следующий состав, мас.%: Аl - 9,3 - 14,2 Nb - 32 - 60,5 V - 0,24 - 6,2 Ti - Остальное Из известного сплава изготавливаются элементы конструкций двигателей, работающих при температурах 550-650^oС.

Недостатком сплава является низкая жаропрочность - длительная прочность за 100 часов при температурах до 650^oС. Изделия, изготовленные из известного сплава, имеют ограниченный ресурс работы при рабочих температурах.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана [2], имеющий химический состав, маc.%: Аl - 8,2 - 11,81 Nb - 31,7 - 43,8 Мо - 0 - 3,23 Та - 0 - 6,1
Zr - 0 - 3,0
Si - 0 - 0,38
Ti - Остальное
Сплав-прототип имеет недостаточно высокие значения удельного предела прочности, пластичности (относительного удлинения) при комнатной температуре и удельной кратковременной и длительной прочности за 100 часов при температурах до 650^oС. Элементы конструкции, изготовленные из сплава-прототипа, имеют ограниченный ресурс.

Технической задачей изобретения является повышение удельных прочностных и пластических характеристик при температуре 20^oС и удельной кратковременной и длительной прочности за 100 часов при температуре 650^oС.

Для достижения поставленной технической задачи предложен сплав на основе титана, включающий алюминий, ниобий, молибден, цирконий, кремний, который дополнительно содержит ванадий и углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Аl - 10 - 12
Nb - 38 - 42
Мо - 0,5 - 1,0
Zr - 1 - 1,5
Si - 0,1 - 0,25
V - 1 - 1,5
С - 0,05 - 0,08
Ti - Остальное
и изделие, выполненное из него.

Из предлагаемого сплава могут изготавливаться детали двигателя (например, лопатки, диски и кольца компрессора), длительно работающие при температурах 550-650^oС.

Авторами установлено, что дополнительно введенные в сплав на основе титана с заявленным соотношением компонентов V и С образуют сложные карбосилициды [(Ti,Zr,V)₅(Si,C)₃ и (Ti,Zr,V)₃(Si,C)₂], которые в виде дисперсных выделений упрочняют сплав, повышая его как низкотемпературную удельную прочность и пластичность, так и высокотемпературную удельную кратковременную и длительную прочность за 100 часов при температуре 650^oС.

Примеры осуществления.

Слитки предлагаемых сплавов изготавливали по технологии производства титановых сплавов, которая включала изготовление из шихтовых материалов расходуемого электрода и выплавку слитков многократным вакуумно-дуговым переплавом.

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

Механически обработанные литые заготовки подвергались ковке и прокатке с целью получения листовых полуфабрикатов толщиной 2 мм. Листовые полуфабрикаты подвергались термической обработке, разрезке на заготовки, из которых изготавливались образцы для испытаний. Свойства предлагаемого сплава ( 1-3) и сплава-прототипа 4 приведены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, предлагаемый сплав превосходит при температуре 20^oС по удельной кратковременной прочности на 16,3-18,3%, по пластичности на 13-21%, а при температуре 650^oС по удельной кратковременной прочности на 14-17,1% и по удельной длительной прочности за 100 часов на 43,4-50% сплав-прототип.

Использование предлагаемого сплава позволит снизить вес конструкции, повысить технический ресурс и обеспечить надежность конструкции.

Литература
1. Патент США 5205984.

2. Патент ЕП 0924308.5

Формула изобретения

1. Сплав на основе титана, включающий алюминий, ниобий, молибден, цирконий, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий и углерод при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Аl - 10-12
Nb - 38-42
Мо - 0,5-1,0
Zr - 1-1,5
Si - 0,1-0,25
V - 1-1,5
С - 0,05-0,08
Ti - Остальное
2. Изделие, выполненное из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас. %:
Аl - 10-12
Nb - 38-42
Мо - 0,5-1,0
Zr - 1-1,5
Si - 0,1-0,25
V - 1-1,5
С - 0,05-0,08
Ti - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2