Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

 

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, предназначенных для использования в качестве жаропрочного материала. Заявленный сплав и изделие, выполненное из него, содержат компоненты при следующем соотношении, мас. %: Al 5,5-8,0, Nb 20,0-30,0, Мо 0,5-12,0, Si 0,015-0,5, С 0,015-0,5, В 0,015-0,5, Y 0,01-0,7, О₂ 0,02-0,2,N₂ 0,01-0,05, Н₂ 0,001-0,03, Тi - остальное и изделие, выполненное из него. Техническим результатом изобретения является то, что предлагаемый сплав и изделие из него обладают по сравнению с прототипом более высокой пластичностью, сопротивлением ползучести, показателями сопротивления малоцикловой усталости в сочетании с высокой прочностью, жаропрочностью и модулем упругости. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, предназначенных для использования в качестве жаропрочного материала для изготовления деталей ГТД.

Известен сплав на основе титана следующего химического состава, мас.%: А1 - 13,5-15,3 Nb - 19,5-30 V - До 4,1 Ti - Остальное [1] Данный сплав применяется для изготовления поковок и штамповок деталей двигателя.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав следующего химического состава, мас.%: А1 - 11,3-11,8 Nb - 17,5-26,5 V - 0-3,0 Мо - 0-5,5
Si - 0,3 0,5
Zr - 0-5,2
Ti - Остальное [2]
Из этого сплава изготавливают детали горячего тракта двигателя.

Основным недостатком известных сплавов является невозможность получения на крупногабаритных полуфабрикатах сочетания высокого уровня прочности, жаропрочности, сопротивления ползучести с высокой пластичностью, сопротивлением малоцикловой усталости и модулем упругости.

Технической задачей изобретения является повышение пластичности, сопротивления ползучести и показателей сопротивления малоцикловой усталости в сочетании с высокой прочностью, жаропрочностью и модулем упругости крупногабаритных полуфабрикатов из титановых сплавов.

Поставленная техническая задача достигается тем, что сплав на основе титана, содержащий алюминий, ниобий, молибден, кремний, дополнительно содержит углерод, бор, иттрий, кислород, азот и водород при следующем соотношении компонентов, мас.%:
А1 - 5,5-8,0
Nb - 20,0-30,0
Мо - 0,5-12,0
Si - 0,015-0,5
С - 0,015-0,5
В - 0,015-0,5
Y - 0,01-0,7
O₂ - 0,02-0,2
N₂ - 0,01-0,05
Н₂ - 0,001-0,03
Ti - Остальное
и изделие, выполненное из него.

Предлагаемый сплав может быть применен для изготовления деталей горячего тракта авиационных двигателей, а именно: дисков, лопаток, корпусов, турбин т.п.

Особо следует указать на положительное совместное влияние Si, С, В и Y на свойства сплава и изделия из него. В этом случае наблюдается наиболее благоприятное сочетание прочности, жаропрочности, сопротивления ползучести и малоцикловой усталости, пластичности и модуля упругости.

При заявленном содержании компонентов авторами установлено, что полученный эффект достигается не только за счет выделения известных интерметаллических фаз, но, главным образом, за счет выделения соединений типа Ti_x Nb_y (Si, Y, С, В, N, O)_z, которые оказывают существенное влияние на повышение уровня прочности, жаропрочности (650^oС), сопротивления ползучести (650^oC) и малоцикловой усталости, пластичности и модуля упругости.

Примеры осуществления
Методом вакуумно-дуговой плавки получены слитки данных сплавов массой 10 кг. После ковки, горячей прокатки и механической обработки получены обточенные прутки-электроды ⊘ 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 механические свойства, которые приведены в таблице.

Из таблицы видно, что предлагаемый сплав обладает более высокими механическими свойствами по сравнению со свойствами прототипа: прочность при комнатной температуре повышается на 4,8-12,5%, относительное удлинение - на 62,5-150%, сопротивление малоцикловой усталости - на 17,3-46,7%, длительная прочность при 650^oС за 100 часов - на 13-22,8%, сопротивление ползучести при 650^oС за 100 часов - на 11-38,8%, модуль упругости при комнатной температуре - на 18-25,4%, модуль упругости при температуре 650^oС - на 2,8-11,4%.

Применение предлагаемого сплава позволит повысить эксплуатационную надежность и ресурс изделий на 10-20%.

ЛИТЕРАТУРА
1. US 4292077, МПК 7 С 22 С 14/00, 29.09.1981.

2. US 5183635, МПК 7 С 22 С 14/00, 02.02.1993.

Формула изобретения

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, ниобий, молибден, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод, бор, иттрий, кислород, азот и водород при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Аl - 5,5-8,0
Nb - 20,0-30,0
Мо - 0,5-12,0
Si - 0,015-0,5
С - 0,015-0,5
В - 0,015-0,5
Y - 0,01-0,7
О₂ - 0,02-0,2
N₂ - 0,01-0,05
Н₂ - 0,001-0,03
Тi - Остальное
2. Изделие из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас. %:
Аl - 5,5-8,0
Nb - 20,0-30,0
Мо - 0,5-12,0
Si - 0,015-0,5
С - 0,015-0,5
В - 0,015-0,5
Y - 0,01-0,7
О₂ - 0,02-0,2
N₂ - 0,01-0,05
Н₂ - 0,001-0,03
Ti - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1