Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам на основе титана, предназначенным для изготовления конструкционных деталей, узлов и агрегатов в авиационно-космической промышленности, судостроении, автомобилестроении, энергетическом и химическом машиностроении. Предложен сплав на основе титана, включающий алюминий, молибден, ванадий, цирконий, железо, кремний, углерод, кислород, который дополнительно содержит вольфрам, медь и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминий - 5,0-6,5, молибден 0,5-0,8, ванадий 0,5-1,2, цирконий 0,5-0,8, железо 0,3-0,5, кремний 0,05-0,2, углерод - 0,05-0,2, кислород 0,1-0,2, вольфрам 0,05-0,3, медь 0,1-0,3, бор 0,005-0,01, титан - остальное, и изделие, выполненное из этого сплава. Техническим результатом изобретения является повышение пластичности, предела выносливости и ударной вязкости при сохранении уровня предела прочности. 2 с.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана, предназначенным для изготовления конструкционных деталей, узлов и агрегатов в авиационно-космической промышленности, судостроении, автомобилестроении, энергетическом и химическом машиностроении.

Известен сплав на основе титана [1], имеющий следующий химический состав, мас.%: Алюминий - 6 Ванадий - 4 Кремний - 0,04 - 0,10 Углерод - 0,03 - 0,08 Титан - Остальное Из известного сплава изготавливаются конструкционные детали (в том числе литые) для автомобилестроения (шатуны, кривошипные валы, элементы жесткости и др.).

Недостатком сплава в литом состоянии являются низкие значения относительного удлинения и сужения, а также предела выносливости.

Литые изделия, изготовленные из известного сплава, имеют низкий ресурс работы.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана [2], имеющий химический состав, мас.%: Алюминий - 3 - 5,5 Молибден - 1 - 3 Ванадий - ≤2
Цирконий - ≤2
Хром - ≤2
Марганец - ≤1,5
Железо - ≤0,7
Кремний - ≤0,35
Углерод - ≤0,15
Кислород - ≤0,3
Азот - ≤0,06
Водород - ≤0,015
Титан - Остальное
Недостатком сплава-прототипа являются низкие значения пластичности, предела выносливости и ударной вязкости.

Изделия из сплава-прототипа из-за недостаточно высокого комплекса механических свойств применяются только в отраслях народного хозяйства, например в химическом машиностроении для изготовления корпусов вентилей, патрубков, крыльчаток, улиток.

Технической задачей изобретения является повышение пластичности, предела выносливости и ударной вязкости при сохранении уровня предела прочности на растяжение.

Для достижения поставленной технической задачи предложен сплав на основе титана, включающий алюминий, молибден, ванадий, цирконий, железо, кремний, углерод, кислород, который дополнительно содержит вольфрам, медь и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминий - 5,0 - 6,5
Молибден - 0,5 - 0,8
Ванадий - 0,5 - 1,2
Цирконий - 0,5 - 0,8
Железо - 0,3 - 0,5
Кремний - 0,05 - 0,2
Углерод - 0,05 - 0,2
Кислород - 0,1 - 0,2
Вольфрам - 0,05 - 0,3
Медь - 0,1 - 0,3
Бор - 0,005 - 0,01
Титан - Остальное
и изделие, выполненное из этого сплава.

Авторами установлено, что дополнительное содержание в предлагаемом сплаве вольфрама, меди и бора в сочетании с другими компонентами в заявленных пределах образуют микролегирующий комплекс, который способствует уменьшению размеров зерна (D₃) и модифицирует внутризеренную структуру, изменяя параметры пластин и их ориентацию, то есть позволяет получить оптимальную по размерам элементов микроструктуру литого сплава, обеспечивающую повышение значений относительного удлинения и сужения, предела выносливости и ударной вязкости.

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), отливка заготовок в вакуумной дуговой гарнисажной печи.

Составы предлагаемого сплава ( 1 - 3) и сплава-прототипа (44) приведены в табл.1.

Литые заготовки в виде прутков диаметром 20 мм разрезались для изготовления механически обработанных образцов.

Предел прочности на растяжение, относительное удлинение и сужение определялись на стандартных образцах диаметром 5 мм и расчетной базой 5d при комнатной температуре. Определение предела выносливости проводилось на стандартных образцах на базе N = 10⁷ ц при комнатной температуре.

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

Как видно из табл. 2, предлагаемый сплав обеспечивает по сравнению с известным сплавом повышение относительного удлинения в 7 раз, относительного сужения в 4 раза, предела выносливости в 3 раза и ударной вязкости в 9 раз при сохранении уровня предела прочности на растяжение.

Предлагаемый сплав может найти применение в конструкционных деталях, узлах и элементах изделий для авиационно-космической промышленности, в судостроении, автомобилестроении (элементы жесткости, шатуны и др.), энергетическом и химическом машиностроении (корпуса вентилей, патрубки, крыльчатки, улитки).

Использование предлагаемого сплава на основе титана позволит повысить надежность и ресурс изделий на 15-20%.

Литература:
1. п. 4943412, США
2. Шаповалова О. М., Молчанова Е.К., Минеева Л.К. Исследование свойств титанового сплава ТВ2. - Труды Всесоюзного научно-исследовательского института титана, 6, 1970, с.117-120, РЖ "Металлургия" - 2И698, 1971.

Формула изобретения

1. Сплав на основе титана, включающий алюминий, молибден, ванадий, цирконий, железо, кремний, углерод, кислород, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, медь и бор при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Алюминий - 5,0-6,5
Молибден - 0,5-0,8
Ванадий - 0,5-1,2
Цирконий - 0,5-0,8
Железо - 0,3-0,5
Кремний - 0,05-0,2
Углерод - 0,05-0,2
Кислород - 0,1-0,2
Вольфрам - 0,05-0,3
Медь - 0,1-0,3
Бор - 0,005-0,01
Титан - Остальное
2. Изделие из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего состава, мас. %:
Алюминий - 5,0-6,5
Молибден - 0,5-0,8
Ванадий - 0,5-1,2
Цирконий - 0,5-0,8
Железо - 0,3-0,5
Кремний - 0,05-0,2
Углерод - 0,05-0,2
Кислород - 0,1-0,2
Вольфрам - 0,05-0,3
Медь - 0,1-0,3
Бор - 0,005-0,01
Титан - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1