Сплав на основе титана и изделие, выполненное из этого сплава

Изобретение относится к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала при изготовлении обшивки, лонжеронов, шпангоутов, фюзеляжа, крыльев, агрегатов и двигателей самолетов, работающих при повышенных температурах. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 5,5-7,0, молибден 0,5-2,0, ванадий 0,8-2,5, цирконий 1,5-2,5, железо 0,03-0,3, вольфрам 0,001-0,10, медь 0,001-0,08, никель 0,001-0,02, марганец 0,001-0,10, водород 0,003-0,3, хром 0,001-0,10, титан - остальное. Сплав имеет высокие механические свойства при повышенных температурах, что повышает надежность в работе изделий, выполненных из этого сплава. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала при изготовлении обшивки, лонжеронов, шпангоутов, фюзеляжа, крыльев, агрегатов и двигателей самолетов, работающих при повышенных температурах.

Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:

алюминий	5,5-6,75
ванадий	3,5-4,5
железо	0,25-0,35
углерод	0,10-0,30
кислород	0,15-0,25
азот	0,05-0,14
титан	остальное

(Патент США №5759484)

Сплав может быть использован для изготовления деталей и узлов авиакосмической техники: лонжеронов, кронштейнов и т.д.

Недостатками сплава и изделий, выполненных из него, являются низкие эксплуатационные характеристики при повышенных температурах.

Известен сплав на основе титана, содержащий, мас.%:

алюминий	5,0-6,8
ванадий	3,5-4,5
хром	0,01-0,15
марганец	0,01-0,15
железо	0,1-0,28
медь	0,01-0,15
никель	0,01-0,15
цирконий	0,01-0,3
кремний	0,01-0,11
азот	0,005-0,04
углерод	0,01-0,09
титан	остальное (патент РФ №2086695)

Сплав может быть использован для изготовления лонжеронов и шпангоутов самолетов. Однако сплав обладает низкими характеристиками длительной прочности при 350°С за 100 ч и 5000 ч, предела ползучести при 350°С за 100 ч и 5000 ч, низким пределом прочности при сжатии.

Недостатком изделий, выполненных из него, является повышенная масса и низкая эксплуатационная надежность при повышенных температурах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сплав на основе титана следующего состава, мас.%:

алюминий	4,5-6,2
молибден	0,1-0,8
ванадий	0,1-1,1
железо	0,03-0,3
цирконий	0,05-0,5
кислород	0,05-0,5
хром	0,01-0,2
марганец	0,01-0,2
медь	0,01-0,2
никель	0,01-0,2
титан	остальное (патент РФ №2082804)

Из этого сплава изготавливают листовые сварные конструкции, а также обшивку, силовой набор агрегатов и фюзеляжа самолета.

Недостатками сплава и изделий, выполненных из него, являются пониженные характеристики длительной прочности, ползучести листов при повышенной температуре, низкие значения предела прочности при сжатии при комнатной температуре, а также повышенная масса.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава, обладающего высокими механическими характеристиками при повышенных температурах, обеспечивающими снижение массы изделий, выполненных из него, и повышение их надежности в работе.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, цирконий, железо, медь, никель, марганец, хром, который дополнительно содержит вольфрам и водород, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	5,5-7,0
молибден	0,5-2,0
ванадий	0,8-2,5
цирконий	1,5-2,5
железо	0,03-0,3
вольфрам	0,001-0,10
медь	0,001-0,08
никель	0,001-0,02
марганец	0,001-0,10
водород	0,003-0,3
хром	0,001-0,10
титан	Остальное

и изделие, выполненное из него.

Предложенный сплав комплексно легирован α-стабилизирующим элементом (Al), β-стабилизирующими элементами (Мо, V, Fe, W, Cu, Ni, Mn, Cr, Н) и нейтральным упрочнителем (Zr), что позволяет эффективно реализовать механизм твердорастворного упрочнения α-твердого раствора. Сплав содержит большее, чем у прототипа, количество циркония, что позволяет значительно упрочнить α-твердый раствор. Содержание в сплаве тугоплавкого вольфрама выполняет модифицирующую функцию и улучшает структуру сплава. Содержание в сплаве водорода в широком диапазоне концентрации позволяет осуществить пластифицирующий эффект при формообразовании элементов конструкции.

Примеры конкретного осуществления.

Вакуумно-дуговым методом с двумя переплавами изготавливали слитки предлагаемого сплава и сплава прототипа. Слитки расковывали при всесторонней ковке на сляб, который прокатывали в листы. Из заготовок листов получали образцы, которые испытывали при комнатной и повышенной температурах.

В табл.1 приведены химические составы, а в табл.2 - свойства листов предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

В предлагаемом сплаве характеристики жаропрочности листов повышены на 30%, а предел прочности при сжатии на 20%.

Применение предлагаемого сплава с большей прочностью позволит снизить массу деталей и узлов на 20-30% и повысить, за счет большего значения предела ползучести, надежность конструкций, работающих в условиях действия сжимающих напряжений.

Таблица №1
№ п/п	Химический состав, мас.%
Ti	Al	Мо	V	Zr	Fe	W	Mn	Cu	Ni	Н	Cr	O2
1	осн	5,5	0,5	0,8	1,5	0,03	0,001	0,001	0,001	0,001	0,003	0,001	-
2	осн	7,0	2,0	2,5	2,5	0,3	0,10	0,10	0,08	0,02	0,3	0,10	-
3	осн	6,3	1,4	1,5	2,0	0,16	0,05	0,05	0,06	0,01	0,15	0,005	-
4	осн	5,7	0,5	0,6	0,3	0,15	-	0,1	0,1	0,07	-	0,1	0,2
Примеры 1-3 - хим.составы предлагаемого сплава, пример 4 - хим.состав сплава-прототипа.
Таблица №2
№ п/п
1	72	70	55	48	1400
2	76	74	58	51	1470
3	75	71	57	49	1430
4	55	54	42	37	1160

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, цирконий, железо, медь, никель, марганец, хром, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам и водород при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	5,5-7,0
молибден	0,5-2,0
ванадий	0,8-2,5
цирконий	1,5-2,5
железо	0,03-0,3
вольфрам	0,001-0,10
медь	0,001-0,08
никель	0,001-0,02
марганец	0,001-0,10
водород	0,003-0,3
хром	0,001-0,10
титан	остальное

2. Изделие из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.