Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к авиационной технике и цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для изготовления деталей и узлов авиакосмической и ракетной техники: шаровых и цилиндрических газовых баллонов, трубопроводов, агрегатов и др., работающих при минусовых температурах. Предложен сплав на основе титана и изделие, выполненное из него. Сплав содержит, мас.%: алюминий 4,0-6,0, марганец 0,002-0,2, железо 0,01-0,2, никель 0,005-0,2, цирконий 0,001-0,2, кремний 0,01-0,1, азот 0,005-0,04, углерод 0,01-0,06, олово 2,0-3,0, кислород 0,01-0,12, водород 0,003-0,008, титан - остальное. Сплав обладает повышенными механическими свойствами при криогенной температуре. Применение предлагаемого сплава на основе титана позволит повысить надежность и ресурс изделий, выполненных из этого сплава. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к авиационной технике и цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для изготовления деталей и узлов авиакосмической и ракетной техники: шаровых и цилиндрических газовых баллонов, трубопроводов, агрегатов и др., работающих при минусовых температурах.

Известен сплав на основе титана следующего химического состава, мас.%:

алюминий	4-7
молибден	1-3
ванадий	3,5-5,5
хром	0,6-2,0
медь	0,005-0,4
железо	0,3-1,27
цирконий	1-3
олово	1-3
углерод	0,2-0,35
кислород	0,05-0,25
титан	остальное

(а.с. СССР №556191).

Этот сплав и изделия, выполненные из него, имеют низкие эксплуатационные характеристики основного материала и сварных соединений.

Известен сплав на основе титана следующего химического состава, мас.%:

алюминий	4,5-6,2
молибден	0,1-0,8
ванадий	0,1-1,1
хром	0,01-0,2
марганец	0,01-0,2
железо	0,03-0,3
цирконий	0,05-0,5
кислород	0,05-0,5
медь	0,01-0,2
никель	0,01-0,2
титан	остальное

(Патент РФ №2082804).

Сплав может быть использован для изготовления деталей и узлов авиакосмической техники, работающих при температуре до (-196°С).

Недостатком сплава и изделий, выполненных из него, являются низкие механические и эксплутационные свойства при температуре жидкого кислорода (-253°С).

Наиболее близким по технической сущности сплавом, взятым за прототип, является сплав на основе титана следующего химического состава, 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).

Недостатками сплава являются пониженные механические свойства при температуре (-253°С).

Изделия из этого сплава обладают невысокими эксплуатационными свойствами и пониженной надежностью.

Технической задачей изобретения является разработка сплава и изделий, выполненных из него, обладающих повышенными механическими свойствами при криогенной температуре (-253°С).

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, марганец, железо, никель, цирконий, кремний, азот, углерод, который дополнительно содержит олово, кислород и водород, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	4,0-6,0
марганец	0,002-0,2
железо	0,01-0,2
никель	0,005-0,2
цирконий	0,001-0,2
кремний	0,01-0,1
азот	0,005-0,04
углерод	0,01-0,06
олово	2,0-3,0
кислород	0,01-0,12
водород	0,003-0,008
титан	остальное

и изделие, выполненное из него.

Авторами было установлено, что при заявленных содержании и соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве и дополнительном введении олова, кислорода и водорода повышаются механические свойства сплава при криогенной температуре (-253°С).

Примеры конкретного осуществления

Вакуумно-дуговым методом выплавляли слитки предлагаемого сплава и сплава-прототипа. Слитки ковали на прессах, затем подвергали горячей прокатке и изготавливали прутки. Из заготовок прутков получали образцы, которые испытывали при криогенной температуре (-253°С).

В таблице 1 приведены химические составы предлагаемого сплава и сплава-прототипа, в таблице 2 приведены механические свойства этих сплавов.

В предлагаемом сплаве предел прочности и предел текучести при температуре (-253°С) повышен на 20%, относительное сужение повышено на 30%, чувствительность к концентрации напряжений (σ_в ^н/σ_в) повышена на 40%.

Применение предлагаемого сплава на основе титана позволит повысить надежность и ресурс изделий, выполненных из этого сплава.

Таблица 1
№п/п	Химический состав, мас.%
Ti	Al	Sn	Mn	Fe	Ni	Zr	С	Si	O2	N	H	Cu	Cr	V
1	Осн.	4,0	2,0	0,002	0,01	0,005	0,001	0,01	0,01	0,01	0,005	0,003
2	Осн.	6,0	3,0	0,2	0,2	0,2	0,2	0,06	0,1	0,12	0,04	0,008
3	Осн.	5,0	2,5	0,1	0,1	0,1	0,1	0,03	0,05	0,07	0,02	0,006
4	Осн.	6,0	-	0,15	0,15	0,1	0,2	0,06	0,05	-	0,02	-	0,1	0,1	4,0
Таблица 2
№ п/п	Механические свойства при температуре минус 253°С
σВ, МПа	σ0,2, МПа	σВ Н, МПа	σВ Н/σВ, МПа	ψ, %
1	1510	1470	1680	1,11	20
2	1545	1520	1700	1,1	16
3	1540	1500	1710	1,11	17
4	1260	1190	1020	0,8	12

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, марганец, железо, никель, цирконий, кремний, азот, углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит олово, кислород и водород при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	4,0-6,0
марганец	0,002-0,2
железо	0,01-0,2
никель	0,005-0,2
цирконий	0,001-0,2
кремний	0,01-0,1
азот	0,005-0,04
углерод	0,01-0,06
олово	2,0-3,0
кислород	0,01-0,12
водород	0,003-0,008
титан	остальное

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