Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам выплавки титановых сплавов и может быть использовано при производстве полуфабрикатов, предназначенных для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок, агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения. Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия и содержанием кислорода не более 0,08 мас.% включает подготовку шихты, содержащей в качестве исходных материалов титановую губку с легирующими компонентами и лигатуру, изготовление расходуемого электрода, его переплав с получением слитка интерметаллидного сплава. В качестве лигатуры используют стружку сплава, содержащего, мас.%: Nb 45-55, Ti 45-55, О2+N2 - не более 0,05, причем массовое количество лигатуры составляет 70 или 75 или 85% от общей массы шихты. Повышается химическая однородность слитков сплавов на основе алюминида титана с высоким содержанием ниобия и содержанием кислорода до 0,08 мас.% для обеспечения высоких механических и технологических свойств получаемых из него изделий. 6 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам выплавки сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия. Изобретение может быть использовано для производства полуфабрикатов, обладающих высокой удельной прочностью и пластичностью при комнатной температуре и удельной кратковременной и длительной прочностью при температурах до 700°С и предназначенных для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок и агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения.

Известны интерметаллидные сплавы на основе титана, предназначенные для изготовления изделий для авиационной и космической техники, с высоким содержанием ниобия для обеспечения необходимых свойств (патенты РФ №2210612, №2375484, №2500826).

Особенностью интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия является сложность обеспечения однородности химического состава слитка при использовании в составе шихты ниобия в виде чистого компонента, отсутствие гарантированного полного растворения тугоплавкого ниобия и, как следствие, образование обогащенных по ниобию включений. При выплавке слитков с введением ниобия через известные алюминий-ниобиевые лигатуры в слиток вносится большое количество газовых примесей, что снижает технологическую пластичность интерметаллидных сплавов титана.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения интерметаллидных сплавов на основе титана, включающий использование в качестве шихтовых материалов титановой губки, лигатур и легирующих элементов в чистом виде, изготовление расходуемого электрода и выплавку слитка (описание к патенту РФ №2405849). Однако этот способ не всегда обеспечивает достижение однородного химического состава, что может приводить к получению некондиционного металла или неоднородности свойств по сечению полуфабриката.

Задачей изобретения является получение химически однородных слитков сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия и содержанием кислорода до 0,08 масс. % для обеспечения высоких механических и технологических свойств получаемых из него полуфабрикатов и изделий.

Техническим результатом является получение однородных слитков требуемого химического состава на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия и регламентированным содержанием газовых примесей (кислорода и азота).

Решение поставленной задачи достигается тем, что способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия и содержанием кислорода не более 0,08 масс. % включает подготовку шихты, содержащей в качестве исходных материалов титановую губку с легирующими компонентами и лигатуру, изготовление расходуемого электрода, его переплав с получением слитка интерметаллидного сплава, причем в качестве лигатуры используют стружку сплава, содержащего, масс. %: Nb 45-55, Ti 45-55, О2+N2 - не более 0,05, а массовое количество лигатуры составляет 70, или 75, или 85% от общей массы шихты.

Для выплавки сплавов с повышенным содержанием алюминия и ниобия обычно используют лигатуру АНК (масс. %: Nb - 65-75; Si - 0,1-0,5; О - 0,1; N - 0,06; Al - остальное) и чистый ниобий. Вследствие того, что ниобий имеет более высокую температуру плавления (2469°С) и плотность (8,6 г/см3) по сравнению с титаном (Тпл=1668°С и ρ=4,5 г/см3) в слитках в процессе вакуумно-дугового переплава (ВДП) возможно образование включений из кусочков нерастворившейся шихты, которые погружаются на дно ванны жидкого металла и вмерзают в кристаллизующийся металл. Для получения высокой химической однородности слитков обычно используют тройной ВДП, однако и это не исключает появления химической неоднородности.

Введение в шихтовой состав 70 или 80 или 85% ниобий-титановой лигатуры, содержащей масс. %: Nb 45-55, Ti 45-55, обеспечивает ее полное растворение, исключает образование включений ниобия в получаемом сплаве и тем самым обеспечивает однородность состава по слитку. При использовании в составе шихты массы стружки титан-ниобиевой лигатуры и массовой доли ниобия в этой лигатуре меньше нижних пределов не обеспечивается требуемое содержание ниобия в сплаве, что приводит к необходимости его введения в чистом виде, а это существенно увеличивает риск образования включений и неоднородности химического состава по сечению даже при тройном вакуумно-дуговом переплаве. При использовании в составе шихты массы стружки ниобий-титановой лигатуры и массовой доли ниобия в этой лигатуре выше верхнего предела может привести к повышению расчетного содержания ниобия в сплаве сверх требуемого, при этом температура плавления лигатурного сплава превышает 1900°С, что снижает скорость его растворения в зоне плавки и может являться причиной образования включений.

Известно, что сплавы на основе титана, особенно сплавы на основе алюминидов титана, характеризующиеся низкой пластичностью при комнатной и повышенных температурах, чувствительны к содержанию газовых примесей, в первую очередь кислорода и азота. Образуя твердые растворы внедрения, они приводят к резкому снижению пластичности сплава, поэтому их содержание строго контролируется.

Суммарное содержание в ниобий-титановой лигатуре кислорода и азота не более 0,05 масс. % обеспечивает получение в слитке тройного переплава содержания кислорода, не превышающее 0,08 масс. %, и азота не более 0,006 масс. %. Содержание в ниобий-титановой лигатуре кислорода и азота выше верхнего предела приводит к увеличению содержания кислорода в слитке тройного переплава, понижает его технологические свойства, затрудняя изготовление полуфабрикатов, и полученные полуфабрикаты и изделия из них будут иметь пониженные значения пластичности.

Использование в составе шихты ниобий-титановой лигатуры в виде стружки в заявленном соотношении позволяет сформировать расходуемый электрод с применением операции прессования, обеспечивает более равномерное ее распределение в объеме брикета, требуемый уровень его сплошности, гарантирует механическую прочность при загрузке в печь и в процессе первого переплава. Кроме того, это исключает появление дефектов в виде нерасплавленных твердосплавных частиц при использовании лигатуры более крупных фракций.

Для получения сплава на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия следующего состава, масс. %:

алюминий 10,0-12,0

цирконий 1,1-1,5

ванадий 0,5-1,0

углерод 0,03-0,08

ниобий 38,0-42,0

молибден 0,5-1,0

кремний 0,1-0,25

кислород, не более 0,08

азот, не более 0,03

сумма прочих примесей, не более 0,3

титан - остальное.

изготовление слитков осуществляли двумя способами.

Слиток указанного состава выплавлялся по прототипу (патент РФ №2405849), а также в соответствии с предложенным способом с использованием в качестве шихтового материала, обеспечивающего повышенное содержание ниобия в сплаве, 70, 80 и 85% ниобий-титановой лигатуры с заявляемым содержанием ниобия 45-55 масс. %, титана 45-55 масс. % и суммарным содержанием кислорода и азота не более 0,05 масс. %, изготовленной одним из методов: гарнисажной плавкой; вакуумно-дуговой и гарнисажной плавкой; электронно-лучевым переплавом полученного алюминотермическим методом ниобий-титанового сплава. Полученный вышеперечисленными методами лигатурный слиток переводили в стружку, которую подвергали дроблению, магнитной сепарации, промывке и сушке. Затем рассчитывали навески лигатуры, губчатого титана, алюминия и других легирующих компонентов в зависимости от состава получаемого сплава и готовили шихту. Алюминий и другие легирующие компоненты вводили в шихту по известным принципам выбора (описание к патенту РФ №2405849): в чистом виде или в виде известных двойных или комплексных лигатур, в том числе полученных методом алюминотермии. Из шихты прессованием изготавливали расходуемый электрод, переплавляли его многократной вакуумно-дуговой плавкой или сочетанием вакуумно-дуговых и гарнисажной плавок.

Пример №1

Слиток вышеуказанного состава получен по прототипу (патент РФ №2405849). Химический состав слитка диаметром 360 мм в верхней, средней и донной частях приведен в таблице 1.

Разброс по содержанию ниобия составляет 9 масс. %, что недопустимо, т.к. изготовленные из него изделия имеют неоднородную структуру и, соответственно, различный уровень механических свойств.

Пример №2

Для получения сплава вышеуказанного состава использовали ниобий-титановую лигатуру, с содержанием, масс. %:

ниобий 54,65

титан 45,30

кислород + азот 0,032

примеси 0,019,

полученную методом однократного вакуумного дугового гарнисажного переплава. Слиток ниобий-титановой лигатуры переводили в стружку, которую подвергали дроблению, промывке и сушке. Была подготовлена шихта состава: 30% составляла титановая губка и легирующие компоненты (лигатуры ванадий-алюминий, молибден-ванадий-титан-алюминий-углерод, цирконий, алюминий и кремний технический) и 70% - стружка ниобий-титановой лигатуры. Тройным вакуумно-дуговым переплавом выплавлен слиток диаметром 360 мм сплава на основе алюминида титана.

Химический состав верхней, средней и донной частей слитка, полученного предложенным способом, приведен в таблице 2.

Пример №3

Для получения сплава вышеуказанного состава использовали ниобий-титановую лигатуру, с содержанием, масс. %:

ниобий 52,50

титан 47,45

кислород + азот 0,036

примеси 0,018,

полученную методом двойного переплава: вакуумно-дуговой плавкой и плавкой в гарнисажной печи. Слиток ниобий-титановой лигатуры переводили в стружку, которую подвергали дроблению, промывке и сушке. Была подготовлена шихта состава: 25% - титановая губка и легирующие компоненты (лигатуры ванадий-алюминий, молибден-ванадий-титан-алюминий-углерод, цирконий, алюминий и кремний технический) и 75% - стружка ниобий-титановой лигатуры. Гарнисажной плавкой и вакуумно-дуговым переплавом выплавлен слиток диаметром 360 мм сплава на основе алюминида титана.

Химический состав верхней, средней и донной частей слитка, полученного предложенным способом, приведен в таблице 3.

Пример №4

Для получения сплава вышеуказанного состава использовали ниобий-титановую лигатуру, с содержанием, масс. %:

ниобий 45,90

титан 54,03

кислород + азот 0,048

примеси 0,019,

полученную электронно-лучевым переплавом сплава, выплавленного алюминотермическим методом. Слиток ниобий-титановой лигатуры переводили в стружку, которую подвергали дроблению, промывке и сушке. Была подготовлена шихта состава: 15% - титановая губка и легирующие компоненты (лигатуры ванадий-алюминий, молибден-ванадий-титан-алюминий-углерод, цирконий, алюминий и кремний технический) и 85% - стружка ниобий-титановой лигатуры. Тройным вакуумно-дуговым переплавом выплавлен слиток диаметром 360 мм сплава на основе алюминида титана.

Химический состав верхней, средней и донной частей слитка, полученного предложенным способом, приведен в таблице 4.

Получение слитков однородного химического состава позволило изготовить из них опытные образцы полуфабрикатов с однородной структурой и, соответственно, повышенным стабильным уровнем технологических (таблица 5) и механических (таблица 6) свойств.

Таким образом, использование всей совокупности существенных признаков, приведенных в формуле изобретения, позволяет получать слитки из сплава на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия с высокой химической однородностью и содержанием кислорода не более 0,08 масс. %, что обеспечивает повышенный стабильный уровень механических и технологических свойств получаемых из него полуфабрикатов и изделий.

Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия и содержанием кислорода не более 0,08 мас.%, включающий подготовку шихты, содержащей в качестве исходных материалов титановую губку с легирующими компонентами и лигатуру, изготовление расходуемого электрода, его переплав с получением слитка интерметаллидного сплава, отличающийся тем, что в качестве лигатуры используют стружку сплава, содержащего, мас.%: Nb 45-55, Ti 45-55, О2+N2 - не более 0,05, причем массовое количество лигатуры составляет 70, или 75, или 85% от общей массы шихты.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к способу и устройству получения содержащего алюминий и титан сплава - интерметаллида. Способ включает получение сплава из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения алюминия и титана.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению сплавов. Способ получения сплава, содержащего титан, медь и кремний, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, меди и кремния, включает генерацию магнитных полей, накладываемых на порции перерабатываемой сырьевой массы.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению мелкозернистых листовых титановых сплавов, которые являются подходящими для использования при сверхпластическом формовании.

Группа изобретений относится к порошковой металлургии. Порошковая смесь для получения титанового сплава включает порошок титанового сплава, содержащий алюминий и ванадий или содержащий в дополнение к алюминию и ванадию по меньшей мере один из циркония, олова, молибдена, железа и хрома, и по меньшей мере один металлический порошок, выбранный из порошка меди, порошка хрома и порошка железа, смешанного с порошком титанового сплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным титановым сплавам, используемым для изготовления деформированных полуфабрикатов. Сплав на основе титана содержит, мас.

Группа изобретений относится к получению сплава на основе титана из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана. Способ включает генерацию магнитных полей, накладываемых на порции перерабатываемой сырьевой массы, восстановление металлов из руд при непрерывном перемешивании сырьевой массы с последующим накоплением и формированием продукта в виде кольцевого столбчатого монокристалла, состоящего из интерметаллида, выбранного из ТiАl3, TiFeAl2, TiAl2Fe, TiFe3, и его выгрузку.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано для изготовления деформированных полуфабрикатов, а также отливок, предназначенных для изготовления деталей энергетического и транспортного машиностроения, авиационной и космической техники с рабочими температурами в интервале от -196 до 450°C.

Изобретение относится к способу получения титановых сплавов. Способ термомеханической обработки титанового сплава включает обработку титанового сплава давлением, включающую пластическое деформирование при температуре в области альфа-бета фаз до эквивалентной пластической деформации с по меньшей мере 25%-ным уменьшением площади поперечного сечения, после чего температура титанового сплава не достигает и не превышает температуры бета-перехода титанового сплава.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к интерметаллидному сплаву на основе системы алюминий-титан , который может быть использован при производстве изделий и покрытий, в частности в производстве лопаток газотурбинных двигателей, клапанов моторов, вентиляторов для горячих газов.

Настоящее изобретение относится к областям металлургии, а именно к способам термической обработки высоколегированных псевдо-β титановых сплавов. Способ термической обработки крупногабаритных изделий из высокопрочного титанового сплава, содержащего, мас.%: 4,0…6,3 алюминия, 4,5…5,9 ванадия, 4,5…5,9 молибдена, 2,0…3,6 хрома, 0…5 циркония, 0…6 олова, 0…0,5 кремния, титан и неизбежные примеси - остальное, включает охлаждение со скоростью V1<3°С/мин из однофазной β-области до температуры T1<370°С и последующее старение при температуре Т2=370…600°С в течение 1…12 часов.
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к композиционным материалам с металлической матрицей и наноразмерными упрочняющими частицами. Задачей изобретения является повышение прочностных характеристик композиционного материала при минимизации объемной доли упрочняющих частиц.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии получения изделий методом горячей деформации алюминиевых сплавов, преимущественно высокопрочных и жаропрочных, для использования главным образом в авиакосмической технике и транспортном машиностроении.

Группа изобретений относится к металлическим волокнам жаростойкого сплава, которые могут быть использованы для получения истираемых уплотнений проточной части турбины авиационного газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к получению композиционного армированного порошкового материала для нанесения покрытий холодным сверхзвуковым газодинамическим напылением.

Группа изобретений относится к порошковой металлургии. Порошковая смесь для получения титанового сплава включает порошок титанового сплава, содержащий алюминий и ванадий или содержащий в дополнение к алюминию и ванадию по меньшей мере один из циркония, олова, молибдена, железа и хрома, и по меньшей мере один металлический порошок, выбранный из порошка меди, порошка хрома и порошка железа, смешанного с порошком титанового сплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, легированных редкоземельными металлами. Способ получения сплава на основе никеля включает загрузку в плавильный тигель шихты в виде металлических отходов или смеси металлических отходов и легирующих металлов, введение в шихту рафинирующей добавки, расплавление шихты и разливку полученного расплава через фильтр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению армированных композиционных материалов, и может быть использовано для получения композиционных материалов, работающих в условиях трения в качестве электротехнических изделий, таких как токосъемники, вставки пантографов, электротехнические щетки и т.п.

Изобретение относится к области получения литых композиционных материалов и может быть использовано для получения пропиткой композиционных материалов с углеграфитовым каркасом, которые работают в условиях трения в качестве электротехнических изделий, таких как токосъемники, вставки пантографов, электротехнические щетки и т.п.

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению термоэлектрических бинарных сплавов типа висмут-сурьма, применяемых для изготовления варизонных полупроводников для термоэлектрических элементов малогабаритных холодильников Пельтье, работающих в интервале температур 100-200 К.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к вторичной переработке алюминиевых отходов, таких как бывшая в употреблении алюминиевая тара из-под напитков и продуктов, и может быть использовано для получения вторичных алюминиевых сплавов, алюминиевых раскислителей для выплавки сплавов, в том числе сталей.

Изобретение относится к металлургии. Гильзу из сплава помещают в тигель установки вакуумно-дугового переплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам выплавки титановых сплавов и может быть использовано при производстве полуфабрикатов, предназначенных для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок, агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения. Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия и содержанием кислорода не более 0,08 мас. включает подготовку шихты, содержащей в качестве исходных материалов титановую губку с легирующими компонентами и лигатуру, изготовление расходуемого электрода, его переплав с получением слитка интерметаллидного сплава. В качестве лигатуры используют стружку сплава, содержащего, мас.: Nb 45-55, Ti 45-55, О2+N2 - не более 0,05, причем массовое количество лигатуры составляет 70 или 75 или 85 от общей массы шихты. Повышается химическая однородность слитков сплавов на основе алюминида титана с высоким содержанием ниобия и содержанием кислорода до 0,08 мас. для обеспечения высоких механических и технологических свойств получаемых из него изделий. 6 табл., 4 пр.

Наверх