СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

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

(Патент США №4770726)

Из известного сплава изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе диски, лопатки и другие детали компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

Недостатком сплава на основе титана является относительно низкая прочность полуфабрикатов и деталей в отожженном состоянии. Поэтому указанный сплав применяется преимущественно после упрочняющей термической обработки (закалка в масло и последующее старение). Сплав в термоупрочненном состоянии обладает пониженными характеристиками пластичности и вязкости разрушения и прочности при температурах более 600°С, что ограничивает его применение.

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

(Патент ЕР №0269196)

Из известного сплава изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе диски компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

Недостатками сплава являются низкий уровень прочностных характеристик при температурах более 600°С, низкая технологичность при горячей деформации и повышенная чувствительность сплава к примеси железа из-за низкого содержания элементов, что ограничивает применение сплава.

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

(Патент РФ №2039112)

Из известного сплава на основе титана изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе диски, лопатки и статорные детали компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

Недостатками сплава являются низкий уровень термической стабильности из-за высокого суммарного содержания алюминия, олова и циркония, что приводит к охрупчиванию материала после длительных воздействий рабочих температур, относительно низкий уровень прочностных характеристик в интервале рабочих температур.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:

(Патент РФ №2259414)

Из известного сплава изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе диски компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

Недостатком сплава является низкий уровень прочностных характеристик при температурах более 600°С из-за относительно большого содержания бета-стабилизирующих элементов, что ограничивает применение сплава температурным диапазоном 550-600°С.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава на основе титана, обладающего повышенными прочностными характеристиками при температурах более 600°С.

Поставленная техническая задача достигается тем, что сплав на основе титана, содержащий алюминий, олово, цирконий, молибден, ниобий, вольфрам, железо, кремний, углерод, кислород, дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при суммарном содержании (V+Nb)≤1,1.

Установлено, что введение в состав сплава ванадия при суммарном его содержании с ниобием ≤1,1, а также ограничение содержания вольфрама (до 0,3%), железа (до 0,07%) при заявленном содержании и соотношении других компонентов, позволяют снизить содержание стабильной бета-фазы в сплаве до 1,5%, в то время как в сплаве-прототипе содержание β-фазы составляет 3%.

Снижение доли стабильной бета-фазы позволяет повысить прочностные свойства сплава при температурах более 600°С. Ограничение содержания вольфрама до 0,3% также способствует повышению эффективности твердорастворного упрочнения углеродом.

Примеры осуществления

Пример 1. Предлагаемый сплав в виде слитков выплавляли методом тройного вакуумно-дугового переплава. Затем слитки подвергали многопереходной ковке. Полученную поковку отжигали по режиму двухступенчатого отжига.

Примеры 2-5 аналогичны примеру 1.

В таблице 1 приведено содержание компонентов выплавленных слитков предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

В таблице 2 приведены механические свойства поковок из предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

Технический результат : в предлагаемом сплаве пределы текучести и прочности повышены на 10-15,8% при температуре испытания 650°С и на 15-20,4% при температуре испытания 700°С с сохранением высоких показателей механических свойств при комнатной температуре.

Предлагаемый сплав можно использовать для изготовления статорных деталей газотурбинных двигателей, работающих длительно при температурах до 650°С и кратковременно до 700°С.

Использование предлагаемого сплава на основе титана повысит рабочую температуру применения деталей из титановых сплавов (в том числе статорных деталей КВД - направляющих лопаток, колец, проставок, корпусов авиационных газотурбинных двигателей) на 50°С.

Таблица 2 № п/п Предел текучести при 650°С, , МПа Предел прочности при 650°С, , МПа Предел текучести при 700°С, , МПа Предел прочности при 700°С, , МПа 1 642 738 585 628 2 654 736 612 645 3 678 747 624 661 4 648 744 590 630 Прототип 571 662 497 532