×
26.08.2017
217.015.e813

Интерметаллидный сплав на основе титана и изделие из него

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к интерметаллидным сплавам на основе титана, и может быть использовано для изготовления деталей авиационной и космической техники, длительно работающих до 700°С. Интерметаллидный сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 10,5-12,5, ниобий 38,5-42,0, молибден 0,5-1,5, ванадий 0,5-2,0, цирконий 1,0-2,5, вольфрам 0,3-1,5, тантал 0,1-0,8, кремний 0,1-0,25, иттрий 0,02-0,6, титан и примеси - остальное. Повышаются пластичность при комнатной температуре и жаропрочность при температурах до 700°C. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Группа изобретений относится к области цветной металлургии, а именно к интерметаллидным сплавам на основе титана (интерметаллидной О-фазы Ti2AlNb) и изделиям из него - широкой номенклатуре деформированных полуфабрикатов и деталей (в том числе дисков, колец, корпусов, лопаток, проставок, листов), которые могут быть использованы в силовых конструкциях авиационной и космической техники, энергетических установок, ракет, длительно работающих при температурах до 700°C.

По фазовому составу это двухфазные O+β/В2 или трехфазные O+β/В2+α2-сплавы. В зависимости от режимов термической обработки сплавы содержат пластичную β/В2-фазу, которая повышает прочностные, пластические и технологические свойства сплавов, и интерметаллидные О-фазу (орто-фаза Ti2AlNb) и α2-фазу (Ti3Al), повышающие жаропрочные свойства.

В металлургии известны примеры легирования сплавов редкоземельными элементами (РЗЭ) - группы из 17 элементов, включающей, лантан, скандий, иттрий и лантаноиды. В отличие от алюминиевых и магниевых сплавов использование РЗЭ для легирования титановых сплавов не является традиционным и практически не используется в серийных титановых сплавах. Применение РЗЭ для титановых сплавов требует проведения дополнительных исследований, так как каждый элемент вносит свой индивидуальный вклад и оказывает особенное действие, встраиваясь в кристаллическую решетку сплава.

Из уровня техники известен жаропрочный интерметаллидный сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. % (ЕР №0924308, опубл. 02.05.2002, C22C 14/00):

алюминий 8,2-11,81
ниобий 31,7-43,8
молибден 0-3,2
тантал 0-6,1
цирконий 0-3,0
кремний 0-0,38
титан остальное

Из известного сплава изготавливают элементы конструкций двигателей, работающих при температуре до 650°C.

Недостатками известного сплава, обусловленными содержанием большого количества тугоплавких элементов, являются повышенное окисление (а, следовательно, ограниченный ресурс и необходимость применения защитных покрытий) и высокая плотность получаемых из него деталей.

Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. % (RU №2210612, опубл. 20.08.2003, C22C 14/00):

алюминий 10,0-12,0
ниобий 38,0-42,0
молибден 0,5-1,0
ванадий 1,0-1,5
цирконий 1,0-1,5
кремний 0,1-0,25
углерод 0,05-0,08
титан остальное

Высокие пластические свойства сплава при комнатной температуре позволяют изготавливать из него различные деформированные полуфабрикаты, в том числе листы и фольгу.

Недостатками сплава являются низкие значения прочностных и жаропрочных свойств, а также ограничение рабочей температуры сплава 650°C, что связано с низким содержанием «бета»-стабилизирующих упрочняющих элементов.

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является интерметаллидный сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. % (RU №2405849, опубл. 10.12.2010, С22С 14/00):

алюминий 10,5-12,5
ниобий 38,0-42,0
молибден 0,3-0,6
цирконий 1,5-2,5
кремний 0,1-0,25
углерод 0,03-0,08
вольфрам 0,5-1,0
тантал 0,7-1,5
титан остальное

Также известно изделие, выполненное из вышеуказанного интерметаллидного сплава на основе титана.

Сплав, известный из прототипа, относится к интерметаллидным сплавам на основе титана. Он предназначен для изготовления полуфабрикатов и деталей компрессора газотурбинного двигателя и обладает повышенной жаростойкостью при температурах до 700°C.

Недостатками известного сплава и изделия из него являются недостаточная пластичность при комнатной температуре и низкие значения жаропрочных свойств при рабочих температурах.

Технической задачей группы изобретений является создание интерметаллидного сплава на основе титана (интерметаллидной О-фазы Ti2AlNb), легированного редкоземельными элементами (РЗЭ), обладающего повышенными пластическими и жаропрочными свойствами при температурах 650°C и 700°C, и предназначенного для изготовления полуфабрикатов широкого сортамента (дисков, колец, корпусов, лопаток, проставок, листов, плит, прутков, поковок, штамповок) и сложнопрофильных конструкций, в том числе имеющих сложную геометрию.

Техническим результатом заявленных изобретений является повышение пластических свойств при комнатной температуре (относительного удлинения) и жаропрочных характеристик при температурах до 700°C.

Поставленный технический результат достигается тем, что интерметаллидный сплав на основе титана, включающий алюминий, ниобий, молибден, цирконий, вольфрам, тантал, кремний, дополнительно содержит ванадий и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас. %:

алюминий 10,5-12,5
ниобий 38,5-42,0
молибден 0,5-1,5
ванадий 0,5 - 2,0
цирконий 1,0-2,5
вольфрам 0,3-1,5
тантал 0,1-0,8
кремний 0,1-0,25
иттрий 0,02-0,6
титан и примеси остальное

Предпочтительно суммарное содержание вольфрама и молибдена составляет 1,0-2,5 мас. %.

Поставленный технический результат достигается также тем, что изделие из интерметаллидного сплава на основе титана выполнено из заявленного сплава.

Было установлено, что дополнительное увеличение содержания «бета»-стабилизирующих элементов молибдена и вольфрама в сплаве за счет твердофазного упрочнения и стабилизации фазового состава обеспечивает повышение жаропрочных характеристик при рабочих температурах. Увеличение содержания тугоплавких элементов молибдена и вольфрама компенсируется снижением содержания тантала, что позволяет обеспечить сохранение плотности сплава и весовых характеристик деталей (удельную прочность).

Повышенное содержание алюминия (до 12,5 мас. %) и ниобия (до 42,0 мас. %) обеспечивает в процессе термомеханической обработки образование интерметаллидных фаз: О-фаза (орто-фаза Ti2AlNb) и α2-фаза (Ti3Al), которые повышают жаропрочные свойства, но негативно влияют на пластичность. Интерметаллидная орто-фаза (Ti2AlNb) имеет упорядоченную орторомбическую решетку (тип Cmnn) с параметрами: a=0,6125 нм, b=0,955 нм, c=0,467 нм, в которой некоторые узлы, занятые атомами титана в решетке алюминида Ti3Al, замещены атомами ниобия. Интерметаллидная α2-фаза (Ti3Al) является упорядоченной фазой со сверхструктурной решеткой типа DO19. Увеличение содержания алюминия выше установленного интервала (10,5-12,5 мас. %) приводит к резкому снижению пластических свойств за счет повышения количества интерметаллидной α2-фазы.

Введение циркония приводит к повышению кратковременной прочности. Также на повышение прочностных свойств оказывает влияние добавление кремния, который может образовывать силициды.

Отсутствие в сплаве по сравнению с прототипом углерода позволяет повысить пластические свойства при комнатной температуре за счет исключения из фазового состава дисперсных частиц карбидов.

Также на повышение пластических и низкотемпературных прочностных свойств влияет введение в сплав ванадия, являющегося «бета»-стабилизирующим элементом. Увеличение содержания ванадия до 2,0 мас. % способствует дополнительному образованию (увеличению объемной доли) пластичной β-фазы с ОЦК решеткой, которая и обеспечивает сплаву достаточно высокий уровень пластических свойств.

Также было установлено, что введение в интерметаллидный титановый сплав иттрия, благодаря его хорошему сродству к кислороду обеспечивает сочетание высоких пластических (за счет освобождения границ зерен от вредных примесей) и жаропрочных свойств (за счет дисперсионного упрочнения частицами оксидов - частицы оксидов препятствуют росту зерен). Максимально допустимое содержания иттрия до 0,6 мас. % обусловлено тем, что превышение указанного значения приводит к негативному снижению пластических свойств в связи с возросшим количеством дисперсных частиц оксидов, которые препятствуют движению дислокаций и пластической деформации.

Для достижения высокого комплекса свойств интерметаллидного сплава на основе титана (интерметаллидной О-фазы Ti2AlNb) проводится упрочняющая термическая обработка, которая включает две ступени. Микроструктура после термической обработки представлена дисперсными частицами интерметаллидной α2-фазы и оксидов гадолиния внутри первичных β-зерен и тонкопластинчатыми выделениями интерметаллидной О-фазы. Данная микроструктура обеспечивает сочетание высокого уровня жаропрочных свойств и хорошей пластичности при комнатной температуре интерметаллидного сплава.

Ниже приведены примеры осуществления заявленных изобретений. Слитки предлагаемого сплава изготавливали методом вакуумно-дугового переплава с использованием прессованных расходуемых электродов.

В таблице 1 (фиг.) приведены характеристики вариантов составов предлагаемого сплава (№1-3) и сплава, известного из прототипа (№4).

Деформационная обработка обточенных слитков проводилась на прессе в квази-изотермических условиях и включала: осадку, всестороннюю ковку, вытяжку и заключительную осадку заготовки в плиту. Осаженные плиты механически обрабатывали по всем поверхностям до удаления видимых дефектов, после чего проводилась прокатка плит на толщину 18 мм.

Для обеспечения уровня механических свойств катаные плиты подвергали двухступенчатому режиму термической обработки. Окончательную термическую обработку проводили в трехфазной (O+β+α2) - области. Для определения механических свойств термически обработанные плиты были разрезаны на заготовки, из которых были изготовлены образцы. Свойства предлагаемого сплава (№1-3) и сплава, известного из прототипа (№4), представлены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип: по относительному удлинению при температуре 20°C - на 12-30%, по пределу прочности при температуре 650°C - на 2-5%.

Использование предлагаемого интерметаллидного сплава на основе титана позволяет изготавливать детали различного сортамента (диски, кольца, корпуса, лопатки, проставки, листы, плиты, прутки, поковки, штамповки), в том числе лопатки сложной геометрии, что позволяет снизить их вес за счет более высокого уровня прочности и повысить ресурс деталей по сравнению с традиционно применяемыми титановыми сплавами.


Интерметаллидный сплав на основе титана и изделие из него
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 198 items.
10.01.2013
№216.012.1799

Воздухоочистительное устройство для судовых энергетических установок

Изобретение относится к области судостроения, в частности к системам очистки воздуха, подаваемого в двигатель для горения топлива, преимущественно газотурбинным, для которых требования по содержанию воды и соли, например морской, являются наиболее жесткими. Воздухоочистительное устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471533
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.179b

Фильтр для очистки воздуха

Изобретение относится к средствам коллективной защиты, предназначено для очистки воздуха от твердых и жидких аэрозолей и может быть использовано в промышленности, жилых помещениях и транспортных средствах. Фильтр для очистки воздуха содержит корпус, расположенную в нем кассету и складчатый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471535
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1848

Способ получения активного угля

Изобретение относится к области производства активных углей, используемых в системах защиты органов дыхания, а также в промышленных газоочистных установках. Способ получения активного угля включает пропитку зерен угольной основы, представляющей собой активный уголь, содержащий 1,0-1,5 мас.%...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471708
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.19fe

Способ определения свободного глиоксаля в глиоксальсодержащих карбамидоформальдегидных смолах

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения содержания свободных альдегидов в альдегидсодержащих смолах и полимерах. Способ включает получение спиртового раствора глиоксаля путем смешения пробы карбамидоформальдегидной смолы с этиловым спиртом, выдерживанием в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472146
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.23ec

Система управления ступенями поворотных лопаток статора компрессора высокого давления

Система управления ступенями поворотных лопаток статора включает исполнительный механизм, синхронизирующие кольца, тяги, рычаги, закрепленные на цапфах поворотных лопаток, и дополнительные рычаги, установленные на корпусе статора. Один из дополнительных рычагов выполнен трехплечим а, по меньшей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474698
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.23ff

Реверсивное устройство турбореактивного двигателя

Изобретение относится к турбореактивным двухконтурным двигателям и может быть использовано в авиационной промышленности. Реверсивное устройство турбореактивного двигателя включает подвижный обтекатель, перекрывающие створки, установленные со стороны наружного воздушного канала в двигателе,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474717
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.29fe

Способ защиты почв от остатков пестицидов

Изобретение относится к области сельского хозяйства и рекультивации земель. Способ включает подготовку активного угля, внесение его в почву и заделку на глубину 1-3 глубины высева семян. При этом гранулированный активный уголь подготавливают путем выделения фракции 0,2-0,8 мм с размерами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476277
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2ceb

Высокочастотный плазмотрон

Изобретение относится к области плазменной техники и касается конструкции высокочастотного проточного индукционного плазмотрона атмосферного давления, в частности к плазмотронам для разогрева задымленных продуктов сгорания топлива, отходов, в том числе медицинских, и воздуха. Техническим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477026
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2e68

Разъемное соединение трубы из полимерных композиционных материалов

Изобретение относится к области морской добычи углеводородного сырья и транспортировки его по трубопроводам от придонного скважинного оборудования к морской плавучей платформе. Разъемное соединение трубы из полимерных композиционных материалов включает соединительный переходной элемент с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477411
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.04.2013
№216.012.32ae

Способ осуществления подъемно-транспортной операции и подводное судно для его осуществления

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания средств для осуществления подводных подъемно-транспортных операций, в том числе технологического назначения. Для осуществления подводной подъемно-транспортной операции на дно моря опускают подводное судно, имеющее жесткие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478517
Дата охранного документа: 10.04.2013
Showing 1-10 of 187 items.
10.01.2013
№216.012.1799

Воздухоочистительное устройство для судовых энергетических установок

Изобретение относится к области судостроения, в частности к системам очистки воздуха, подаваемого в двигатель для горения топлива, преимущественно газотурбинным, для которых требования по содержанию воды и соли, например морской, являются наиболее жесткими. Воздухоочистительное устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471533
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.179b

Фильтр для очистки воздуха

Изобретение относится к средствам коллективной защиты, предназначено для очистки воздуха от твердых и жидких аэрозолей и может быть использовано в промышленности, жилых помещениях и транспортных средствах. Фильтр для очистки воздуха содержит корпус, расположенную в нем кассету и складчатый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471535
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1848

Способ получения активного угля

Изобретение относится к области производства активных углей, используемых в системах защиты органов дыхания, а также в промышленных газоочистных установках. Способ получения активного угля включает пропитку зерен угольной основы, представляющей собой активный уголь, содержащий 1,0-1,5 мас.%...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471708
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.19fe

Способ определения свободного глиоксаля в глиоксальсодержащих карбамидоформальдегидных смолах

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения содержания свободных альдегидов в альдегидсодержащих смолах и полимерах. Способ включает получение спиртового раствора глиоксаля путем смешения пробы карбамидоформальдегидной смолы с этиловым спиртом, выдерживанием в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472146
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.23ec

Система управления ступенями поворотных лопаток статора компрессора высокого давления

Система управления ступенями поворотных лопаток статора включает исполнительный механизм, синхронизирующие кольца, тяги, рычаги, закрепленные на цапфах поворотных лопаток, и дополнительные рычаги, установленные на корпусе статора. Один из дополнительных рычагов выполнен трехплечим а, по меньшей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474698
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.23ff

Реверсивное устройство турбореактивного двигателя

Изобретение относится к турбореактивным двухконтурным двигателям и может быть использовано в авиационной промышленности. Реверсивное устройство турбореактивного двигателя включает подвижный обтекатель, перекрывающие створки, установленные со стороны наружного воздушного канала в двигателе,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474717
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.29fe

Способ защиты почв от остатков пестицидов

Изобретение относится к области сельского хозяйства и рекультивации земель. Способ включает подготовку активного угля, внесение его в почву и заделку на глубину 1-3 глубины высева семян. При этом гранулированный активный уголь подготавливают путем выделения фракции 0,2-0,8 мм с размерами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476277
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2ceb

Высокочастотный плазмотрон

Изобретение относится к области плазменной техники и касается конструкции высокочастотного проточного индукционного плазмотрона атмосферного давления, в частности к плазмотронам для разогрева задымленных продуктов сгорания топлива, отходов, в том числе медицинских, и воздуха. Техническим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477026
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2e68

Разъемное соединение трубы из полимерных композиционных материалов

Изобретение относится к области морской добычи углеводородного сырья и транспортировки его по трубопроводам от придонного скважинного оборудования к морской плавучей платформе. Разъемное соединение трубы из полимерных композиционных материалов включает соединительный переходной элемент с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477411
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.04.2013
№216.012.32ae

Способ осуществления подъемно-транспортной операции и подводное судно для его осуществления

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания средств для осуществления подводных подъемно-транспортных операций, в том числе технологического назначения. Для осуществления подводной подъемно-транспортной операции на дно моря опускают подводное судно, имеющее жесткие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478517
Дата охранного документа: 10.04.2013
+ добавить свой РИД