×
15.12.2018
218.016.a792

Результат интеллектуальной деятельности: Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии титановых сплавов и может быть использовано для деталей и узлов ракетных и авиационных двигателей, работающих под высокими нагрузками при температурах до 1000°С, в частности для высокотемпературных изделий газотурбинных двигателей (ГТД). Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана содержит, мас.%: тантал 16-25, гафний 7-15, хром 3-6,5, цирконий 0,01-0,05, углерод 0,01-0,05, кислород 0,03-0,01, азот 0,008-0,02, водород ≤ 0,005, титан - остальное. Сплав получен методом электронно-лучевой плавки. Сплав имеет высокое значение предела прочности σ до 1200 МПа при температурах до 1000°С, обеспечивается надежность работы титановых изделий. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии титановых сплавов и может быть использовано для деталей и узлов ракетных и авиационных двигателей, работающих под высокими нагрузками при температурах до 1000°С, в частности для высокотемпературных изделий газотурбинных двигателей (ГТД).

Известен жаропрочный и жаростойкий титановый сплав (патент RU 2471879, МПК С22С 14/00), содержащий алюминий, цирконий, вольфрам, гафний, титан, дополнительно делегирован танталом при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Алюминий 6,0-7,5;
Цирконий 3,0-5,0;
Вольфрам 6,0-7,5;
Гафний 2,5-4,0;
Тантал 2,5-4,0;
Титан остальное

Однако недостатком этого сплава является то, что он может быть использован для изготовления деталей узлов ракетных двигателей, работающих в условиях высоких нагрузок при температурах до 800°С и не выше.

Наиболее близким является сплав на основе титана, (патент RU 2346998, МПК С22С 14/00, опубл.), содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, цирконий, медь, никель, кислород, углерод, азот, водород, остальное титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, масс. %:

алюминий 4,3-6,0
молибден 4,0-5,6
ванадий 4,0-5,6
хром 0,5-1,5

железо 0,5-1,5

цирконий 0,03-0,5
медь 0,003-0,15
никель 0,003-0,15
кислород 0,02-0,2
углерод 0,01-0,1
азот 0,01-0,05
водород 0,003-0,015
гафний 0,03-0,5
титан остальное.

Недостатками этого сплава являются недостаточная жаропрочность, что обусловлено незначительным содержанием гафния. Сплав легирован молибденом и ванадием, ухудшающих технологичность сплава.

Кроме того, изделия, изготовленные из этого сплава, проявляют эффект сверхпластичности в диапазоне 750-800°С, а при температурах выше указанных, теряют свойства жаростойкости и жаропрочности.

Задачей является разработка жаропрочного, жаростойкого с высокой стойкостью к окислению на воздухе сплава на основе титана, обладающего повышенной способностью к деформированию при многосторонней горячей осадке и холодной прокатке, а также достижение возможности термического упрочнения на высокий уровень прочности (σв до 1200 МПа) и структурной стабильности при температурах до 1000°С.

Технический результат заключается в обеспечении надежности работы титановых изделий, а также высокого значения предела прочности (σв до 1200 МПа) при температурах до 1000°С.

Технический результат достигается в высокотемпературном гафнийсодержащем сплаве на основе титана, содержащем гафний, хром, цирконий, кислород, углерод, водород, азот, причем он дополнительно содержит тантал, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Тантал - 16-25
Гафний - 7-15
Хром - 3-6,5
Цирконий - 0,01-0,05
Углерод - 0,01-0,05
Кислород - 0,03-0,01
Азот - 0,008-0,02
Водород ≤0,005

Титан - остальное, при этом он получен методом электронно-лучевого переплава.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый сплав содержит тантал, гафний и повышенное содержание хрома, повышающих температуру рекристаллизации титана.

Гафний, также как цирконий, повышает термическую стабильность структуры сплава, увеличивает предел ползучести, прочность при низких и средних температурах, понижает склонность к хладноломкости и улучшает свариваемость сплавов на основе титана. В жидком и твердом состояниях гафний и титан образуют непрерывные ряды твердых растворов. Кроме этого гафний (с небольшим количеством циркония (Zr)) является «нейтральным» упрочнителем твердого раствора на основе титана, действуя по механизму твердорастворного упрочнения, и проявляет себя как элемент, связывающий углерод, с образованием дисперсной второй фазы и препятствующий образованию карбидов и карбонитридов титана, оставляя его в твердом растворе. Карбидная фаза повышает прочность сплава на основе титана в экстремальных условиях за счет дисперсионного упрочнения. Эффект упрочнения определяется количеством упрочняющей фазы и изменяется в зависимости от температуры. Сплав на основе титана с 7-15 масс. % гафния обладает высокой жаростойкостью, близкой к чистому гафнию.

Тантал образует с титаном непрерывные ряды твердых растворов в жидком и твердом состояниях. Тантал в сочетании с гафнием повышает рабочую температуру титанового сплава. Тантал имеет ограниченную растворимость с титаном в его α-модификации.

Хром имеет ограниченную растворимость как в так и в β-модификациях титана. Легирование титана хромом позволило повысить относительное удлинение при сверхпластичном течении сплава на основе титана почти в два раза. При содержании хрома выше предела растворимости, он образует с титаном интерметаллические соединения.

Из-за высокой структурной чувствительности механических свойств к составу сплавов на основе титана одним из эффективных путей увеличения различных служебных характеристик этих сплавов является выбор основных легирующих элементов и их соотношение, которые влияют на термическую стабильность их структуры при повышенных температурах эксплуатации, фазовый состав и микроструктуру сплавов на основе титана. Прочность титановых сплавов определяется эффектом упрочнения от каждого легирующего элемента.

Легирующие добавки, образующие с металлом-основой твердые растворы замещения, могут на сотни градусов повысить температуру начала рекристаллизации, что повысит температуру эксплуатации изделий, изготовленных из заявленного сплава

Газовые примесные элементы повышают прочность титана. Сплавы, содержащие ≥0,05% азота, не имеют практического применения. При содержании в сплаве на основе титана кислорода <0,5% пластичность титана не ухудшает, однако в титановых сплавах, кислород следует рассматривать как вредную примесь. Углерод относится к слабым упрочнителям, но при содержании его в сплаве >0,2% появляется хрупкая карбидная фаза в виде TiC.. Для повышения технологической деформируемости сплавов на основе титана количество в нем металлических и газовых примесей должно быть не более 3 масс. %.

Для исследования свойств сплава был выплавлен в электронно-лучевой печи методом двойного переплава слиток заявленного состава, в котором химическим анализом стружки, взятой с боковой и торцевых поверхностей слитка, определен плавочный состав, масс. %: соотношении компонентов, масс. %:

Тантал - 16-25
Гафний - 7-15
Хром - 3-6,5
Цирконий - 0,01-0,05
Углерод - 0,01-0,05
Кислород - 0,03-0,01
Азот - 0,008-0,02
Водород ≤ 0,005
Титан - Остальное.

Механические и свойства и сопротивление высокотемпературному окислению определяли на пластинах толщиной 2,0 мм, изготовленных горячей и холодной обработкой давлением слитка сплава предложенного состава на основе титана и полуфабриката и подвергнутых финишной термической обработке при температуре 1000°С после холодной деформации листового материала со степенью обжатия.

Использование заявленного сплава обеспечивает возможность достижения высокой прочности (до 1200 Мпа), термическую стабильность структуры при циклических испытаниях на воздухе при температуре до 1000°С. Высокопрочный гафнийсодержащий сплав на основе титана разработан применительно для высокотемпературных изделий газотурбинных двигателей (ГТД), работающих при высокой температуре в вакууме или окислительной атмосфере.

При кратковременных механических испытаниях разрывного образца при температуре 1000°С и скорости деформирования 1 мм/мин проявилась сверхпластичность, при этом поверхность приобрела незначительный желтый оттенок за счет образования на поверхности окисной пленки сложного состава. Тантал и гафний обеспечили высокую жаропрочность и жаростойкость сплава на основе титана. Сверхпластичность сплава обеспечивается благодаря малому размеру зерна, высокой плотности дефектов кристаллической решетки и образованию двухфазной структуры.

Таким образом, заявленный сплав обладает высокой способностью к деформированию при горячей и холодной обработке давлением, жаропрочностью, жаростойкостью и структурной стабильностью.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 574 items.
27.02.2013
№216.012.2bb1

Способ запуска пиротехнических устройств и устройство для его осуществления

При запуске пиротехнических устройств объекта передают сигнал от полесоздающего устройства, размещенного вне объекта, через полевоспринимающее устройство на объекте на электровоспламенители пиротехнических устройств. Пиротехнические устройства размещают на объекте в виде ракетного поезда, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476712
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c11

Выбрасывающее устройство

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к выбрасывающему устройству, и может быть использовано для группового выброса нескольких объектов с различными скоростями. Выбрасывающее устройство содержит ресивер, источник газа высокого давления с системой запуска и клапаны. Источник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476808
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c85

Устройство сопряжения системы управления с объектом управления

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и передачи данных, а именно к взаимному преобразованию интерфейсов обмена информацией. Техническим результатом является увеличение надежности и достоверности приема и передачи цифровой информации, а также расширение функциональных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476924
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2cba

Электродвигатель

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам исполнительных механизмов, и может быть использовано для поворота исполнительного механизма на заданный угол с фиксацией в крайних положениях. Электродвигатель содержит явнополюсный статор с обмоткой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476977
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2dc6

Способ сборки огнестойкой конструкции

Предназначено для использования в технологиях изготовления огнестойких сборочных систем для хранения, транспортировки токсичных, огне- и взрывоопасных материалов, может быть использовано для предотвращения несанкционированного воздействия экологически опасных материалов на окружающую среду....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477249
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.03.2013
№216.012.2eeb

Способ изготовления прострельной мишени рентгеновской трубки и прострельная мишень рентгеновской трубки (варианты)

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использована при разработке импульсных рентгеновских трубок, предназначенных для облучения медицинских или промышленных объектов. Технический результат - уменьшение механических напряжений в материале мишени. Способ изготовления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477542
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.03.2013
№216.012.3018

Способ тестирования световодов с недоступным торцом ввода-вывода излучения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля качества световодов с непрозрачной защитной оболочкой и одним недоступным торцом ввода-вывода излучения. Способ тестирования световодов с недоступным торцом ввода-вывода излучения заключается в введении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477847
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.3431

Устройство для формирования кольцевой кумулятивной струи

Изобретение относится к области кумулятивных зарядов. Устройство содержит заряд взрывчатого вещества, устройство инициирования, металлическую облицовку и формирователь, установленные соосно заряду взрывчатого вещества, выполненные с возможностью обеспечения косого соударения облицовки с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478904
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3538

Устройство для облучения изделий потоком атомов водорода с тепловыми скоростями

Заявленное изобретение относится к устройствам для генерации потоков атомов водорода с тепловыми скоростями для облучения изделий равномерным по плотности потоком с целью исследования процессов взаимодействия атомов водорода с материалами, а также для решения прикладных задач, в частности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479167
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.04.2013
№216.012.399d

Способ получения открытопористого наноструктурного металла

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению открытопористого наноструктурного металла. Готовят смесь на основе порошкообразного нитрата металла и жидкого органического соединения из группы гидроксисодержащих соединений в виде многоатомного спирта при следующем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480310
Дата охранного документа: 27.04.2013
Showing 1-8 of 8 items.
27.09.2015
№216.013.7f50

Способ изготовления трубных изделий из гафния

Изобретение относится к изготовлению трубных изделий из гафния, которые могут быть использованы в качестве оболочек регулирующих стержней в ядерных реакторах с водяным охлаждением. Горячей ковкой слитка из электролитического порошка гафния получают поковку, затем механической обработкой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564189
Дата охранного документа: 27.09.2015
15.12.2018
№218.016.a798

Способ изготовления плоских изделий из гафнийсодержащего сплава на основе титана

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу изготовления плоских изделий из сплава на основе титана, и может быть использовано при производстве комплектующих изделий, предназначенных для работы в высокотемпературной зоне тракта газотурбинных двигателей и других изделий,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002675011
Дата охранного документа: 14.12.2018
15.12.2018
№218.016.a7ad

Способ получения слитков сплава на основе титана

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам выплавки слитков сплава на основе титана, легированного танталом, гафнием и хромом, с целью получения из него высокопрочных, жаропрочных и жаростойких изделий, в основном используемых в аэрокосмической технике. Способ получения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002675010
Дата охранного документа: 14.12.2018
14.03.2019
№219.016.dfad

Портативное устройство для газодинамического напыления покрытий

Изобретение относится к портативному устройству для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов. Блок напыления устройства включает электронагреватель сжатого газа, сверхзвуковое сопло, выполненное со сменной вставкой, соединенное с выходом электронагревателя, и узел ввода в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681675
Дата охранного документа: 12.03.2019
15.03.2019
№219.016.dff7

Портативное устройство для газодинамического напыления покрытий

Изобретение относится к портативному устройству для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов. Блок напыления содержит электронагреватель сжатого газа и сверхзвуковое сопло, выполненное со сменной вставкой, соединенное с выходом электронагревателя, и узел ввода в сопло...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681858
Дата охранного документа: 13.03.2019
29.03.2019
№219.016.f44b

Радиационно-защитная композиция, заполнитель на основе диоксида урана для ее получения и способ получения заполнителя

Изобретение относится к средствам защиты от радиоактивного излучения и может быть использовано в атомной промышленности и радиационной технике, в частности при изготовлении контейнеров для хранения и/или транспортировки радиоактивных материалов. Тяжелый бетон содержит заполнитель, покрытие и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002320036
Дата охранного документа: 20.03.2008
23.05.2023
№223.018.6d71

Сплав на основе урана (варианты)

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано как ядерное топливо при изготовлении тепловыделяющих элементов тепловых реакторов типа ВВЭР. Сплав на основе урана содержит, мас.%: кремний 2,0-7,0, алюминий 0,1-2,0, по крайней мере один элемент, выбранный из группы: углерод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002760902
Дата охранного документа: 01.12.2021
23.05.2023
№223.018.6dc2

Металлокерамический сплав на основе урана

Изобретение относится к атомной технике, а именно к металлокерамическому сплаву на основе урана и может быть использовано при изготовлении ядерного топлива тепловыделяющих элементов (ТВЭЛОВ) для коммерческих реакторов на тепловых нейтронах типа ВВЭР (как толерантное топливо), а также для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002763048
Дата охранного документа: 27.12.2021
+ добавить свой РИД