Результат интеллектуальной деятельности: СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию универсальных титановых сплавов, используемых для изготовления широкой номенклатуры изделий, включая крупногабаритные штамповки и поковки, а также полуфабрикаты малого сечения, такие как прутки, плиты толщиной до 75 мм, которые широко используются для изготовления различных деталей авиационной техники.

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

(Патент РФ № 2122040, кл. С 22 С 14/00, 1998)

Данный сплав обладает хорошим сочетанием высокой прочности и пластичности крупногабаритных деталей толщиной до 150-200 мм, закаливаемых в воде или на воздухе. Сплав хорошо деформируется в горячем состоянии и сваривается любым видом сварки.

Однако сплав обладает недостаточным уровнем прочности для изготовления массивных крупногабаритных деталей толщиной более 200 мм, закаливаемых на воздухе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является сплав на основе титана, содержащий, мас.%:

(Патент РФ № 2169782, кл. С 22 С 14/00, публ. 2001 г.) - прототип.

Недостатками прототипа являются низкая пластичность и склонность к растрескиванию при осадке в холодную более 40%, что ограничивает его использование при изготовлении крепежа.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание универсального титанового сплава с необходимыми прочностными и пластическими характеристиками и структурой и возможностью изготовления из него широкой номенклатуры изделий.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного изобретения, заключается в регламентации оптимального сочетания α- и β-стабилизирующих легирующих элементов в сплаве.

Указанный технический результат достигается тем, что в сплаве на основе титана, содержащем алюминий, ванадий, молибден, хром, железо, цирконий, кислород и азот, компоненты сплава взяты в следующем соотношении, мас.%:

Ответственной за высокую прочность сплава является в основном β-фаза в силу достаточно широкого набора β-стабилизаторов (V, Мо, Cr, Fe), их значительного количества и эффективности влияния на возможность сохранения метастабильного фазового состояния при замедленном охлаждении (например, на воздухе) массивных сечений штамповок. И хотя β-фаза является ведущей в процессе упрочнения сплава, усилить тенденцию повышения прочности можно только за счет повышения прочности α-фазы, обычная доля которой для этого сплава составляет 60-70%. С этой целью сплав легируется α-стабилизатором цирконием. Цирконий образует с α-титаном широкий ряд твердых растворов, относительно близок к нему по температуре плавления и плотности, повышает коррозионную стойкость. Легирование цирконием в диапазоне 0,1 - менее 0,7% обеспечивает сочетание высокой прочности и пластичности как для крупногабаритных штамповок и поковок, так и для полуфабрикатов малого сечения, таких как прутки, плиты толщиной до 75 мм, позволяет производить теплую и холодную деформацию со степенью осадки до 60%.

Для исследования свойств заявляемого сплава были изготовлены опытные слитки диаметром 190 мм следующего усредненного состава (данные приведены в таблице 1).

Слитки ковали последовательно в β-, α+β-, β-, α+β - областях с окончательной деформацией в α+β - области в пределах 45-50% на цилиндрическую заготовку (биллет) диаметром 40 мм.

Далее поковки подвергали следующей термообработке:

а) Обработка на твердый раствор:

нагрев до 790°С, выдержка 3 часа, охлаждение на воздухе.

б) Старение:

нагрев до 560°С, выдержка 8 часов, охлаждение на воздухе.

Механические свойства поковок (усредненные данные в долевом направлении) приведены в таблице 2.

Таблица 2 Сплав σ02 (VTS), Мра σb (UTS), Мра δ (А), % Ψ (Ra), % K1С, Mpa/ 1 1230 1300 10 21 63 2 1200 1290 15 28 69 3 1110 1190 14 26 71 4 1160 1270 16 32 72 5 прототип 1255 1350 10,5 27 51,5

Как свидетельствуют результаты испытаний механических свойств полученных поковок, микролегирование цирконием в заявленных пределах 0,1 - менее 0,7 мас.% в сочетании с закалкой позволяет сохранить достаточно высокую прочность, при этом обеспечивая хорошую пластичность сплава.

Заявленный титановый сплав по сравнению с прототипом может быть использован для изготовления широкой номенклатуры изделий ответственного назначения, включая крупногабаритные штамповки и поковки, а также полуфабрикаты малого сечения, такие как прутки, плиты толщиной до 75 мм, которые широко используются для изготовления различных деталей авиационной техники, в том числе крепежа.