×
25.08.2017
217.015.9da9

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к титановым сплавам, предназначенным для использования в качестве высокопрочного конструкционного термически упрочняемого материала для изготовления деталей силовых конструкций авиационной и космической техники, энергетических установок, ракет, длительно работающих при температурах до 350°C. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 1,0-6,0; молибден 5,0-10,0; ванадий 5,0-10,0; железо 0,3-3,5; хром 0,3-3,5; олово 0,1-2,0; цирконий 0,1-2,0; сера 0,0001-0,30; кислород 0,01-0,20; азот 0,005-0,050; водород 0,003-0,020; углерод 0,005-0,100; кремний 0,01-0,10; титан – остальное. Сплав характеризуется высокими характеристикам трещиностойкости и технологической пластичности. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве высокопрочного конструкционного термически упрочняемого материала. Из сплава могут быть изготовлены деформированные полуфабрикаты (листы, лента, фольга, плиты, прутки, штамповки и др.), которые применяются для изготовления деталей силовых конструкций авиационной и космической техники, энергетических установок, ракет, длительно работающих при температурах до 350°C.

Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, масс. % (GB 1479855, МПК С22С 14/00, опубл. 13.07.1977 г.):

алюминий 1,0-6,0
ванадий 0,1-10,0
молибден 5,0-10,0
хром 4,0-12,0
железо 0,1-4,0
никель 0,3-4,0
кислород <0,2
азот <0,1
водород <0,03
углерод <0,05
титан остальное

Недостаток сплава заключается в его низкой технологической пластичности, затрудняющей его обработку и изготовление полуфабрикатов.

Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, масс. % (а.с. 443090, МПК С22С 15/00, опубл. 15.09.1974 г.):

алюминий 2,0-7,0
молибден 1,0-9,0
ванадий 2,0-15,0
хром 0,3-4,0
железо 0,3-4,0
водород 0,001-0,015
олово 0,5-7,0
медь 0,5-3,0
кислород 0,04-0,20
титан остальное

Недостатком сплава является низкая технологическая пластичность, что ограничивает применение сплава лишь поковками и штамповками, изготавливаемыми деформацией при высоких температурах, а также то, что эффективное упрочнение этих сплавов достигается закалкой в воду и старением, т.е. при больших скоростях охлаждения, связанных с большими поводками и окислением при переносе в закалочную среду. Кроме того, применение указанного сплава в связи с его низкой трещиностойкостью возможно лишь для изделий кратковременного ресурса.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана (а.с. 1039245, МПК С22С 14/00, опубл. 10.10.2015 г.), имеющий следующий химический состав, масс. %:

алюминий 1,0-6,0
молибден 5,0-10,0
ванадий 5,0-10,0
железо 0,3-3,5
хром 0,3-3,5
олово 0,1-2,0
цирконий 0,1-2,0
кислород 0,01-0,20
азот 0,005-0,050
водород 0,003-0,020
углерод 0,005-0,100
кремний 0,01-0,10
титан остальное

Недостатком сплава-прототипа является низкая технологическая пластичность и недостаточно высокие характеристики трещиностойкости.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение трещиностойкости и технологической пластичности на 8-13 и 9-18% соответственно.

Для достижения поставленного технического результата предлагается сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, олово, цирконий, кислород, водород, азот, углерод, кремний, отличающийся тем, что дополнительно содержит серу, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

алюминий 1,0-6,0
молибден 5,0-10,0
ванадий 5,0-10,0
железо 0,3-3,5
хром 0,3-3,5
олово 0,1-2,0
цирконий 0,1-2,0
сера 0,0001-0,30
кислород 0,01-0,20
азот 0,005-0,050
водород 0,003-0,020
углерод 0,005-0,100
кремний 0,01-0,10
титан остальное

и изделие, выполненное из этого сплава.

Сплав дополнительно также может содержать иттрий в количестве от 0,01 до 0,15 масс. % или ниобий в количестве от 0,01 до 0,2 масс. %.

Взаимное соотношение алюминия и кислорода в сплаве может составлять от 42/1 до 19/1 (в масс. долях) при условии содержания алюминия в сплаве не более 2,5 масс. %. Вышеуказанное соотношение позволяет реализовать более высокий уровень технологической пластичности за счет снижения степени твердорастворного упрочнения сплава алюминием и кислородом, которые, как известно, являются одними из наиболее эффективных упрочняющих компонентов титановых сплавов.

Установлено, что легирование кислородом, азотом, углеродом и кремнием существенно повышает прочность сплава. Цирконий образует непрерывный ряд твердых растворов с обеими модификациями титана (α и β), и с увеличением содержания циркония в сплаве возрастает предел прочности, также его добавка существенно повышает длительную прочность и сопротивление ползучести сплава. Кроме того, цирконий в небольших количествах оказывает модифицирующее влияние на структуру сплава, изменяя характер внутризеренной структуры и уменьшая размер зерна. Легирование титана оловом в присутствии циркония значительно повышает механические свойства и особенно трещиностойкость при комнатной и повышенных температурах. Дополнительное легирование сплава оловом в концентрации 1-2 масс. % позволяет повысить пластичность и ускорить процессы распада β-твердого раствора при старении, что приводит к сокращению трудоемкости и энергозатрат при проведении его термической обработки. Еще более эффективное влияние олова на упрочнение титана проявляется при испытании на жаропрочность. Введение в сплав ниобия обеспечивает повышение уровня пластичности и вязкости разрушения на 3-8% (отн.). Введение редкоземельного металла иттрия в указанном количестве позволяет реализовать эффект модифицирования и рафинирования микрообъемов сплава, обеспечить более равномерный и однородный распад β-фазы при старении, обусловленный снижением критического размера зародыша частиц α-фазы. Вышеуказанные эффекты позволяют дополнительно повысить прочностные и пластические характеристики сплава в термически упрочненном состоянии на величину от 2 до 9% (отн.) по сравнению с модельными составами без иттрия.

Микролегирование сплава серой обеспечивает повышение технологичности, которое заключается в улучшении обрабатываемости (резанием, точением и т.д.), снижает износ режущего инструмента и увеличивает срок его службы. Увеличение содержания серы улучшает показатели механической обрабатываемости за счет выделения металлидных соединений, но при концентрации примерно 0,2-0,3 масс. % снижаются технологичность и характеристики длительной работоспособности. При превышении указанных максимальных пределов обрабатываемость в горячем состоянии ухудшается.

Увеличение количества β-стабилизирующих элементов (молибдена до 10%), введение олова и циркония до 2%, а также регламентированное присутствие кислорода, углерода, кремния, азота в предлагаемом сплаве приводит к увеличению коэффициента β-стабилизации (Кβ), позволяя проводить упрочняющую ступенчатую термическую обработку, повышает характеристики трещиностойкости и технологической пластичности без снижения характеристик прочности.

Установленное содержание ванадия способствует (за счет его умеренного твердорастворного упрочнения) получению высокой технологичности сплава при умеренно высоких значениях прочностных свойств.

Выбранное содержание хрома и железа обусловлено тем, что эти элементы хорошо упрочняют титановые сплавы и являются сильными β-стабилизаторами. Но в сплавах с их высоким содержанием (более установленных в данном изобретении максимальных пределов) могут при длительных изотермических выдержках образовываться охрупчивающие интерметаллиды, а при выплавке слитков велика вероятность образования химических неоднородностей.

Предложенный сплав хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях. Путем холодной прокатки из предложенного сплава можно изготавливать тонкую ленту и фольгу. При горячей изотермической штамповке сплав отличается низкими удельными давлениями течения металла (90-110 МПа при температуре 700°C при скорости деформирования 3,2 мм/мин). Термическая обработка сплава включает ступенчатый отжиг в вакуумных печах или печах с защитной атмосферой.

Примеры осуществления

Пример 1. Предлагаемый сплав (в соответствии с таблицей №1) в виде слитков выплавляли методом тройного вакуумно-дугового переплава. Затем слитки подвергали деформационной обработке путем всесторонней ковки в обычных или квази-изотермических условиях на сутунки. Полученные сутунки были подготовлены под прокатку путем строгания по всем поверхностям. Прокатка полученных сутунок проводилась в несколько этапов с промежуточными отжигами. Готовые листы подвергались окончательной термической обработке.

Примеры 2-4 аналогичны примеру 1.

В таблице 1 приведен химический состав выплавленных слитков.

Далее определяли следующие характеристики полученных полуфабрикатов (листы):

- предел прочности и относительное удлинение определяли путем проведения испытаний на растяжение образцов при комнатной температуре по ГОСТ 1497;

- предел технологической пластичности определяли в закаленном состоянии путем деформации цилиндрических образцов осадкой по ГОСТ 8817;

- угол изгиба определяли при комнатной температуре по ГОСТ 14019;

- КСу, МПа м-1/2, критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоского напряженного состояния по ОСТ 1 90356;

- (КСТ) Дж/см2, ударная вязкость образца с концентратором вида Т по ГОСТ 9454;

- удельные давления течения металла определены по ГОСТ 25.503;

- была проведена оценка характеристик механической обрабатываемости резанием, показатели которой выражены в баллах по 10-бальной шкале, где 10 - наилучший показатель. При оценке учитывался износ режущего инструмента и связанный с ним ресурс, характеристики стружки, ее размер, степень перегрева стружки и заготовки.

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

Как видно из таблицы 2, в предлагаемом сплаве по сравнению со сплавом-прототипом технологичность при обработке резанием повысилась на 1-2 балла, технологическая пластичность повысилась на 9-18%, характеристики трещиностойкости (K1C) - на 8-13%, остальные характеристики сохранены на примерно одинаковом уровне.

Предлагаемый сплав может быть применен в качестве конструкционного материала для изготовления крупногабаритных деталей и конструкций методом холодного деформирования с высоким коэффициентом использования металла. Сплав обладает высокой надежностью по сравнению с известным благодаря повышенным характеристикам трещиностойкости и может быть использован для изделий длительного ресурса (например, в гражданской авиации).

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 370.
10.01.2013
№216.012.18ce

Клеевая композиция

Изобретение относится к клеевой композиции для крепления резин на основе полярных и неполярных каучуков между собой и к металлам в изделиях авиационной, автомобильной промышленности и судостроения. Клеевая композиция включает бутадиеннитрильный каучук, фенолоформальдегидный олигомер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471842
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18fb

Способ нанесения покрытия для защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких хромоалюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении. Проводят насыщение поверхности внутренней полости лопатки углеродом путем заполнения внутренней полости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471887
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.04.2013
№216.012.36e0

Эпоксидная композиция холодного отверждения

Изобретение относится к области создания двухкомпонентных эпоксидных композиций холодного отверждения для изготовления препрегов, которые могут быть использованы в строительстве, а также в авиационной, машиностроительной, судостроительной и других областях техники. Предлагаемая эпоксидная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479601
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3a7d

Состав для получения защитного покрытия на стальных деталях

Изобретение относится к химической поверхностной обработке стальных деталей и может быть использовано при изготовлении валов газотурбинных двигателей, шасси вертолетов и других деталей для защиты от коррозии при эксплуатации в различных климатических условиях, в том числе при повышенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480534
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.06.2013
№216.012.489a

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. Сплав на основе титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484166
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.489b

Сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сплавов на основе интерметаллида NiАl и изделиям, получаемым из них методом направленной кристаллизации, с монокристаллической или столбчатой структурами, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1200°С....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484167
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5951

Способ изготовления полых изделий из композиционных материалов

Изобретение относится к области технологии формования конструкций из полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления быстровозводимых арочных мостов, при сооружении тоннелей, ангаров и других строительных конструкций. Согласно способу заполняют газом надувную внутреннюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488486
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.59cf

Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии

Изобретение относится к эпоксидным композициям холодного отверждения и может быть использовано для изготовления конструкций, в том числе крупногабаритных, из полимерных композиционных материалов (ПКМ) методом вакуумной инфузии в областях техники. Эпоксидная композиция включает эпоксидную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488612
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.08.2013
№216.012.6531

Устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции

Использование: для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции. Сущность: заключается в том, что устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции включает приводной блок, имеющий, по крайней мере, один магнит, расположенный на внешней поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491542
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.670a

Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией

Изобретение относится к металлургии. Способ включает отливку монокристаллической заготовки произвольной кристаллографической ориентации, ее травление на макроструктуру, определение ориентации заготовки как угла между ее геометрической осью и плоскостью выбранной кристаллографической ориентации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492025
Дата охранного документа: 10.09.2013
Показаны записи 1-10 из 336.
10.01.2013
№216.012.18ce

Клеевая композиция

Изобретение относится к клеевой композиции для крепления резин на основе полярных и неполярных каучуков между собой и к металлам в изделиях авиационной, автомобильной промышленности и судостроения. Клеевая композиция включает бутадиеннитрильный каучук, фенолоформальдегидный олигомер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471842
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18fb

Способ нанесения покрытия для защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких хромоалюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении. Проводят насыщение поверхности внутренней полости лопатки углеродом путем заполнения внутренней полости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471887
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.04.2013
№216.012.36e0

Эпоксидная композиция холодного отверждения

Изобретение относится к области создания двухкомпонентных эпоксидных композиций холодного отверждения для изготовления препрегов, которые могут быть использованы в строительстве, а также в авиационной, машиностроительной, судостроительной и других областях техники. Предлагаемая эпоксидная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479601
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3a7d

Состав для получения защитного покрытия на стальных деталях

Изобретение относится к химической поверхностной обработке стальных деталей и может быть использовано при изготовлении валов газотурбинных двигателей, шасси вертолетов и других деталей для защиты от коррозии при эксплуатации в различных климатических условиях, в том числе при повышенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480534
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.06.2013
№216.012.489a

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. Сплав на основе титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484166
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.489b

Сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сплавов на основе интерметаллида NiАl и изделиям, получаемым из них методом направленной кристаллизации, с монокристаллической или столбчатой структурами, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1200°С....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484167
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5951

Способ изготовления полых изделий из композиционных материалов

Изобретение относится к области технологии формования конструкций из полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления быстровозводимых арочных мостов, при сооружении тоннелей, ангаров и других строительных конструкций. Согласно способу заполняют газом надувную внутреннюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488486
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.59cf

Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии

Изобретение относится к эпоксидным композициям холодного отверждения и может быть использовано для изготовления конструкций, в том числе крупногабаритных, из полимерных композиционных материалов (ПКМ) методом вакуумной инфузии в областях техники. Эпоксидная композиция включает эпоксидную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488612
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.08.2013
№216.012.6531

Устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции

Использование: для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции. Сущность: заключается в том, что устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции включает приводной блок, имеющий, по крайней мере, один магнит, расположенный на внешней поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491542
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.670a

Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией

Изобретение относится к металлургии. Способ включает отливку монокристаллической заготовки произвольной кристаллографической ориентации, ее травление на макроструктуру, определение ориентации заготовки как угла между ее геометрической осью и плоскостью выбранной кристаллографической ориентации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492025
Дата охранного документа: 10.09.2013
+ добавить свой РИД