Результат интеллектуальной деятельности: ЛИГАТУРА ДЛЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к производству лигатур, применяемых для легирования титановых сплавов.

Лигатуры широко применяются в производстве титановых сплавов. Их преимущество заключается в том, что они легкоплавкие и равномерно распределяются в сплаве. Титановые сплавы можно легировать различными способами в зависимости от химического состава сплава. Известны двойные и тройные лигатуры, например Al-V, Al-Sn, AL-Mo-Ti, Al-Cr-Mo, с помощью которых, добавляя при необходимости чистые металлы, можно выплавлять любые низко- и среднелегированные титановые сплавы (“Плавка и литье титановых сплавов” Андреев А.Л., Аношкин Н.Ф. и другие. - М.: Металлургия, 1994г, стр.127, табл. 20 [1]).

Однако эти и подобные им лигатуры не позволяют получать высоколегированные сплавы с относительно низким (≤5%) содержанием алюминия и высоким содержанием тугоплавких, сильно ликвирующих и летучих элементов (Mo, V, Cr, Fe, Zr) - VST 5553 (5% Al - 5% Мо - 5% V - 3% Cr), VST 55531 (5% Al - 5% Мо - 5% V - 3% Cr - 1% Zr), VST 3553 (3% A1 - 5% Mo - 5% V - 3% Cr), VST 35531 (3% Al - 5% Mo - 5% V - 3% Cr - l% Zr).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой лигатуре является лигатура для получения титановых сплавов, содержащая следующие компоненты, мас.%: молибден - 23,99; ванадий - 25,44; алюминий - 49,98; железо - 0,19; кремний - 0,22; углерод - 0,06; кислород - 0,07; водород - 0,0017; азот - 0,012 (US 3387971, МПК7: С 22 С 21/00, публ. 11.06.1968) - прототип.

Недостатком данной лигатуры при ее использовании для легирования титановых сплавов, содержащих цирконий и хром, является необходимость дополнительного введения чистых тугоплавких металлов в расплав, что в условиях вакуумно-дуговой плавки приводит к непроплавлению отдельных кусков циркония и хрома, приводит к появлению химической неоднородности.

В высоколегированных титановых сплавах необходимо обеспечивать достаточно точно химический состав, поэтому, как правило, применение комплексных двойных и тройных лигатур приводит к превышению заданного содержания алюминия в сплаве из-за его большого содержания в двойных и тройных лигатурах.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является возможность получения высокооднородных по химическому составу высоколегированных титановых сплавов с содержанием алюминия ≤ 5%.

Поставленная задача решается тем, что лигатура для получения титановых сплавов, содержащая алюминий, ванадий, молибден, железо, кремний, кислород, углерод и азот, согласно изобретению дополнительно содержит хром и цирконий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ванадий 26-35

Молибден 26-35

Хром 13-20

Железо 0,1-0,5

Цирконий 0,05-6,0

Кремний Максимум 0,35

Каждый элемент из группы,

содержащей кислород,

углерод и азот Максимум 0,2

Алюминий Остальное

При содержании основных компонентов в лигатуре меньше нижнего предела не обеспечивается необходимое минимальное содержание алюминия в сплаве ≤ 5%, а при содержании основных компонентов больше верхнего предела повышается температура плавления лигатуры и резко снижается ее хрупкость, что затрудняет или делает невозможным дробление.

Пример осуществления изобретения.

Алюминотермическим способом внепечной плавки на блок получены 2 лигатуры (лигатура № 1 и лигатура № 2), плотностью 5,4-5,7 г/см³, низкой пластичностью и температурой плавления, равной ~1720°, что обеспечивает ее хорошее растворение в расплаве. Химический состав лигатур приведен в таблице. Лигатуры были апробированы при проведении 2 плавок титановых сплавов VST 5553 (№ 1) и VST 55531 (№ 2). Слитки выплавлены методом вакуумно-дугового переплава расходуемого электрода. Одновременно были проведены контрольные плавки вышеуказанных сплавов с использованием лигатуры с составом компонентов по прототипу, с добавлением металлического хрома и циркония и лигатур A1-V и Al-Mo-Ti.

Результаты химического анализа полученных слитков приведены в таблице, из которой следует что, введение в состав лигатуры циркония и увеличение содержания хрома позволяет повысить химическую однородность слитков за счет исключения добавления в шихту чистых тугоплавких и легкоиспаряющихся металлов. Предлагаемая композиция равноценна по своему химическому составу нескольким комплексным двойным и тройным лигатурам, приготовленным методом алюминотермии и содержащим большое количество алюминия. Применение при плавке нескольких аналогичных лигатур приводит к аккумулированию алюминия в сплаве до недопустимой величины и ограничивает его легирование другими элементами.

Применение заявленной лигатуры позволяет получить высоколегированные титановые сплавы, с контролируемым содержанием алюминия и высокой химической однородностью слитка.