Результат интеллектуальной деятельности: СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к разработке современных титановых сплавов, используемых для изготовления прутков, штамповок, крепежа и других деталей авиационной техники.

Известен сплав на основе титана (авт. свид. СССР N 180351, кл. C 22 C 14/00, публ. 1966 г.) следующего химического состава, в вес.%: алюминий 2-6, молибден 6-9, ванадий 1-3, хром 0,5-2,0, железо 0-1,5, титан - остальное.

Этот сплав был предложен для изготовления поковок и штамповок применительно к высоконагруженным конструкционным деталям. Существенным недостатком этого сплава является его склонность к образованию тугоплавких включений при выплавке слитков из-за высокого содержания в нем тугоплавкого элемента - молибдена (> 6%). Наличие таких включений в высоконагруженных деталях приводит к хрупкому разрушению этих деталей при эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сплав на основе титана по авт. свид. СССР N 555161, кл. C 22 C 14/00, публ. 1977, следующего состава, в вес. %: алюминий 4,0-6,3, ванадий 4,0-5,0, молибден 1,5-2,5, хром 0,8-1,4, железо 0,4-0,8, цирконий 0,01-0,08, углерод 0,01-0,25, кислород 0,03-0,25, титан - остальное.

Этот сплав обладает высокими прочностными характеристиками, хорошим уровнем пластичности, прокатывается на пруток и на лист. Хорошо сваривается и не склонен к образованию тугоплавких включений. К недостаткам этого сплава следует отнести невозможность объемной штамповки его вхолодную в связи с недостаточным уровнем такого показателя технологической пластичности в закаленном состоянии, как степень осадки вхолодную (< 60%).

Кроме того, на этом сплаве при термическом упрочнении высокий уровень прочности ( σ_в ≥ 1400 МПа) может быть достигнут только при малых сечениях - до 25 мм.

Настоящее изобретение направлено на повышение способности сплава к объемному деформированию вхолодную (степень осадки ≥ 75%, а также на достижение возможности термического упрочнения на высокий уровень прочности ( σ_в ≥ 1400 МПа).

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом сплаве содержится меньшее количество алюминия и большее количество хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминий - 2,2-3,8
Ванадий - 4,5-5,9
Молибден - 4,5-5,9
Хром - 2,0-3,6
Железо - 0,2-0,8
Цирконий - 0,01-0,08
Углерод - 0,01-0,25
Кислород - 0,03-0,25
Титан - Остальное
Заявляемый сплав обладает высокой способностью к объемному деформированию вхолодную (хорошо прокатывается на прутки), не склонен к образованию тугоплавких включений и легко упрочняется термическими методами с получением высокого уровня прочностных и пластических характеристик.

Снижение содержания алюминия и хрома ниже минимальных значений заявленного предела приводит к получению пониженной прочности сплава после термического упрочнения ( σ_в < 1400 МПа), т.е. не достигается решение поставленной задачи.

Повышение содержания алюминия и хрома выше верхнего предела приводит к снижению пластичности сплава ( δ < 8%, ψ < 40%) при высоком уровне прочности ( σ_в ≥ 1400 МПа).

Для исследования свойств сплава были выплавлены в вакуумной дуговой печи методом двойного переплава слитки составов заявленного сплава (примеры 1, 2, 3).

1. Ti-2,2Al-4,5V-4,5Mo-2,0Cr-0,2-Fe-0,01Zr-0,01C-0,03 O
2. Ti-3,0Al-5,2V-4,8Mo-2,8Cr-0,6Fe-0,04Zr-0,2C-0,2 O
3. Ti-3,8Al-5,9V-5,9Mo-3,6Cr-0,8Fe-0,08Zr-0,25C-0,25 O
Механические свойства прутков диаметром 50 мм, изготовленных из сплавов предложенного состава и подвергнутых термической обработке на высокую прочность, приведены в таблице.