×
19.06.2019
219.017.8458

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002269584
Дата охранного документа
10.02.2006
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана, используемым для изготовления высокопрочных и высокотехнологичных изделий. Сплав на основе титана состоит из алюминия, ванадия, молибдена, железа, кислорода. При этом компоненты сплава взяты в следующем соотношении, мас.%: алюминий 3,5-4,4, ванадий 2,0-4,0, молибден 0,1-0,8, железо max 0,4, кислород max 0,25, титан остальное. Технический результат - создание универсального сплава для крупногабаритных поковок и штамповок, тонколистового проката и фольги с необходимыми прочностными и пластическими характеристиками и структурой. 2 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию современных титановых сплавов, используемых для изготовления высокопрочных и высокотехнологичных изделий, в том числе крупногабаритных, т.е. сплавов, обладающих высокой степенью универсальности.

Титановые сплавы широко применяются в качестве материалов аэрокосмического назначения, например, для самолетов и ракет, т.к. сплавы обладают прочными механическими свойствами и являются сравнительно легковесными.

Известен наиболее широко используемый титановый сплав Ti6A14V (Калачев Б.А., Полькин И.С. и Талалаев В.Д. Титановые сплавы разных стран. Справочник. М.: ВИЛС, 2000, с.58-59) - [1]. Сплав разработан в США в 50-х годах. Сплав средней прочности от 850 до 1000 МПа и высокой технологичности. Хорошо обрабатывается давлением: ковкой, штамповкой, прессованием. Нашел широкое применение в авиационной и аэрокосмической технике, судостроении, автомобилестроении и др., а также при изготовлении деталей крепежа различного назначения. Сплав хорошо обрабатывается всеми видами сварки, в том числе диффузионной.

Недостатком сплава Ti6A14V является его недостаточная универсальность. Из него сложно изготовить тонколистовой прокат, фольгу и трубы, так как сплав обладает относительно высоким сопротивлением деформации, что при температуре деформации ниже 800°С ведет к образованию таких дефектов, как трещины, а также сокращает срок службы рабочего инструмента или требует использования дорогостоящей инструментальной оснастки.

Известен псевдо-α-титановый сплав Grade 9 (Ti-3Al-2,5V), как сплав, обладающий высокой способностью к холодной деформации (см. [1], с.44, 45). Обладает промежуточной прочностью сплава Ti-6Al-4V и титана (600-800 МПа). Применяется в нагартованном состоянии и после отжига для снятия напряжений; обладает высокой коррозионной стойкостью во многих средах, включая морскую воду. Используется для изготовления труб гидравлической и топливной систем самолетов, ракет, подводных лодок.

Недостатком известного сплава является также его низкая универсальность, связанная с тем, что при изготовлении крупногабаритных конструкционных изделий обязательным является снятие внутренних напряжений. С этой целью изделия проходят отжиг, при этом прочностные характеристики сплава Grade 9 снижаются до 400-500 МПа.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является α+β-титановый слав, включающий 3,0-5,0 Al; 2,1-3,7 V; 0,85-3,15 Мо; 0,85-3,15 Fe; 0,06-0,2 O2 и неизбежные примеси (заявка Японии №3007214 В2, публ. 07.02.2000) - прототип.

Недостатком названного сплава является высокое содержание железа и молибдена, которые склонны к ликвации. С целью снижения вероятности возникновения ликвационной неоднородности необходимо использовать специальную технологию выплавки слитков, а также проводить прокатку и ковку с малыми степенями деформации с целью исключения декорации «бета-флеков», что снижает производительность.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание универсального титанового сплава с наименьшими затратами на его изготовление и возможностью изготавливать из него широкую номенклатуру изделий из титановых сплавов, таких как крупногабаритные поковки и штамповки, а также тонколистовой прокат и фольгу с необходимыми прочностными и пластическими характеристиками и структурой.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в регламентации оптимального сочетания α- и β-стабилизирующих легирующих компонентов в готовом полуфабрикате.

Технический результат достигается тем, что в сплаве на основе титана, состоящем из алюминия, ванадия, молибдена, железа и кислорода, согласно изобретению компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Алюминий3,5-4,4
Ванадий2,0-4,0
Молибден0,1-0,8
Железоmax 0,4
Кислородmax 0,25
Титаностальное

Сочетание высокой прочности и технологической пластичности предлагаемого сплава достигается в результате целенаправленного выбора и экспериментальной оценки диапазонов легирования. Содержание α-стабилизирующих элементов (алюминия, кислорода) и β-стабилизирующих элементов (ванадия, молибдена и железа) выбрано необходимым и достаточным для достижения поставленной цели.

Алюминий является стабилизатором α-фазы для α+β-титановых сплавов, который обеспечивает повышение механической прочности. Однако, когда содержание алюминия в заявляемом сплаве составляет менее 3,5%, необходимая прочность не может быть достигнута. Если же содержание алюминия превышает 4,4%, сопротивление горячей деформации увеличивается и деформируемость при более низких температурах ухудшается, что приводит к снижению производительности.

Ванадий добавляют в титан в качестве стабилизатора β-фазы для α+β-титановых сплавов, который обеспечивает повышение механической прочности, не образуя хрупкие интерметаллиды с титаном. Наличие ванадия в сплаве по мере стабилизации β-фазы затрудняет образование α2 - сверхструктуры в α-фазе и способствует повышению не только прочностных свойств, но и пластичности. При содержании ванадия менее 2% достаточная прочность, которая должна быть получена, исходя из изобретения, не может быть достигнута. Если содержание ванадия превышает 4,0%, сверхпластическое удлинение уменьшается за счет чрезмерного снижения температуры полиморфного превращения. Содержание ванадия в пределах 2,0-4,0% в данном сплаве имеет преимущество в связи с тем, что для его получения могут быть использованы отходы сплава Ti6Al4V, широко применяемого на нашем предприятии.

Молибден добавляют в титан в качестве стабилизатора β-фазы для α+β-титановых сплавов. Введение молибдена в пределах 0,1-0,8% обеспечивает полную растворимость его в α-фазе, что позволяет получать необходимые прочностные характеристики без снижения пластических свойств. Если содержание молибдена превышает 0,8%, увеличивается удельный вес сплава вследствие того, что молибден является тяжелым металлом, и пластические свойства сплава снижаются. Содержание молибдена менее 0,1% не обеспечивает свойства сплава в полном объеме.

Введение железа в сплав до 0,4% увеличивает объемную долю β-фазы, снижая сопротивление деформации при горячей обработке сплава, что помогает избежать образование таких дефектов, как трещины. Содержание железа более 0,4% приводит к ликвационным процессам с образованием «бета-флеков» при плавлении и кристаллизации сплава, что приводит к неоднородности механических свойств, в частности пластичности.

Кислород обеспечивает повышение механической прочности при образовании твердого раствора, в основном, в α-фазе. Содержание кислорода более 0,25% может привести к снижению пластических свойств сплава.

В качестве неизбежных примесей в сплаве может присутствовать до 0,1% углерода и до 0,05% азота, при этом общее количество примесей не должно превышать 0,16%.

Для исследования свойств заявляемого сплава были выплавлены методом двойного вакуумного дугового переплава слитки следующего химического состава (таблица 1).

Таблица 1
СплавХимический состав сплава, мас.%
AlVМоFeO
13,92,20,20,130,17
24,32,80,30,240,23
34,33,30,60,320,20

Из каждого слитка методом горячей деформации были изготовлены прутки диаметром 50 мм. Часть прутков была подвергнута термической обработке путем отжига при температуре 750°С, выдержке 1 час и охлаждении на воздухе. Были исследованы при комнатной температуре механические свойства прутков, прошедших термическую обработку, и прутков без термообработки. Результаты исследований приведены в таблице 2. Кроме того, дополнительно были исследованы механические свойства β-осаженных заготовок, подвергнутых термической обработке при температуре 710°С, выдержке 3 часа и охлаждению на воздухе. Результаты испытаний механических свойств заготовок, полученных осадкой в α+β и β-области, приведены в таблице 2.

Таблица 2
СплавРежим термообработкиМеханические свойства
σв, МПаσ0,2, МПаδ, %ψ, %
1Без отжига81073515,238,2
750°С 1 час, воздух78069313,232,0
2Без отжига96084014,233,1
750°С 1 час, воздух92084513,632,5
3α+β-обл.710°С 3 часа, воздух9008351533,0
β-обл.710°С 3 часа, воздух8708001428,0

Предлагаемый сплав по сравнению с известными обладает высокой универсальностью, экономически выгоден, имеет более низкую себестоимость в связи с тем, что для его производства используются отходы широко известных сплавов, например сплав Ti6Al4V. Данный сплав обладает необходимым и достаточным уровнем механических свойств и может быть использован путем деформации как в α+β-области, так и в β-области для изготовления широкой номенклатуры изделий, включая крупногабаритные штамповки и поковки, а также тонкие листы и фольгу.

Сплавнаосноветитана,состоящийизалюминия,ванадия,молибдена,железа,кислорода,отличающийсятем,чтокомпонентысплававзятывследующемсоотношении,мас.%:Алюминий3,5-4,4Ванадий2,0-4,0Молибден0,1-0,8Железоmax0,4Кислородmax0,25ТитанОстальноеc0c1211none731
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 69.
10.03.2013
№216.012.2d8c

Способ изготовления полой вентиляторной лопатки

Изобретение может быть использовано в авиационном двигателестроении при изготовлении полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя, состоящей из выполненных из титанового сплава обшивок и заполнителя. Способ предполагает использование диффузионной сварки для соединения обшивок и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477191
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.04.2013
№216.012.337b

Способ установки расходуемого электрода в кристаллизатор

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, в частности титана и его сплавов. Способ включает загрузку расходуемого электрода в кристаллизатор, центрирование электрода по оси кристаллизатора и фиксацию данного положения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478722
Дата охранного документа: 10.04.2013
20.04.2013
№216.012.3718

Сплав на основе титана

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, используемых в медицине для изготовления деталей эндопротезов и имплантатов, предназначенных для применения в ортопедии, стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Предложен сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%: алюминий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479657
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.372a

Способ теплового регулирования электролизеров для получения магния и хлора и устройство для его осуществления

Изобретение относится к тепловому регулированию электролизеров для получения магния и хлора. При электролизе хлормагниевого сырья в электролизерах с верхним вводом анодов осуществляют отвод тепла от верхней части анодов над перекрытием путем подвода хладоагента к кессонам, контроль расхода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479675
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.07.2013
№216.012.53fe

Калийно-магниевое удобрение

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Калийно-магниевое удобрение, которое содержит хлориды калия, магния, кальция, натрия и оксид магния, причем оно дополнительно содержит компоненты марганца, ванадия, хрома, цинка, меди и кобальта. Все компоненты взяты при определенном соотношении....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487105
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.07.2013
№216.012.5752

Способ изготовления тонких листов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления тонких листов из жаропрочного псевдо-альфа-титанового сплава. Предложен способ изготовления тонких листов из слитка псевдо-альфа-титанового сплава. Способ включает деформацию слитка сплава...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487962
Дата охранного документа: 20.07.2013
27.10.2013
№216.012.79fc

Вакуумная дуговая гарнисажная печь

Изобретение относится к электрометаллургии, в частности к конструкции вакуумных дуговых гарнисажных печей, и может быть использовано для выплавки слитков из тугоплавких высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых, применяемых в аэрокосмической технике и судостроении. В печи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496890
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7ccc

Способ технологического испытания листов из титановых сплавов при глубокой вытяжке и устройство для его осуществления

Изобретение относится к горячей листовой штамповке (вытяжке) и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для установления технологических параметров деформирования листовых материалов из титановых сплавов. Производятся несколько циклов испытаний на максимальную вытяжку в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497621
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.12.2013
№216.012.8945

Способ получения слитков-электродов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к электрометаллургии, в частности к конструкции вакуумных дуговых гарнисажных печей, и может быть использовано для выплавки слитков из тугоплавких высокореакционных металлов и сплавов, преимущественно титановых, применяемых в аэрокосмической технике и судостроении. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500823
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.01.2014
№216.012.94a7

Устройство подготовки карналлита для электролитического получения магния и хлора

Изобретение относится к цветной металлургии. Устройство включает емкость в виде футерованного кожуха, разделенную перегородками на камеру плавления карналлита, камеру хлорирования расплава, выполненные с возможностью обогрева графитированными электродами, и камеру отстоя расплава, фурмы для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503749
Дата охранного документа: 10.01.2014
Показаны записи 1-10 из 15.
10.03.2013
№216.012.2d8c

Способ изготовления полой вентиляторной лопатки

Изобретение может быть использовано в авиационном двигателестроении при изготовлении полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя, состоящей из выполненных из титанового сплава обшивок и заполнителя. Способ предполагает использование диффузионной сварки для соединения обшивок и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477191
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.04.2013
№216.012.3718

Сплав на основе титана

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, используемых в медицине для изготовления деталей эндопротезов и имплантатов, предназначенных для применения в ортопедии, стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Предложен сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%: алюминий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479657
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.12.2014
№216.013.1411

Способ управления электрической дугой при вакуумном дуговом переплаве

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при выплавке слитков преимущественно из титановых сплавов. В способе на электрическую дугу одновременно осуществляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536561
Дата охранного документа: 27.12.2014
27.04.2015
№216.013.477c

Способ изготовления броневых листов из (альфа+бета)-титанового сплава и изделия из него

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении броневых листов из (α+β)-титанового сплава. Способ изготовления броневых листов из (α+β)-титанового сплава включает подготовку шихты, выплавку слитка состава, мас.%: 3,0-6,0 Al; 2,8-4,5 V; 1,0-2,2 Fe;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549804
Дата охранного документа: 27.04.2015
10.05.2016
№216.015.3dea

Экономнолегированный титановый сплав

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к титановым сплавам, полученным из вторичного сырья и обладающим заданными характеристиками прочности и пластичности. Сплав содержит Al 0,1-3,0, Fe 0,3-3,0, Cr 0,1-1,0, Ni 0,05-1,0, Si 0,02-0,3, N 0,02-0,2, O 0,05-0,5, C 0,02-0,1, Ti...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583556
Дата охранного документа: 10.05.2016
20.02.2019
№219.016.bf04

Способ получения расходуемого электрода

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано для выплавки слитков высокореакционных металлов и сплавов, в т.ч. слитков титана и его сплавов. Способ включает заливку твердой металлической составляющей жидким металлом. В качестве твердой металлической составляющей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002313590
Дата охранного документа: 27.12.2007
29.03.2019
№219.016.f0e9

Способ изготовления цельнокатаных колец из жаропрочных никелевых сплавов

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении колец из жаропрочных никелевых сплавов. Кованую кольцевую заготовку нагревают и подвергают горячей раскатке в условиях, близких к изотермическим. Раскатку осуществляют за несколько непрерывно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002349410
Дата охранного документа: 20.03.2009
29.03.2019
№219.016.f231

Способ получения слитка металла

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при вакуумно-дуговой гарнисажной плавке металлов, например титана и его сплавов. В объеме тигля с гарнисажем создают знакопеременное магнитное поле электромагнитом, магнитопроводом которого служат ферромагнитный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002385957
Дата охранного документа: 10.04.2010
19.04.2019
№219.017.2c0c

Сплав на основе титана

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию современных титановых сплавов, обладающих высокой степенью универсальности. Предложен сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%: алюминий - 4,0-6,0; ванадий - 4,5-6,0; молибден - 4,5-6,0; хром - 2,0-3,6; железо -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002283889
Дата охранного документа: 20.09.2006
19.04.2019
№219.017.2f43

Способ изготовления слитков высокореакционных металлов и сплавов и вауумная дуговая печь для изготовления слитков высокореакционных металлов и сплавов

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при выплавке слитков первого переплава с максимальным вовлечением стружки в процесс переплава. В способе изготовления слитков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002355791
Дата охранного документа: 20.05.2009
+ добавить свой РИД