вторичный титановый сплав и способ его получения

Классы МПК:C22C14/00 Сплавы на основе титана
C22C1/02 плавлением 
C22B9/20 электродуговая переплавка
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Открытое Акционерное Общество "Корпорация ВСМПО-АВИСМА" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-02-24
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению вторичных титановых сплавов. Заявлен вторичный титановый сплав для изготовления листовых полуфабрикатов, или изделий конструкционного назначения, или конструкционной брони и способ его изготовления. Сплав содержит алюминий, ванадий, молибден, хром, железо, никель, цирконий, азот, кислород, углерод, кремний и титан. Величины молибденового Moeq и алюминиевого Aleq эквивалентов определены по формулам: вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 и составляют: Moeq=3,1-7,0, Aleq=5,4-7,1 для листовых полуфабрикатов, или Moeq=3,1-7,0, Aleq=7,11-9,7 для изделий конструкционного назначения, или Moeq=7,0-13,40, Aleq=5,3-9,20 для конструкционной брони. Способ включает подготовку шихты, получение при первом переплаве в гарнисажной печи расплава и формирование из него в изложнице цилиндрического слитка-электрода, который используют при втором переплаве в вакуумной дуговой печи. Шихту готовят из отходов титановых сплавов, состав которой компонуют в зависимости от заданных величин эквивалентов вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 и вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 , определяемых по составу отходов и рассчитываемых по формулам: вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 Технический результат - получение стабильных прочностных и технологических свойств сплава при контроле вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 и вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 при использовании широкого спектра отходов различного химического состава. 2 н.п. ф-лы, 8 табл.

Формула изобретения

1. Вторичный титановый сплав для изготовления листовых полуфабрикатов, или изделий конструкционного назначения, или конструкционной брони, содержащий алюминий (Al), ванадий (V), молибден (Мо), хром (Cr), железо (Fe), никель (Ni), цирконий (Zr), азот (N), кислород (О), углерод (С) и титан (Ti), отличающийся тем, что он дополнительно содержит кремний (Si) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий0,01-6,5
Ванадий 0,01-5,5
Молибден0,05-2,0
Хром 0,01-1,5
Железо0,1-2,5
Никель 0,01-0,5
Цирконийвторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,5
Азотвторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,07
Кислородвторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,3
Углеродвторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,1
Кремний0,01-0,25
Титан Остальное,


где величины молибденового Moeq и алюминиевого Aleq эквивалентов определены по формулам:

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858

и составляют:

Moeq=3,1-7,0, Aleq=5,4-7,1 для листовых полуфабрикатов или

Moeq=3,1-7,0, Aleq=7,11-9,7 для изделий конструкционного назначения, или

Moeq=7,0-13,40, Aleq=5,3-9,20 для конструкционной брони.

2. Способ получения вторичного титанового сплава для изготовления листовых полуфабрикатов, изделий конструкционного назначения и конструкционной брони, включающий подготовку шихты, получение при первом переплаве в гарнисажной печи расплава и формирование из него в изложнице цилиндрического слитка-электрода, который используют при втором переплаве в вакуумной дуговой печи, отличающийся тем, что шихту готовят из отходов титановых сплавов, состав которой компонуют в зависимости от заданных величин прочностных молибденового вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 и алюминиевого вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 эквивалентов, определяемых, исходя из химического состава отходов, и рассчитываемых по формулам:

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858

переплав ведут с получением сплава по п.1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения титановых сплавов из вторичного сырья и может быть использовано в металлургии, энергетике, химической промышленности, машиностроении, судостроении и пр. областях техники, где востребованы уникальные свойства титановых сплавов.

Основным недостатком титановых сплавов, препятствующих его широкому распространению, является высокая стоимость производства. В то же время в отличие от большинства металлов недостаточно используются титановые отходы. Их использование позволяет удешевить стоимость вторичных сплавов на 30 и более процентов при сохранении основных конструкционных свойств, присущих титановым сплавам.

Известно, что в себестоимости титановых слитков до 90% всех затрат составляют затраты на дорогостоящие компоненты шихты. Каждые 10% отходов снижают ее стоимость на 5-8%. При вовлечении в шихту 10% отходов на 1 т выплавляемых слитков на основе титана экономится в среднем 100 кг губки и 10 кг легирующих элементов (В.А.Гармата и др. Титан. М.: Металлургия, 1983, стр.526).

Из титана и его сплавов изготовляют те же виды полуфабрикатов, что и из других промышленных металлов и сплавов (листы полосы, ленты, плиты, поковки, прутки и другие). Поэтому при производстве полуфабрикатов и изделий из сплавов титана образуются и все традиционные виды отходов - кусковые отходы, стружка, листовая обрезь. Общее количество отходов, ежегодно образующихся при производстве и применении титановых сплавов, весьма велико, оно составляет около 70% к шихте, потребляемой при плавке, причем эта цифра с течением времени изменяется очень мало (Андреев А.Л., Аношкин Н.Ф. и др. Плавка и литье титановых сплавов. М.: Металлургия, 1994, стр.128-135).

Дополнительным источником дешевого шихтового материала потенциально является низкосортная титановая губка (которая традиционно причисляется к отходам и имеет ограниченное применение для выплавки слитков титановых сплавов). Ее образование связано со специфическими особенностями аппаратурного оформления магнийтермической технологии ее получения. Выход такой губки колеблется в пределах 6-12%. Губка характеризуется повышенным содержанием примесей железа, кремния, азота, кислорода, углерода.

Как известно, структура титановых сплавов формируется в процессе горячей деформации, и в отличие от стали тип структуры не претерпевает существенных изменений в процессе термической обработки. В связи с этим особое внимание уделяется схемам и режимам деформации, обеспечивающим получение требуемой структуры в полуфабрикатах. Схемы и режимы термомеханической обработки титановых сплавов зависят от фазовых превращений, связанных с полиморфизмом титана. Структура промышленных сплавов титана - это твердые растворы легирующих элементов в вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 - и вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -модификациях титана.

По влиянию на стабильность вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 - и вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -твердых растворов легирующие элементы в сплавах титана разделяются на три группы: вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизаторы, вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизаторы и нейтральные упрочнители.

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизаторы (Al, С, N, О) повышают температуру полиморфного превращения и расширяют область твердых растворов на основе Ti. Введение вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизаторов в сплавы титана удешевляет их, снижает их плотность (алюминий легче титана), повышает удельную прочность, жаростойкость и жаропрочность, уменьшает склонность сплавов к водородной хрупкости, повышает модуль упругости.

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизаторы (Мо, V, Сr, Мn, Fe, Si и др.) понижают температуру полиморфного превращения титана и расширяют область твердых растворов на основе Ti. Легирующие элементы, являющиеся вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизаторами, повышают прочность, жаропрочность и термическую стабильность титановых сплавов.

Кроме этого сплавы, легированные элементами, повышающими стабильность вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -фазы, значительно упрочняются в результате термической обработки.

Нейтральные упрочнители (Zr, Sn и др.) мало влияют на температуру полиморфного превращения и на стабильность вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 - и- вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -фаз. Добавка олова упрочняет титановые сплавы, повышает их сопротивление окислению и ползучести. Цирконий увеличивает сопротивление ползучести и длительную прочность сплава.

В изобретении учитывается то, что промышленные титановые сплавы в основном получают путем легирования титана следующими элементами (числа в скобках - максимальная для промышленных сплавов концентрация легирующей добавки в % по массе): Al (8), V (16), Мо (30), Mn (8), Sn (13), Zr (10), Cr (10), Cu (3), Fe (5), W (5), Ni (32), Si (0,5); реже применяется легирование Nb (2) и Та (5). Многообразие сплавов и соотношений их количества затрудняют выплавку в промышленных масштабах дешевых вторичных сплавов титана с химическим составом, определенным узкими рамками. Это препятствует их широкому рыночному распространению.

Поскольку прослеживается определяющее влияние вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 и вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 групп легирующих элементов на свойства титановых сплавов, то, учитывая, что они при большом количестве отходов могут сочетаться в различных весовых комбинациях, целесообразно при выплавке вторичных сплавов учитывать соотношения вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизаторов по алюминиевому эквиваленту, вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизаторов по молибденовому эквиваленту.

Известен сплав на основе титана (JP 2006034414 A, 09.02.2006) - прототип, сплав имеет следующий состав, мас.%:

Алюминий 1-6,0
Ванадий0,1-15,0
Молибден 0,1-11,0
Хром 0,1-7,0
Железо0,1-4,0
Никель 0,1-9,0
Цирконий 0,1-10,0
Алюминий1-6,0
Ванадий 0,1-15,0
Молибден 0,1-11,0
Хром0,1-7,0
Железо 0,1-4,0
Никель 0,1-9,0
Цирконий0,1-10,0
Азот, примеси
Кислород, углерод вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858
ТитанОстальное

Данный сплав относится к сложнолегированным, его свойства обеспечиваются влиянием порядка 7 легирующих элементов, относящихся к 3 группам, влияющим на полиморфизм титана. Содержание легирующих элементов в сплаве колеблется от 0,1% до 15,0%. В прототипе, как и в известных на сегодняшний день сплавах, отсутствует точное количественное регулирование химического состава титанового сплава в процессе его изготовления, поэтому бессистемное совмещение легирующих элементов, величина введения в сплав которых подвержена изменению в широких пределах, приводит к большому разбросу прочностных, пластических и структурных свойств в границах данного сплава. Вследствие этого его реальное техническое применение ограничено областью изготовления неответственных изделий и характеризуется нерациональным использованием дорогостоящих легирующих элементов. Этот недостаток становится критическим, т.к. соотношение требуемого содержания легирующих элементов во вторичном сплаве и их наличие в реально существующих отходах вступают в противоречие. Поэтому на сегодняшний день количество вовлекаемых отходов в ответственные сплавы не превышает более 30%.

Известен способ получения слитков, включающий подготовку шихты, получение при первом переплаве в гарнисажной печи расплава и формирование из него в изложнице цилиндрического слитка-электрода, который используют при втором переплаве в вакуумной дуговой печи (Патент РФ № 2263721, МПК С22В 9/20, опубл. 10.11.2005 - прототип). Способ позволяет организовать стабильный технический процесс получения качественных слитков. В процессе плавки гарнисажной плавки создается и достаточно продолжительное время поддерживается ванна расплава. В результате этого химический состав металла усредняется, рафинируется от газовых и летучих включений, а тугоплавкие частицы или растворяются, или, имея более высокую плотность, вмораживаются в гарнисаж и не попадают в отливаемый слиток. Второй переплав в ВДП позволяет получить слитки с плотной, мелкозернистой, однородной структурой.

Недостатком данного способа является то, что получение сложнолегированных сплавов на основе титана с точно регламентированными прочностными свойствами вызывает значительные затруднения вследствие непредсказуемого сочетания отходов, имеющихся в наличии на период плавки, что приводит к большому разбросу механических и технологических свойств материала.

Задачей изобретения является создание вторичного титанового сплава с регламентируемыми свойствами, в котором вовлекается до 100% отходов титановых сплавов произвольного химического состава, при этом учитывается, что свойства сплавов титана зависят от фазового состояния в большей степени, чем от химического состава.

Техническим результатом является получение регламентированных стабильных прочностных и технологических свойств вторичного титанового сплава за счет контроля алюминиевого и молибденового эквивалентов при использовании широкого спектра титановых отходов различного химического состава, экономия дорогостоящих химических элементов, увеличение технологической гибкости производства вторичных титановых сплавов.

Указанный технический результат достигается тем, что вторичный титановый сплав для изготовления листовых полуфабрикатов, или изделий конструкционного назначения, или конструкционной брони, содержащий алюминий (Al), ванадий (V), молибден (Мо), хром (Cr), железо (Fe), никель (Ni), цирконий (Zr), азот (N), кислород (О), углерод (С) и остальное титан (Ti), что сплав дополнительно содержит кремний (Si) при следующем содержании компонентов, мас.%:

Алюминий 0,01-6,5
Ванадий0,01-5,5
Молибден 0,05-2,0
Хром 0,01-1,5
Железо0,1-2,5
Никель 0,01-0,5
Цирконийвторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,5
Азотвторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,07
Кислородвторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,3
Углеродвторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,1
Кремний0,01-0,25
Титан Остальное

где величины молибденового Moeq и алюминиевого Aleq эквивалентов определены по формулам:

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858

и составляют:

Moeq=3,1-7,0; Aleq=5,4-7,1 для листовых полуфабрикатов, или

Moeq=3,1-7,0; Aleq=7,11-9,7 для изделий конструкционного назначения, или

Moeq=7,0-13,40; Aleq=5,3-9,20 для конструкционной брони.

Технический результат обеспечивается способом получения вторичного титанового сплава для изготовления листовых полуфабрикатов, или изделий конструкционного назначения, или конструкционной брони, включающим подготовку шихты, получение при первом переплаве в гарнисажной печи расплава и формирование из него в изложнице цилиндрического слитка-электрода, который используют при втором переплаве в вакуумной дуговой печи, шихту готовят из отходов титановых сплавов, состав которой компонуют в зависимости от заданных молибденового (Moeq) и алюминиевого (Aleq) эквивалентов величины, которые рассчитываются по формулам:

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858

переплав ведут с получением сплава по п.1.

В заявленном сплаве при практически одинаковом молибденовом эквиваленте (определенном экономическими, прочностными и технологическими свойствами) для листовых полуфабрикатов и сплавов конструкционного назначения алюминиевый эквивалент для листовых полуфабрикатов устанавливается в пределах от 5,4 до 7,1, а для сплавов конструкционного назначения от 7,11 до 9,7. Это ограничение обусловлено тем, что при увеличении Aleq возрастает легированность твердого раствора и, как следствие, возрастает твердорастворное упрочнение, что, в свою очередь, приводит к снижению технологической пластичности. При превышении величины прочностного алюминиевого эквивалента свыше 6,5 возникают предпосылки для образования трещин в процессе прокатки.

Напротив, в сплавах конструкционного назначения Aleq в пределах от 7,11 до 9,7, являясь наиболее эффективным инструментом упрочнения сплава, позволяет сохранить его приемлемые технологические свойства.

Для сплавов, преимущественно предназначенных для использования в качестве конструкционной брони, молибденовый эквивалент определен гораздо выше и находится в пределах Moeq=7,0-13,40. Это обусловлено тем, что титановые сплавы с заданной твердостью за счет легирования имеют уровень противопульной стойкости выше и склонность к тыльным отколам меньше, чем термически обработанные на такую же твердость.

В качестве противопульной брони наиболее целесообразно использовать титановые сплавы с вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 +вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 структурой после отжига, при котором уровень механических свойств определяется свойствами вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 и вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 фаз, степенью гетерогенности и типом структуры.

Применение закалки и упрочняющей термической обработки ведет к снижению противопульной стойкости титановых сплавов и повышенной склонности к срезу пробки, что связано с максимальным упрочнением вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 +вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 титановых сплавов и резким снижением пластических свойств. Химический состав сплава подобран с учетом присутствия легирующих элементов в титановых отходах.

Группа - вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизаторов.

Алюминий, который применяется практически во всех промышленных сплавах, является наиболее эффективным упрочнителем, улучшая прочностные и жаропрочные свойства титана. Содержание алюминия в сплаве принято от 0,01 до 6,5%, при содержании алюминия более 6,5% происходит нежелательное снижение пластичности.

Азот, кислород и углерод повышают температуру аллотропического превращения титана и в основном присутствуют в промышленных титановых сплавах в виде примесей. Влияние этих примесей на свойства изготовляемых из титана сплавов столь значительно, что должно специально учитываться при расчете шихты, чтобы получить механические свойства в нужных пределах. Наличие в сплаве азота вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,07%, кислорода вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,3%, углерода вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,1% не оказывает заметного влияния на снижения термической стабильности, сопротивления ползучести и ударной вязкости.

Группа нейтральных упрочнителей.

В последнее время в качестве легирующих элементов применяют цирконий. Цирконий образует с вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -титаном широкий ряд твердых растворов, относительно близок к нему по температуре плавления и плотности, повышает коррозионную стойкость. Микролегирование цирконием в диапазоне 0,05-0,5% обеспечивает сочетание высокой прочности и пластичности как для крупногабаритных штамповок и поковок, так и для полуфабрикатов малого сечения, таких как прутки, плиты листы, позволяет производить теплую и холодную деформацию со степенью осадки до 60%.

Группа вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизаторов, которые широко применяются в промышленных сплавах (V, Мо, Cr, Fe, Ni, Si).

Ванадий и железо являются вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизирующими элементами, повышающими прочность сплава, практически не снижая пластичности. Содержание ванадия в заявляемом сплаве по сравнению с прототипом изменено в сторону меньших концентраций от 0,01 до 5,5%, что позволяет использовать отходы титановых сплавов в различных комбинациях. При содержании ванадия более 5,5% происходит нежелательное снижение пластичности.

При содержании железа менее 0,1% не обеспечивается достаточный эффект, а при содержании более 2,5% происходит нежелательное снижение пластичности сплава.

В заявляемом сплаве в небольшом количестве присутствует вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизирующий элемент - хром, который также направлен на повышение прочности сплава. При содержании хрома менее 0,01% не обеспечивается достаточный эффект, а верхний предел хрома 1,5% обусловлен содержанием его в титановых отходах.

Введение молибдена в пределах 0,01-2,0% обеспечивает полную растворимость его в вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -фазе, что позволяет получать необходимые прочностные характеристики без снижения пластических свойств. Если содержание молибдена превышает 2,0%, увеличивается удельный вес сплава вследствие того, что молибден является тяжелым металлом, и пластические свойства сплава снижаются.

Предлагаемый сплав содержит никель. Повышенные содержания алюминия и ванадия усиливают стойкость сплава к окислению и эрозии при работе в условиях направленного потока агрессивных газов. Присутствие в составе сплава никеля также усиливает сопротивление коррозии. При содержании никеля менее 0,05% не обеспечивается достаточный эффект, а верхний предел никеля 0,5% обусловлен содержанием его в составе титановой губки низших сортов.

По сравнению с прототипом в сплав дополнительно введен еще один вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизатор - кремний, который в заявленных пределах полностью растворяется в вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -фазе, обеспечивая упрочнение вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -твердого раствора и образование небольшого количества вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -фазы в сплаве. Кроме того, добавка кремния в сплав повышает его жаропрочность.

Важнейшее отличие от прототипа заключается в том, что предлагаемое изобретение позволяет с большой точностью получить необходимые технологические свойства вторичных титановых сплавов путем гибкого подбора величин легирующих элементов исходя из их наличия в титановых отходах сплавов различных марок.

Изобретение основано на возможности разделения эффектов от легирования вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизаторов и вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 -стабилизаторами, и нейтральными упрочнителями. Их количественные величины поддаются точному расчету по формулам соответственно 1 и 2, где их величины указаны в % мас. (%).

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858

В основу формул положен учет эффективности влияния конкретного легирующего элемента относительно влияния такого же количества молибдена в Moeq, мас.% (Moeq) и алюминия в Aleq, мас.% (Aleq) на структуру титановых сплавов. Аккумулированный эффект в зависимости от количества легирующих элементов подсчитывается по вышеприведенным формулам, величины которых в свою очередь позволяют гибко регулировать механические и технологические свойства выплавляемого сплава. Коэффициенты в вышеуказанных формулах подбирались в соответствии со справочником (Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. А.А.Ильин, Б.А.Колачев, И.С.Полькин, ВИЛС-МАТИ, Москва, 2009, стр.33-35).

Примеры конкретного осуществления.

Пример 1.

Для экспериментальной проверки свойств заявленного сплава методом двойного дугового переплава были выплавлены 16 сплавов различного химического состава (слитки массой по 23 кг). Исходными данными для их шихтовки являлись прогнозируемые прочностные свойства в отожженном состоянии, которые соответствуют прочностным свойствам наиболее распространенных конструкционных сплавов класса Ti-6Al-4V. Слитки были выплавлены методом двойного переплава с использованием имеющихся отходов, доля которых достигала 50%. Из полученных слитков методом ковки и последующей прокатки были изготовлены прутки диаметром 30-32 мм. Химический состав сплавов приведен в таблице 1.

Таблица 1
№ соста-

ва
СN OAl VFe MoNi SiZr Cr
1 0,017 0,0030,21 5,83 4,080,46 0,10,019 0,0130,0062 0,072
2 0,0370,003 0,21 5,814,03 0,470,11 0,0170,012 0,06 0,07
3 0,017 0,0040,23 6,76 4,140,48 0,10,018 0,0120,0065 0,073
4 0,0170,004 0,21 5,24,15 0,510,1 0,0190,013 0,0064 0,073
50,016 0,0040,22 5,96 4,750,51 0,10,019 0,0120,008 0,073
6 0,0170,004 0,22 5,823,58 0,490,1 0,0190,011 0,0066 0,072
70,015 0,0040,22 5,82 4,040,81 0,10,019 0,0120,0057 0,069
8 0,0150,004 0,186 5,843,98 0,20,11 0,0170,0096 0,0056 0,07
9 0,017 0,0040,22 5,92 4,10,45 0,530,017 0,01 0,00640,07
10 0,0140,004 0,193 5,863,98 0,460,059 0,017 0,00720,005 0,072
11 0,0140,004 0,178 63,87 0,560,097 0,016 0,010,0052 0,15
120,016 0,0040,22 6 4,020,54 0,110,018 0,01 0,00680,026
13 0,0140,004 0,2 5,24,02 0,480,11 0,0160,013 0,0075 0,078
140,015 0,0040,164 5,82 4,080,49 0,110,016 0,012 0,0060,074
15 0,0180,004 0,174 6,064,22 0,570,1 0,0160,013 0,0068 0,08
16 0,008 0,0060,179 6,05 4,110,54 0,0980,016 0,012 0,00580,075

Исследование механических свойств прутков при растяжении было проведено после отжига (730°С, выдержка 1 час, охлаждение на воздухе). Прочностные эквиваленты, реальная и расчетная прочность на разрыв, а также относительное удлинение приведены в таблице 2.

вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858

Как видно из таблицы 2, разработанный экономичный сплав по уровню прочности, относительного удлинения и относительного сужения эквивалентен сплаву Ti-6Al-4V.

Пример 2.

По 3 заданным величинам пределов прочности были подобраны варианты химических составов из имеющихся в наличии отходов, осуществлена выплавка сплавов за два переплава: первый в вакуумно-дуговой гарнисажной печи и второй переплав - в вакуумно-дуговой печи и получение заготовки под прокатку и изготовление тонколистового проката (толщиной 2 мм) с последующим отжигом.

Подбор шихты был выполнен по вышеприведенной схеме, результаты которой показаны в таблице 3.

Таблица 3
Состав № Выбранные эквивалентыКомпозиция шихтовых материалов, обеспечивающих необходимое соотношение эквивалентов
вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 Титановая губка ТГ-90 30,4%
1Aleq=5,86 Отходы сплава Ti-6Al-4V 45,6%
Moeq=4,39 Отходы сплава Ti-10V-2Fe-3Al 22,8%
вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 Отходы сплава VST5553 0,9%

Al 0,2%
вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 Титановая губка ТГ-90 35,9%
2Aleq=5,80 Отходы сплава Ti-6Al-4V 36,0%
Moeq=4,24 Отходы сплава Ti-10V-2Fe-3Al 26,9%
вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 Отходы сплава VST5553 1,1%

Al 0,3%
вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 Титановая губка ТГ-ТВ 48,3%
3Aleq=5,86 Отходы сплава Ti-6Al-4V 43,3%
Moeq=6,03 Отходы сплава Ti-10V-2Fe-3Al 3,6%
вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 Отходы сплава VST5553 1,4%
вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 Лигатура ВнАл 2,8%

Al 0,4%

Химический состав сплавов приведен в таблице 4.

Таблица 4
№ составаС N OAl VFe МоNi SiZr Cr
1 0,014 0,0060,17 3,94,1 0,60,07 0,020,015 0,020,05
2 0,0150,012 0,19 3,54,1 0,50,06 0,0150,013 0,05 0,14
3 0,014 0,0080,2 4,24,3 1,10,08 0,070,012 0,050,20

Механические свойства полученных образцов приведены в таблице 5.

Таблица 5
Предел прочности, вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 в, МПа Предел текучести, вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,2 МПа Относительное удлинение, вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 , %Относительное сужение, вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 , %
871,5824,0 23,8 57,9
890,1 838,2 24,556,2
975,2 906,121,7 54,5

Пример 3.

Для изготовления листового материала с целью применения в качестве брони были выплавлены опытные слитки массой 23 кг. Слитки были выплавлены методом двойного переплава. В качестве шихты слитков использованы следующие материалы: титановая губка марки ТГ-ТВ, отходы сплава VST5553, отходы сплава Ti-10V-2Fe-3Al Соотношение шихтовых материалов при выплавке слитков с учетом Aleq и Moeq приведено в таблице 6.

Таблица 6
Состав № Требуемый уровень прочности, МПа Выбранные эквиваленты Композиция шихтовых материалов, обеспечивающая необходимое соотношение эквивалентов
вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 Aleq=5,97 Титановая губка ТГ-ТВ 35%
11160 Moeq=10,29Отходы сплава VST5553 40%
вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 Отходы сплава Ti-10V-2Fe-3Al 25%
вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 Aleq=6,71 Титановая губка ТГ-ТВ 60%
21060 Moeq=7,87Отходы сплава VST5553 10%
вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 Отходы сплава Ti-10V-2Fe-3Al 30%

Химический состав сплавов приведен в таблице 7.

Таблица 7
№ состава Массовая доля элементов, %
СN OAl VFe MoNi SiCr
1 0,0130,012 0,21 3,54,11 1,162,0 0,700,024 1,42
2 0,015 0,0080,24 4,03,55 1,740,39 0,110,026 0,50

Механические свойства сплавов № 1 и № 2, испытанные на листах толщиной 6 мм, приведены в таблице 8.

Таблица 8
№ составаПредел текучести, вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 0,2, МПа Предел прочности, вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 в, МПа Относительное удлинение, вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 , %Относительное сужение, вторичный титановый сплав и способ его получения, патент № 2436858 ,%KCU кгс·м/см 2
11077 114716,19 48,325,2
2 10121068 15,1944,02 5,7

Как видно из приведенных примеров, производство дешевых вторичных титановых сплавов в соответствии с данным изобретением позволяет решить задачу вовлечения широкого спектра отходов титановых сплавов с получением конечного продукта, обладающего заданными технологическими и конструкционными свойствами. Таким образом, данное изобретение обеспечивает высокую эффективность промышленного применения.

Следует понимать, что в данном описании были проиллюстрированы те аспекты изобретения, которые необходимы для его ясного понимания. Некоторые аспекты изобретения, которые будут очевидны для рядовых специалистов в данной области техники и которые поэтому не будут способствовать облегчению понимания настоящего изобретения, представлены не были, чтобы упростить данное описание. Несмотря на то что были описаны варианты воплощения настоящего изобретения, рядовым специалистам в данной области техники после изучения описания будет ясно, что в него может быть внесено множество модификаций и изменений. Все такие изменения и модификации настоящего изобретения считаются подпадающими под объем представленного выше описания и прилагаемой формулы изобретения.

Класс C22C14/00 Сплавы на основе титана

способ изготовления заготовок из титана -  патент 2529131 (27.09.2014)
сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него -  патент 2525003 (10.08.2014)
способ получения отливок сплавов на основе гамма алюминида титана -  патент 2523049 (20.07.2014)
сплав на основе гамма алюминида титана -  патент 2520250 (20.06.2014)
сплав для поглощения тепловых нейтронов на основе титана -  патент 2519063 (10.06.2014)
быстрозакаленный припой из сплава на основе титана-циркония -  патент 2517096 (27.05.2014)
способ получения сплавов на основе титана -  патент 2515411 (10.05.2014)
сплав на основе титана и изделие, выполненное из него -  патент 2507289 (20.02.2014)
способ получения порошков сплавов на основе титана, циркония и гафния, легированных элементами ni, cu, ta, w, re, os и ir -  патент 2507034 (20.02.2014)
сплав на основе титана -  патент 2506336 (10.02.2014)

Класс C22C1/02 плавлением 

Класс C22B9/20 электродуговая переплавка

способ электроплавки в дуговой печи постоянного тока -  патент 2523626 (20.07.2014)
способ ведения начального периода электроплавки в дуговой печи постоянного тока -  патент 2523381 (20.07.2014)
способ переплава металла в вакуумной электродуговой печи -  патент 2516325 (20.05.2014)
способ получения сплавов на основе титана -  патент 2515411 (10.05.2014)
способ получения слитка сплава -  патент 2494158 (27.09.2013)
способ получения базового - -tial-сплава -  патент 2490350 (20.08.2013)
способ установки расходуемого электрода в кристаллизатор -  патент 2478722 (10.04.2013)
способ получения слитков-электродов и устройство для его осуществления -  патент 2466197 (10.11.2012)
способ получения слитка псевдо -титанового сплава, содержащего (4,0-6,0)% аl, (4,5-6,0)% мo, (4,5-6,0)% v, (2,0-3,6)% cr, (0,2-0,5)% fe, (0,1-2,0)% zr -  патент 2463365 (10.10.2012)
способ пирометаллургической переработки окисленных никелевых руд -  патент 2453617 (20.06.2012)
Наверх