сплав на основе титана

Формула изобретения

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА, содержащий - стабилизаторы, отличающиеся тем, что он дополнительно содержит водород при следующем соотношении компонентов, ат.%:

- Стабилизаторы - 4 - 40

Водород - 3 - 25

Титан - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию сплава, обладающего сверхпроводящими свойствами.

В настоящее время сплавы системы Ti-Nb, Ti-Tа применяются как сверхпроводящие материалы.

Известен сплав с высоким содержанием ниобия: Ti основа, Nb 46 ат. [1] Этот сплав имеет достаточную технологическую пластичность и хорошие сверхпроводящие свойства. Основными недостатками этого сплава являются высокое содержание дефицитного ниобия и большой удельный вес сплава, что приводит к увеличению удельного веса конструкций сверхпроводника.

Известен сплав на основе титана, легированный несколькими -стабилизаторами: Nb 30 ат. Zr 10, Та 10 ат. [2] Этот сплав обладает хорошими технологическими и сверхпроводящими свойствами. Однако удельный вес и стоимость его значительно выше сплава Ti 46 ат. Nb.

Целью изобретения является разработка сплава на основе титана, который обладал бы повышенной технологической пластичностью и обеспечивал необходимый уровень сверхпроводящих свойств и при этом имел бы меньший удельный вес и содержал меньшее количество дефицитных металлов.

Это достигается тем, что известный сплав на основе титана дополнительно содержит водород при следующем содержании компонентов, атом.

Ti основа

стабилизаторы (40-49%)

Водород (3-25).

В результате введения водорода стабилизация -фазы происходит при более низком содержании основных -стабилизаторов (Nb, Tа и др.), т.к. водород в титановых сплавах оказывает -стабилизирующее действие. Это приводит к повышению технологической пластичности сплавов на основе титана с меньшим содержанием основных -стабилизаторов.

При введении водорода в сплавы на основе Ti с -стабилизаторами необходимо учитывать коэффициент -стабилизации, т.к. лучшие технологические свойства имеют сплавы с коэффициентом -стабилизации К 0,8-1,4 (без учета водорода).

Если коэффициент -стабилизации К< 0,8, то при закалке данных сплавов образуются и -фазы, что резко снижает технологическую пластичность. Чтобы стабилизировать в данных сплавах -фазу, необходимо введение водорода в количестве более 25 ат. что приводит к опасности образования гидридов при пластической деформации, вызывающих охрупчивание сплавов.

В сплавах Ti- -стабилизатор, которые имеют К > 1,4 -фаза стабильна, и поэтому нет необходимости введения водорода. Однако эти сплавы содержат большое количество дефицитных и тяжелых металлов, что обуславливает их дороговизну и значительный удельный вес.

Оптимальное содержание водорода в сплавах с К 0,8-1,4 составляет 3-25 ат. Такое содержание водорода приводит к стабилизации -фазы в данных сплавах при закалке и устраняет возможность образования "" и -фаз при деформации и термической обработке, это позволяет избежать охрупчивания сплавов и дает возможность изготовлять тонкие сверхпроводники. Кроме того введение водорода, приводящее к стабильности -фазы при более низком содержании -стабилизаторов, уменьшает вес сверхпроводников, что имеет также большое значение.

Введение водорода в сплавы Ti- -стабилизатор в количестве менее 3 ат. не обеспечивает стабильности -фазы при меньшем содержании -стабилизаторов. При содержании водорода более 25 ат. в сплавах Ti- -стабилизатор возможно образование гидридов, которые вызывают охрупчивание сплава.

П р и м е р. Методом пятикратного переплава были изготовлены пять составов предлагаемого сплава: сплав I легирован по нижнему пределу, сплав II по среднему составу, сплав III по верхнему пределу, сплав IV легирован водородом менее нижнего предела, сплав V легирован водородом выше верхнего предела, сплавы VI и VII известные сплавы.

Химический состав плавок приведен в табл.1.

Полученные слитки весом 0,5 кг разрезали на заготовки, которые подвергали горячей ковке на пневматическом молоте при температуре 900^оС в обжимках на прутки диаметром 18 мм. Прутки обтачивали на токарном станке до диаметра 15 мм и разрезали на цилиндры длиной 150-180 мм. Насыщение образцов водородом проводили в установке Сивертса из газообразной среды при давлении водорода до 0,8 атм и температуре 800^оС. Количество введенного водорода определяли по изменению его давления в системе с известным объемом и контролировали по привесу. Взвешивание проводили на аналитических весах ВЛА-200М с абсолютной погрешности не выше 0,0001 г.

После наводороживания заготовки помещали в медную оболочку, проводили гидроэкструзию при температуре 350-400^оС с коэффициентом вытяжки 10, далее подвергали холодной пластической деформации (волочение, с коэффициентом вытяжки 10). Окончательная термическая обработка проводилась при температуре 300^оС в течение 50 ч. Результаты определения плотности, технологической пластичности сплавов, а также результаты испытаний характеристик сверхпроводимости представлены в табл.2.

Для всех исследуемых составов сплавов определялась стоимость получения прутков диаметром 15 мм, в которой учитывались стоимость шихты, затраты на производство прутиков. Кроме того, в стоимость сплавов, содержащих водород, входят затраты на наводороживающий отжиг и стоимость гидридов, необходимых для процесса наводороживания.

Одним из необходимых и обязательных условий получения сверхпроводников является высокая технологическая пластичность при холодной пластической деформации. Предлагаемые сплавы обладают хорошей технологической пластичностью: величина вытяжки при холодном волочении составляет более 13200. Сплавы с запредельным содержанием легирующих элементов разрушались в процессе деформации и получение тонкой (диаметром 0,2 мм) проволоки невозможно.

Наиболее важным свойством сверхпроводников является критический ток. Для всех исследуемых сплавов была определена величина критического тока при температуре жидкого гелия в магнитном поле напряженностью 4 Тл. Предлагаемые сплавы имеют величину критического тока на 2-13% больше, чем у сплавов известных составов.

Кроме того, методом гидростатического взвешивания была определена плотность исследуемых сплавов, из табл.2 отчетливо видно, что плотность, а следовательно, и удельный вес предлагаемых сплавов снижен на 10-12%

Таким образом оптимальным сочетанием свойств, т.е. хорошей технологической пластичностью меньшим удельным весом и стоимостью при хороших сверхпроводящих свойствах обладают сплавы на основе титана с 4-40% -стабилизаторов, дополнительно легированные водородом от 3 до 25%