сплав на основе титана и изделие, выполненное из него
| Классы МПК: | C22C14/00 Сплавы на основе титана |
| Автор(ы): | Каблов Е.Н., Моисеев В.Н., Сысоева Н.В. |
| Патентообладатель(и): | Государственное предприятие Всероссийский научно- исследовательский институт авиационных материалов |
| Приоритеты: |
подача заявки:
1999-11-25 публикация патента:
20.08.2001 |
Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе титана, предназначенным для использования в качестве конструкционного высокопрочного и жаропрочного материала для создания силовых конструкций авиакосмической техники. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: Аl 14,5 - 6,5; Мо 4,0 - 6,0; V 4,0 - 6,0; Cr 0,5 - 2,0; Fe 0,5 - 2,0; С 0,01 - 0,6; O2 0,02 - 0,2; H2 0,001 - 0,03; N2 0,01 - 0,05; В 0,01 - 0,6; Si 0,01 - 0,6; Nd 0,01 - 0,7; Ti - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение прочности, жаропрочности и пластичности в сочетании с высоким модулем нормальной упругости при комнатной и повышенных температурах. Эксплуатационная надежность и ресурс изделий повышаются на 10-15%, а вес снижается на 15-25%. 2 c.п. ф-лы, 1 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, углерод, кислород, водород и азот, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор, кремний и неодим при следующем соотношении компонентов, мас.%:Al - 4,5 - 6,5
Mo - 4,0 - 6,0
V - 4,0 - 6,0
Cr - 0,5 - 2,0
Fe - 0,5 - 2,0
С - 0,01 - 0,6
O2 - 0,02 - 0,2
H2 - 0,001 - 0,03
N2 - 0,01 - 0,05
В - 0,01 - 0,6
Si - 0,01 - 0,6
Nd - 0,01 - 0,7
Ti - Остальное
2. Изделие, выполненное из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас.%:
Al - 4,5 - 6,5
Mo - 4,0 - 6,0
V - 4,0 - 6,0
Cr - 0,5 - 2,0
Fe - 0,5 - 2,0
С - 0,01 - 0,6
O2 - 0,02 - 0,2
H2 - 0,001 - 0,03
N2 - 0,01 - 0,05
В - 0,01 - 0,6
Si - 0,01 - 0,6
Nd - 0,01 - 0,7
Ti - Остальное-
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, предназначенных для использования в качестве конструкционного высокопрочного и жаропрочного материала для создания силовых конструкций авиакосмической техники. Известен сплав на основе [1] следующего химического состава, мас.%:Al - 4,4 - 5,9
Mo - 4,0 - 5,5
V - 4,0 - 5,5
Cr - 0,5 - 2,0
Fe - 0,5 - 1,5
C - До 0,1
O2 - До 0,2
H2 - До 0,015
Ti - Остальное
Данный сплав применяется для изготовления поковок и штамповок конструкционного назначения в изделиях авиационной техники, например: детали силового набора, шасси, механизации крыла и др. Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана [2] следующего химического состава, мас.%:
Al - 4,3 - 6,0
Mo - 4,0 - 5,6
V - 4,0 - 5,6
Cr - 0,5 - 1,5
Fe - 0,5 - 1,5
Zr - 0,03 - 0,5
C - 0,01 - 0,2
O2 - 0,02 - 0,2
H2 - 0,003 - 0,3
N2 - 0,01 - 0,05
Cu - 0,003 - 0,15
Ni - 0,003 - 0,15
Ti - Остальное
Из этого сплава изготавливают конструктивные детали силового набора (шасси, нервюры, детали механизации крыла и т.д.), а также диски и лопатки компрессора низкого давления в авиационных двигателях. Основными недостатками известных сплавов и изделий из них является невозможность получения на крупногабаритных полуфарикатах сочетания высокого уровня прочности, жаропрочности и высокой пластичности и модулем нормальной упругости. Технической задачей изобретения является повышение прочности, жаропрочности и пластичности сплава на основе титана в сочетании с высоким модулем нормальной упругости при комнатной и повышенной температурах. Поставленная задача достигается тем, что сплав на основе титана, содержащий алюминий, ванадий, хром, железо, углерод, кислород, водород и азот, дополнительно содержит бор, кремний и неодим при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al - 4,5 - 6,5
Mo - 4,0 - 6,0
V - 4,0 - 6,0
Cr - 0,5 - 2,0
Fe - 0,5 - 2,0
C - 0,01 - 0,6
O2 - 0,02 - 0,2
H2 - 0,001 - 0,03
N2 - 0,01 - 0,05
B - 0,01 - 0,6
Si - 0,01 - 0,6
Nd - 0,01 - 0,7
Ti - Остальное
Предлагаемый сплав может быть применен для изготовления деталей силового набора в конструкциях самолета, а также для изготовления дисков и лопаток в авиационной двигателя. Особо следует указать на положительное совместное влияние Si, C, B и Nd на свойства сплава и изделия из него. В этом случае наблюдается наиболее благоприятное сочетание прочности, жаропрочности, пластичности и модуля нормальной упругости. При заявленном содержании компонентов в предлагаемом сплаве авторами установлено, что полученный эффект достигается не только за счет выделения известных интерметаллических фаз, но главным образом за счет выделения соединений типа TixNgy(Si, C, B, N, O)z, которые оказывают существенное влияние на повышение уровня прочности, жаропрочности (500oC), модуля нормальной упругости при комнатной и повышенной температурах и пластичности. Методом вакуумно-дугового плавки получены слитки данных сплавов массой 10 кг. После ковки, горячей прокатки и механической обработки получены обточенные прутки-электроды диаметром 55 - 60 мм. После центробежного распыления электродов на гранулы, компактирования гранул методом горячего изостатического прессования в газостате, обработки давлением и термической обработки в электрических печах на образцах сплавов предлагаемых составов были определены механически свойства, которые приведены в табл. 1. Из табл. 1 видно, что предлагаемый сплав обладает более высокими механическими свойствами по сравнению со свойствами прототипа: прочность при комнатной температуре повышается на 4,3 - 10,4%, пластичность на 4,4 - 14,4%, модуль нормальной упругости при комнатной температуре на 5 - 26,9%, модуль нормальной упругости при температуре 500oC на 19 - 40%, длительная прочность при 500oC за 100 ч - на 10 - 43%. Применение предлагаемого сплава позволит повысить эксплуатационную надежность и ресурс изделий на 10 - 15%, а также снизить их вес на 15 - 25%
Литература
1. Сплав ВТ22, ГОСТ 19807-74 "Титан и титановые сплавы, обрабатываемые давлением (марки)". 2. Патент РФ N 2082802, кл. C 22 C 14/00, 1996 (бюл. N 18).
Класс C22C14/00 Сплавы на основе титана
