сплав на основе титана и изделие, выполненное из него
| Классы МПК: | C22C14/00 Сплавы на основе титана |
| Автор(ы): | Каблов Е.Н., Хорев А.И. |
| Патентообладатель(и): | Государственое предприятие "Всероссийский научно- исследовательский институт авиационных материалов" |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2000-05-24 публикация патента:
20.11.2001 |
Изобретение относится к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала, работающего при повышенных температурах. Сплав имеет следующий химический состав, мас.%: алюминий 4,5-7,3, молибден 0,4 - 3,8, цирконий 3,0-5,0, олово 1,5-3,5, ниобий 0,5-2,0, железо 0,04-0,28, кремний 0,05-0,5, гадолиний 0,01-0,2, углерод 0,01-0,3, кислород 0,04-0,2, водород 0,005-0,3, азот 0,005-0,04, титан остальное. Предлагаемый состав позволит повысить жаропрочные характеристики сплава и изделий, выполненных из него; предел длительной 100-часовой прочности при 500oС - на 30%, при 600oС - на 70%; предел ползучести (100 ч) при 500oС - на 80%, при 600oC - на 200%. Применение предложенного сплава позволит снизить массу деталей и узлов на 50% и более и повысить полезную нагрузку самолетов. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, цирконий, олово, ниобий, железо, кремний, углерод и кислород, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гадолиний, водород и азот при следующем соотношении компонентов, маc.%:Алюминий - 4,5-7,3
Молибден - 0,4 - 3,8
Цирконий - 3,0 - 5,0
Олово - 1,5-3,5
Ниобий - 0,5-2,0
Железо - 0,04 - 0,28
Кремний - 0,05 - 0,5
Гадолиний - 0,01-0,2
Углерод - 0,01-0,3
Кислород - 0,04 - 0,2
Водород - 0,005 - 0,3
Азот - 0,005 - 0,04
Титан - Остальное
2. Изделие, выполненное из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, маc.%:
Алюминий - 4,5 - 7,3
Молибден - 0,4 - 3,8
Цирконий - 3,0 - 5,0
Олово - 1,5 - 3,5
Ниобий - 0,5 - 2,0
Железо - 0,04 - 0,28
Кремний - 0,05 - 0,5
Гадолиний - 0,01 - 0,2
Углерод - 0,01 - 0,3
Кислород - 0,04 - 0,2
Водород - 0,005 - 0,3
Азот - 0,005 - 0,04
Титан - Остальное
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к авиационной технике и цветной металлургии, в частности к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала, работающего при повышенных температурах. Известен сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%:алюминий - 5,0-6,8
ванадий - 3,5-4,5
цирконий - 0,01-0,3
железо - 0,1-0,28
кремний - 0,01-0,11
хром - 0,0-0,15
марганец - 0,01-0,15
медь - 0,01-0,15
никель - 001-0,15
углерод - 0,01-0,09
азот - 0,005-0,04
титан - остальное /1/. Из этого сплава изготавливают детали авиационной техники, работающие при повышенных температурах. Недостатком этого сплава являются пониженные характеристики длительной прочности за 100 часов при температурах 500 и 600oC (
и 
) и предела ползучести за 100 часов при 500 и 600oC ( 
и 
). Изделия из этого сплава имеют низкие характеристики по жаропрочности и большую массу. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сплав на основе титана следующего состава, мас.%:алюминий - 5,0-7,0
молибден - 2,0-4,0
цирконий - 2,5-6,0
олово - 3,0-5,0
ниобий - 0,3-2,0
железо - до 0,1
кремний - 0,005-0,8
углерод - 0,05-0,8
кислород - 0,05-0,2
титан - остальное /2/. Этот сплав также обладает пониженными жаропрочными характеристиками
; 
; 
; 
. Изделия из него обладают большой массой, что утяжеляет конструкцию авиационной техники. Технической задачей изобретения является повышение характеристик жаропрочности сплава и уменьшение массы изделий, выполненных из него. Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, цирконий, олово, ниобий, железо, кремний, углерод и кислород, дополнительно содержащий гадолиний, водород и азот, при следующем соотношении компонентов, мас.%:алюминий - 4,5-7,3
молибден - 0,4-3,8
цирконий - 3,0-5,0
олово - 1,5-3,5
ниобий - 0,5-2,0
железо - 0,04-0,28
кремний - 0,05-0,5
гадолиний - 0,01-0,2
углерод - 0,01-0,3
кислород - 0,04-0,2
водород - 0,005-0,3
азот - 0,005-0,04
титан - остальное
Сплав и изделие, выполненное из него, легирован комплексом
-стабилизирующих элементов (Nb, Mo, Si, Fe, Н), 
-стабилизирующих (Al, O2, N) и нейтральных упрочнителей (Zr, Sn), что обеспечивает эффективное упрочнение - и -твердых растворов и однородное участие их в нагружении. Авторами было установлено, что введение в сплав азота (в пределах растворимости в -фазе) обеспечивает повышение жаропрочности -матрицы. Присутствие в сплаве модифицирующей добавки гадолиния обеспечивает однородное распределение интерметаллидов, 2 -фазы и силицидов, что в свою очередь повышает жаропрочные характеристики. Содержание регламентированного количества водорода, наряду с другими элементами предлагаемого сплава, обеспечивает получение требуемого комплекса механических свойств. Были исследованы механические свойства сплавов трех составов, входящих в заявленный сплав (1, 2, 3). Для получения сравнительных данных выплавляли слитки составов предлагаемого сплава и сплава-прототипа. Слитки ковали на плиты и прокатывали в листы толщиной 1,0 мм. Из заготовок листов изготавливали образцы, которые подвергали испытаниям при температуре 500 и 600oC (таблица). Предлагаемый состав позволит повысить жаропрочные характеристики сплава и изделий, выполненных из него: предел длительной 100-часовой прочности при 500oC - на 20%, при 600 - на 35%; предел ползучести (100 часов) при 500oC - на 35%, при 600oC - на 40%. Применение предложенного сплава позволит снизить массу деталей и узлов на 50% и более и повысить полезную нагрузку самолетов. Литература1. Патент РФ N 2086695, кл. C 22 C 14/00. 2. Патент US 5922274, кл. C 22 C 14/00.
Класс C22C14/00 Сплавы на основе титана
