сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Формула изобретения

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, цирконий, медь, никель, кислород, углерод, азот, водород, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	4,3-6,0
молибден	4,0-5,6
ванадий	4,0-5,6
хром	0,5-1,5
железо	0,5-1,5
цирконий	0,03-0,5
медь	0,003-0,15
никель	0,003-0,15
кислород	0,02-0,2
углерод	0,01-0,1
азот	0,01-0,05
водород	0,003-0,015
гафний	0,03-0,5
титан	остальное

2. Сплав на основе титана по п.1, отличающийся тем, что суммарное содержание кислорода, углерода и азота в сплаве удовлетворяет условию 0,15% [(%О)+0,5(%С)+1,7(%N)] 0,24%.

3. Изделие из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по любому из пп.1 и 2.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к разработке конструкционных высокопрочных свариваемых титановых сплавов, предназначенных для изготовления крупногабаритных силовых деталей и сварных узлов самолетов: балок, лонжеронов, шпангоутов, силовых элементов конструкции шасси и крепления двигателя, используемых в авиационной технике.

Известен сплав на основе титана следующего химического состава, мас.%:

алюминий	5,5-6,75
молибден	0,85-3,15
ванадий	3,5-4,5
железо	0,85-3,15
кислород	0,2
титан	остальное

(заявка Японии №02173234)

Известный сплав обладает пониженной пластичностью.

Изделия, выполненные из него, не пригодны для изготовления высоконагруженных крупногабаритных деталей.

Известен сплав на основе титана следующего химического состава, мас.%:

алюминий	4,0-6,0
молибден	4,5-6,0
ванадий	4,5-6,0
хром	2,0-3,6
железо	0,2-0,5
кислород	0,2
азот	0,05
титан	остальное

(патент РФ №2283889)

Из известного сплава изготавливают конструкции планера самолета и двигателя, детали крепежа.

Недостатком этого сплава является пониженный уровень усталостной прочности сварных соединений.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана следующего химического состава, мас.%:

алюминий	4,3-6,0
молибден	4,0-5,6
ванадий	4,0-5,6
хром	0,5-1,5
железо	0,5-1,5
цирконий	0,03-0,5
медь	0,003-0,15
никель	0,003-0,15
кислород	0,02-0,2
углерод	0,01-0,2
азот	0,01-0,05
водород	0,003-0,03
титан	остальное

(патент РФ №2082802)

Недостатками известного сплава являются недостаточно высокая малоцикловая усталость (МЦУ) сварных соединений и невысокая термическая стабильность основного металла, что не позволяет использовать этот сплав для изготовления таких изделий, как узлы крепления двигателя.

Недостатками изделий из известного сплава является недостаточно высокие надежность и ресурс.

Технической задачей изобретения является повышение малоцикловой усталости (МЦУ) сварных соединений и термической стабильности основного металла.

Поставленная задача достигается тем, что предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, цирконий, медь, никель, кислород, углерод, азот и водород, который дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	4,3-6,0
молибден	4,0-5,6
ванадий	4,0-5,6
хром	0,5-1,5
железо	0,5-1,5
цирконий	0,03-0,5
медь	0,003-0,15
никель	0,003-0,15
кислород	0,02-0,2
углерод	0,01-0,1
азот	0,01-0,05
водород	0,003-0,015
гафний	0,03-0,5
титан	остальное

При этом предпочтительно, чтобы суммарное содержания кислорода, углерода и азота в сплаве должно удовлетворять условию 0,15% [(%O)+0,5(%С)+1,7(%N)] 0,24%.

Авторами установлено, что дополнительное введение в сплав гафния при заявленном содержании и соотношении компонентов повышает малоцикловую усталость (МЦУ) сварных соединений и термическую стабильность основного металла.

Примеры конкретного осуществления

Для исследования механических свойств сплава, в вакуумной дуговой печи выплавляли методом двойного переплава слитки с химическим составом в пределах предлагаемого сплава (1, 2, 3, табл.1) и сплава-прототипа (4, табл.1).

Выплавленные слитки ковали на гидравлическом прессе на плиты. После механической обработки плит, из них изготавливали заготовки толщиной 20 мм, которые затем сваривали электронно-лучевой сваркой. Сваренные заготовки подвергали упрочняющей термической обработке. Результаты испытаний механических свойств образцов, вырезанных из основного металла и сварных соединений, приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что при повышении термической стабильности значения МЦУ сварных соединений повысились в 1,3-1,5 раза.

Таким образом, применение предлагаемого сплава повысит эксплуатационную надежность и ресурс крупногабаритных силовых деталей и сварных узлов самолетов.

Таблица1
№п/п	Химический состав, мас.%														0,15% [(%O)+0,5(%C)+1,7(%N)] 0,24%
	Al	Мо	V	Cr	Fe	Zr	Cu	Ni	О	С	N	Н	Hf	Ti
1	4,3	4,0	4,0	0,5	1,5	0,03	0,003	0,003	0,02	0,10	0,05	0,003	0,03	ост.	0,16
2	5,0	4,8	4,8	1,0	1,0	0,25	0,075	0,075	0,10	0,05	0,025	0,009	0,25	"	0,17
3	6,0	5,6	5,6	1,5	0,5	0,5	0,15	0,15	0,20	0,01	0,01	0,015	0,5	"	0,22
4	6,0	5,6	5,6	1,5	1,5	0,5	0,15	0,15	0,20	0,01	0,02	0,015	0,5	"	0,23
5	6,0	5,6	5,6	1,5	1,5	0,5	0,15	0,15	0,20	0,20	0,05	0,03	-	"	0,45

Таблица 2
Сплав	Механические свойства при 20°С
	основной металл				сварное соединение
	исходное состояние		после выдержки 350°С - 1000 ч.		исходное состояние
	в, МПа	, %	в, МПа	, %	в, МПа	МЦУ, max нетто, МПа (Nр=5·104 ц)
1	1480	12,5	1390	12,5	1360	64
2	1500	10	1490	9,5	1390	62
3	1530	9	1520	9	1410	60
4	1540	9	1540	8,5	1430	60
5	1470	8,5	1440	5	1350	50