RU2211873C2 - МЕТАСТАБИЛЬНЫЙ β-ТИТАНОВЫЙ СПЛАВ - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к созданию новых сплавов на основе титана. Задачей изобретения является создание титанового сплава, обладающего после термообработки сочетанием высоких прочностных и пластических характеристик и изготовленного на основе относительно недорогих легирующих элементов. Предложенный сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: алюминий - 1,5-3,5, молибден - 4,5-8,0, ванадий - 1,0-3,5, железо - 1,5-3,8, титан - остальное. Техническим результатом изобретения является создание метастабильного β-титанового сплава, обладающего после термообработки высоким уровнем прочностных и пластических характеристик. 2 табл.

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к созданию новых сплавов на основе титана, сочетающих в себе высокие характеристики прочности и пластичности и применяемых для изготовления изделий широкого назначения, в частности деталей крепежа, различного рода витых пружин и др. и изготовленных с использованием относительно дешевых легирующих элементов.

Известен сплав на основе титана, содержащий, %: 2-6 А1; 6-9 Мо; 1-3 V; 0,5-2 Cr; 0-1,5 Fe; Ti - остальное (авт. свид. СССР 180351, кл.С 22 С 14/00,1966).

Недостатком известного сплава является недостаточная пластичность из-за высокого содержания алюминия и наличия хрома, кроме того сплав довольно дорогой.

Известен сплав на основе титана, содержащий, мас.%: 4-6,3 А1; 4,5-5,9 V; 4,5-5,9 Мо; 2,0-3,6 Cr; 0,2-0,5 Fe; Ti остальное (патент РФ 2169204, кл.С 22 С 14/00, публ.2001г.).

Известный сплав после термообработки имеет высокий уровень прочностных характеристик в массивных деталях, при этом уровень пластических характеристик недостаточен и сплав не может быть использован для изготовления таких деталей, как витые пружины.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является метастабильный β-титановый сплав, содержащий, вес. %: 4-5 Fe; 4-7 Мо; 1-2 А1; О₂ до 0,25; Ti остальное (патент США 5294267, кл.С 22 С 14/00, публ. 1994г.) - прототип.

Данный сплав обладает высокими механическими характеристиками при относительной дешевизне и нашел широкое применение при изготовлении витых цилиндрических пружин для автомобилестроения.

Недостатками известного сплава являются относительно невысокие пластические свойства, особенно относительное удлинение, что сужает область применения данного сплава и имеет немаловажное значение при изготовлении отдельных видов витых пружин и деталей крепежа.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание титанового сплава, обладающего после термообработки сочетанием высоких прочностных и пластических характеристик и изготовленного на основе относительно недорогих легирующих элементов.

Поставленная задача достигается тем, что в метастабильном β-титановом сплаве, содержащим алюминий, молибден и железо, дополнительно введен ванадий и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Алюминий - 1,5-3,5
Молибден - 4,5-8,0
Ванадий - 1,0-3,5
Железо - 1,5-3,8
Титан - Остальное
Введение ванадия в количестве 1,0-3,5% повышает пластические характеристики сплава до требуемых значений.

Для достижения высоких прочностных характеристик сплав содержит более высокое по сравнению с прототипом количество алюминия. Алюминий при содержании его не более 3,5% не оказывает существенного влияния на пластичность сплава. Увеличение содержания алюминия более 3,5% и железа более 3,8% приводит к увеличению α-фазы, ее упрочнению и снижает пластические характеристики сплава ниже заданных. Более низкое, чем в прототипе, содержание железа (<4%) обеспечивает большую фазовую стабильность при проведении термических циклов (при деформации и термообработке). При содержании алюминия менее 1,5% не удается достигнуть заданной прочности. Содержание молибдена менее 4,5% и железа менее 1,5% приводит к уменьшению количества β-фазы и после термообработки невозможно достичь высокой прочности сплава.

Увеличение содержания β-стабилизаторов (молибдена и ванадия) выше заданных пределов снижает стабильность сплава в закаленном и состаренном состоянии приводит к увеличению размеров зерна при термообработке, что значительно снижает пластичность сплава (δ<4%; ψ<7%).
Молибден вводят в сплав в виде ферромолибдена, который содержит 55-75% молибдена, остальное железо.

Ванадий вводится в сплав из феррованадия, который содержит 65-85% ванадия, остальное железо, или в виде отходов сплавов системы Ti-Al-V.

Для исследования свойств были выплавлены вакуумной дуговой плавкой слитки сплавов заявленного состава (табл.1) и изготовлены из полученного металла прутки ⌀ 20 мм. Прутки подвергли следующей термообработке: нагрев до температуры на 30^oС ниже температуры полиморфного превращения, охлаждение в воде, нагрев до 480^oС в течение 8 часов, охлаждение на воздухе. После чего образцы были испытаны на растяжение по ASTM Е 8.

Механические свойства изготовленных изделий из исследуемых сплавов приведены в таблице 2.

Предлагаемый метастабильный β-титановый сплав по сравнению с известными обладает регламентированным оптимальным сочетанием β- и α-стабилизирующих легирующих элементов, обеспечивающих после термообработки высокий уровень прочностных и пластических характеристик; более дешевый и может быть использован для изготовления ответственных деталей широкого назначения.

Claims (1)

1. Метастабильный β-титановый сплав, содержащий алюминий, молибден и железо, отличающийся тем, что сплав дополнительно содержит ванадий и компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:
   Алюминий - 1,5-3,5
   Молибден - 4,5-8,0
   Ванадий - 1,0-3,5
   Железо - 1,5-3,8
   Титан - Остальное

Images