RU2346070C2 - Высокопрочный титановый сплав - Google Patents

Высокопрочный титановый сплав Download PDF

Info

Publication number
RU2346070C2
RU2346070C2 RU2005140084/02A RU2005140084A RU2346070C2 RU 2346070 C2 RU2346070 C2 RU 2346070C2 RU 2005140084/02 A RU2005140084/02 A RU 2005140084/02A RU 2005140084 A RU2005140084 A RU 2005140084A RU 2346070 C2 RU2346070 C2 RU 2346070C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uts
alloy
strength
shear resistance
ductility
Prior art date
Application number
RU2005140084/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2005140084A (ru
Inventor
Пол Дж. БАНЬЯ (US)
Пол Дж. БАНЬЯ
Original Assignee
Ти-Про, Ллк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ти-Про, Ллк filed Critical Ти-Про, Ллк
Publication of RU2005140084A publication Critical patent/RU2005140084A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2346070C2 publication Critical patent/RU2346070C2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium

Abstract

Изобретение может быть использовано для изготовления деталей аэрокосмической промышленности. Пригодный для термообработки α-β-титановый сплав, характеризующийся улучшенной ковкостью при высоких уровнях прочности по сравнению с имеющимися на рынке сплавами типа Ti-17, имеет следующий состав, мас.%: 3,2-4,2 Al, 1,7-2,3 Sn, 2-2,6 Zr, 2,9-3,5 Cr, 2,3-2,9 Мо, 2-2,6 V, 0,25-0,75 Fe, 0,01-0,8 Si, до 0,21 кислорода, Ti и случайные примеси - остальное. Сплав обладает ковкостью, характеризующейся относительным сужением более чем 20%, сопротивлением двойному сдвигу, равным 7733 кг/см2 (110 ksi), и прочностью на растяжение от 13709 кг/см2 (195 ksi) до 15115 кг/см2 (215 ksi). 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 табл.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к сплаву на основе α-β-титана, обладающему исключительным сочетанием прочности на растяжение, включая сопротивление сдвигу, и ковкости.
Уровень техники
С тех пор как в начале 1950-х годов началось серьезное производство титана, было разработано множество титановых сплавов. Усилия, направленные на разработку этих различных сплавов, имели разные цели в отношении получаемого в качестве конечного продукта сплава: некоторые сплавы разрабатывались с целью улучшения тепловых характеристик, некоторые для повышения стойкости к коррозии, а некоторые даже для улучшения способности к ковке и формовке. При этом, однако, чаще всего цель состояла просто в том, чтобы повысить прочность на растяжение. В данном случае под прочностью на растяжение подразумевается прочность на растяжение, «пригодная для эксплуатации», т.е. при приемлемом уровне ковкости. Поскольку же прочность и ковкость имеют обратную зависимость одна от другой, что типично практически для всех способных к закалке металлических систем, обычно для того, чтобы получить сплав, который был бы пригоден для применения в разных областях техники, приходится искать компромисс между прочностью и ковкостью.
Стандартная (одноосевая) способность к растяжению обычно описывается четырьмя свойствами, определяемыми в стандартном тесте на растяжение: предел текучести (YS), предел прочности на растяжение (UTS, обычно называемый просто прочностью на растяжение), % удлинения (%EI) и % уменьшения площади (%RA). Первые две величины обычно приводятся в единицах типа ksi (тысячи фунтов на квадратный дюйм, или в кг/см2), а последние две (обе являющиеся мерами ковкости) даются просто в процентах.
Еще одним часто упоминаемым связанным с растяжением свойством, особенно имеющим отношение к применению в области крепежных деталей, является сопротивление «двойному сдвигу», который также дается в единицах ksi (или кг/см2). Для этого свойства не определяется ни ковкость, ни предел текучести. Обычно сопротивление двойному сдвигу для титановых сплавов составляет приблизительно 60% от одноосевых пределов на растяжение, если при этом одноосевая ковкость остается достаточной.
При желании сравнивать связанные с растяжением свойства разных сплавов, подвергнутых термообработке в определенных пределах комбинаций прочности на растяжение/ковкости, следует вначале проанализировать данные с помощью регрессионного анализа. Отношение прочность/ковкость можно обычно описать прямой линией в координатах x,y, где ковкость (выраженная либо в %EI, либо в %RA) является зависимой переменной, а прочность (обычно UTS) является независимой переменной. Названная прямая может быть описана простым уравнением:
Уравнение 1: %RA=b-m(UTS), где m = угол наклона прямой, а b точка пересечения для нулевого значения прочности. [Примечание: при решении такого уравнения методом регрессионного анализа рассчитывается также параметр, носящий название «r в квадрате», который варьирует в пределах от нуля до единицы, где единица указывает на прекрасную аппроксимацию с уравнением для прямой линии, а нулевое значение указывает на отсутствие соответствия].
После составления такого уравнения оно может быть использовано, например, для сравнения рассчитанных значений ковкости при постоянном значении прочности даже в том случае, когда конкретные данные для этого значения прочности отсутствуют. Такая методология была использована в процессе всей разработки с целью классификации и сравнения сплавов.
Следует также отметить, что при реализации проекта разработки важно иметь в виду, что на отношения прочность на растяжение/ковкость существенно влияет степень горячей обработки, которой может быть подвергнут металл при его превращении из расплавленного слитка в выработанный прокат (типа бруса). Это обусловлено тем фактом, что в процессе превращения в прокат происходит совершенствование макроструктуры, и чем совершеннее становится макроструктура, тем лучше отношение прочность/ковкость. Таким образом, специалистам совершенно ясно, что отношения прочность на растяжение/ковкость в небольших лабораторных плавках значительно ниже этих отношений в полномасштабных производственных плавках из-за довольно ограниченной степени совершенствования макроструктуры, сообщаемого небольшим лабораторным плавкам по сравнению с полномасштабными производственными плавками. Из-за практической невозможности получать полномасштабные плавки и превращать их в прокат в целях сравнения способности к растяжению, было решено производить менее крупные плавки лабораторного масштаба, как экспериментальных составов сплавов, так и составов существующих промышленных сплавов, сравнивая затем результаты на равноценной основе. Ключевой задачей является выбор промышленного сплава с исключительными свойствами. При разработке программы, результатом которой стало настоящее изобретение, в качестве базового промышленного сплава был выбран промышленный сплав, обозначенный Ti-17 (Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo), с которым должны были сравниваться экспериментальные сплавы. Этот сплав был выбран благодаря его исключительному отношению прочность/ковкость, которые этот сплав демонстрировал в форме бруса.
Таблица 1
Данные по прочности на разрыв и сопротивлению сдвигу, полученные на промышленном высокопрочном титановом сплаве (Ti-17), переработанном в брус*
Химический состав сплава (% мас.) Выдержка (°С/час) Предел текучести (YS) (кг/см2) Прочность на растяжение (UTS) (кг/см2) %EI %RA Двойной сдвиг (кг/см2) Двойной сдвиг в % от UTS Средн. двойной сдвиг в % от UTS
Ti-17 (Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo) 595/8 12795 12865 12 44 8014 62  
  '' 12865 12935 14 39 8295 64  
  '' 13287 13357 11 36 7944 59  
  '' 13357 13498 13 41 7803 58  
  565/8 13850 14060 9 34 8085 58  
  '' 13919 14130 9 30 8155 58 59,8%
  '' 14412 14693 8 22 N/A N/A  
  '' 14412 14693 8 28 N/A N/A  
  510/12 14833 15185 9 25 N/A N/A  
  '' 14904 15255 9 29 N/A N/A  
* твердый раствор материала, подвергнутый термообработке в течение 10 мин при 795°С с последующим охлаждением воздухом с помощью вентилятора
Регрессионный анализ      
%RA=134,5-0,5080 (UTS) r2=0,79 %RA @ 195 UTS=35,4% RA @ 215 UTS=25,3
%EL=38,76-0,1427 (UTS) r2=0,69 %EL=@ 195 UTS=10,9% EL=@215 UTS=8,1
Таблица 1 представляет данные по характеристикам растяжения и двойного сдвига для продукта в форме бруса из Ti-17 с диаметром 0,95 см, изготовленного из полномасштабной промышленной плавки в объеме 4536 кг. Сочетания приведенных в таблице прочности на растяжение, сопротивления сдвигу и ковкости являются определенно исключительными для титанового сплава. Отметим также, что усредненные значения сопротивления двойному сдвигу очень близки к упомянутому выше значению UTS 60%.
Раскрытие изобретения
Конечная цель разработки сплава состояла в том, чтобы разработать пригодный для термообработки α-β-титановый сплав с улучшенной ковкостью при высоких значениях прочности, сопоставимый с пригодными для термообработки титановыми сплавами, которые в настоящее время имеются на рынке, например Ti-17. Цель можно было бы определить и так: разработать сплав, который бы обладал на 20% более высокой ковкостью при данном повышенном значении прочности, сопоставимым с прочностью Ti-17.
Титановый сплав с указанными выше характеристиками растяжения обладает высокой утилитарностью. Однако его утилитарность могла бы стать еще выше, если бы он обладал бы также минимальным сопротивлением двойному сдвигу, равным, по меньшей мере, 7733 кг/см2. Хорошо известно, что подвергнутый термообработке титан (в частности Ti-6Al-4V) используется для аэрокосмических крепежных деталей, подвергнутых термообработке до гарантированного (т.е. минимального) сопротивления сдвигу 6679 кг/см2. Следующим уровнем сопротивления сдвигу, практикуемым в аэрокосмической промышленности, является минимум 7733 кг/см2 - уровень, который не достигается ни для одного из имеющихся на рынке титановых сплавов, но достижим в случае различных стальных сплавов. Таким образом, для того, чтобы титан мог обеспечить 40%-ный номинальный выигрыш в весе при замене стали на титан в какой-либо высокопрочной аэрокосмической крепежной детали, титановый сплав должен обладать минимальным сопротивлением двойному сдвигу, равным 7733 кг/см2. Для того чтобы добиться этого, учитывая обычный при тестировании разброс, типичные значения должны составлять, по крайней мере, приблизительно 8225 кг/см2. При упомянутой выше корреляции, в соответствии с которой титановые сплавы обладают сопротивлением двойному сдвигу, которое обычно составляет 60% от сопротивления сдвигу, для того чтобы получить область сопротивлений двойному сдвигу вблизи, по меньшей мере, 8225 кг/см2 (для обеспечения минимума 7733 кг/см2), этого можно было бы ожидать при обеспечении сопротивления сдвигу, по меньшей мере, 13709 кг/см2 (т.е. в пределах от 13709 до примерно 15115 кг/см2) при «приемлемой ковкости». Таким образом, программа имеет и дополнительную цель: не только добиться указанных выше характеристик растяжения, но также и сопутствующих им значений сопротивления двойному сдвигу для обеспечения целевого сопротивления двойного сдвига с минимальным значением 7733 кг/см2.
Согласно изобретению предлагается сплав на основе α-β-титана, обладающий сочетанием высокой прочности и ковкости и характеризующийся, по меньшей мере, на 20% более высокой ковкостью при данном значении прочности, сопоставимой с прочностью описанного выше сплава Ti-17.
Более конкретно, сплав может обладать указанным выше сопротивлением двойному сдвигу, равным, по меньшей мере, 7733 кг/см2.
Сплав может, кроме того, обладать сопротивлением сдвигу, по меньшей мере, 13709 кг/см2. Более конкретно, прочность на растяжение может лежать в пределах от 13709 до 15115 кг/см2.
Сплав на основе α-β-титана согласно изобретению, содержит (в мас.%): 3,2-4,2 Al, 1,7-2,3 Sn, 2-2,6 Zr, 2,9-3,5 Cr, 2,3-2,9 Mo, 2-2,6 V, 0,25-0,75 Fe, 0,01-0,8 Si, до 0,21 кислорода и в качестве баланса Ti и случайные примеси.
Более конкретно, согласно изобретению сплав на основе α-β-титана может содержать (в мас.%): примерно 3,7 Al, примерно 2 Sn, примерно 2,3 Zr, примерно 3,2 Cr, примерно 2,6 Mo, примерно 2,3 V, примерно 0,5 Fe, примерно 0,06 Si, примерно до 0,18 кислорода и в качестве баланса Ti и случайные примеси.
Этот сплав может обладать прочностью на растяжение выше 14060 кг/см2, ковкостью выше 20% RA и сопротивлением двойному сдвигу выше 7733 кг/см2.
Осуществление изобретения
Титановые сплавы согласно изобретению получали из лабораторных слитков с номинальными массой 45,36 кг и диаметром 11,4 см путем плавления с помощью двойной дуги в вакууме. Все слитки были тем же способом превращены в изделия в форме бруса с целью сведения к минимуму разброса свойств, обусловленного разницей в макроструктуре и/или микроструктуре. Была использована следующая последовательность операций:
Штамповка в β-фазе при 975°С до размера 4,45 см2.
Определение температуры α/β-превращения.
Прокатка α-β-фазы при номинальной температуре на 20°С ниже минимальной температуры существования 100%-ной β-фазы для каждого сплава с образованием квадратного бруса размером 1,9 см.
Брус, подвергнутый термообработке при номинальной температуре, выбранной в пределах от 42 до 80°С ниже температуры α/β-превращения.
Выдержка при разных температурах с целью создания ряда уровней прочность/ковкость.
Для всего материала было установлено наличие собственной α-β-микроструктуры, состоящей по существу из равноосной первичной альфа в вызревшей β-матрице.
Таблица 2
Плавки первой итерации - Химический состав и температура α/β-превращения
Плавка № Al Sn Zr Cr Mo V Fe Si Кислород Температура α/β-превращения
V8226 5,05 1,93 2,09 4,04 4,00 0,00 0,22 0,014 0,110 870
V8227 4,99 2,09 1,96 4,34 4,33 1,56 0,59 0,027 0,120 835
V8228 3,79 1,90 2,32 3,30 2,61 2,43 0,48 0,032 0,164 835
V8229 4,00 1,84 2,16 1,89 3,69 1,42 1,14 0,024 0,116 870
V8230 3,85 1,93 2,17 2,50 3,96 1,50 1,20 0,025 0,181 870
V8231 3,75 1,96 1,98 1,56 3,98 2,92 1,28 0,037 0,173 835
* Химический состав в мас.%, температура α/β-превращения в °С
В таблице 2 приводится ряд составов, которые получали при первой итерации плавок лабораторных масштабов. Эталонным составом Ti-17 является плавка V8226. Отметим, что в эталонном сплаве Ti-17 отсутствует добавка ванадия, нет специально добавленного кремния (0,014% Si относится к обычному «остаточному» уровню для титановых сплавов, к которым кремний не добавляется) и уровень кислорода в пределах от 0,08 до 0,13, что соответствует обычным промышленным техническим условиям для Ti-17.
Остальные приведенные в таблице 2 составы представляют собой экспериментальные сплавы, которые отличаются от эталонного сплава Ti-17 добавками и модификациями. Одной из основных добавок является ванадий. Известно, что этот элемент характеризуется значительной растворимостью в α-фазе (более 1%), благодаря чему его добавляют для специфического упрочнения этой фазы в образующемся двухфазном α-β-сплаве. Эта добавка является значимой, поскольку другие β-стабилизаторы в сплаве Ti-17: Cr, Мо и Fe обладают весьма ограниченной растворимостью в α-фазе. К числу других добавок относятся железо и высокий уровень кислорода. В таблице 2 приведена также температура α/β-превращения для каждого состава.
Таблица 3
Результаты испытаний на растяжение первой итерации
Плавка Выдержка YS (кг/см2) UTS (кг/см2) %EI %RA
V8226 510/16 15044 15607 7 9
  '' 14904 15466 5 12
  540/12 14693 16661 6 13
  '' 14763 15396 5 12
  555/8 14271 14552 7 17
  '' 13919 14412 6 15
  595/8 13427 13849 10 29
  '' 13427 13849 9 25
V8227 510/16 15958 16450 4 9
  '' 16169 16802 5 15
  540/12 15607 15607 6 15
  '' 15818 16239 5 19
  555/8 15044 15536 8 15
  '' 14974 15466 6 12
  595/8 14412 14833 9 21
  '' 14130 14552 10 17
V8228 510/16 14482 15044 8 22
  '' 14552 14974 9 23
  540/12 13849 14412 10 26
  '' 13638 14130 14 39
  555/8 13357 13638 11 31
  '' 13287 13498 13 44
  595/8 12654 12795 13 40
  '' 12584 12584 13 39
V8229 510/16 14622 15747 6 12
  '' 14693 15325 7 11
  540/12 14412 14693 8 17
  '' 14060 14622 8 19
  555/8 13216 13919 7 19
  '' 13146 13990 11 26
  595/8 12373 13216 11 41
  '' 12513 13146 12 38
V8230 510/16 14904 15466 6 14
  '' 14904 15396 9 20
  540/12 14341 14833 11 26
  '' 13849 14622 9 16
  555/8 13919 14341 10 28
  '' 13709 14201 9 23
  595/8 12795 13427 10 25
  '' 13146 13638 12 38
V8231 510/16 14622 15466 6 18
  '' 14622 15466 8 15
  540/12 14060 14552 9 23
  '' 13990 14622 10 28
  555/8 13568 13709 10 22
  '' 13427 13990 11 33
  595/8 12935 13287 11 36
  '' 12935 13357 12 34
*Весь материал подвергнут термообработке при температуре на 45°С ниже температуры α/β-превращения, а все операции выдержки выражены в °С/час
Таблица 4
Регрессионный анализ данных на растяжение первой итерации
Плавка № Уравнение r2 Рассчитанное значение %EI при 15115 кг/см2 UTS Рассчитанное значение %EI при 13709 кг/см2 UTS
V8226
V8227		 %EI=26,0-0,0897 UTS
%EI=46,8-0,1802 UTS		 0,46
0,84		 6,7
8,1		 8,5
11,1
V8228 %EI=37,3-0,1313 UTS 0,60 9,1 11,7
V8229
V8230
V8231		 %EI=41,7-0,1635 UTS
%EI=31,7-0,1078 UTS
%EI=38,6-0,1425 UTS		 0,64
0,42
0,81		 6,5
8,5
8,0		 9,2
10,7
10,8
Плавка № Уравнение r2 Рассчитанное значение %EI при 15115 кг/см2 UTS Рассчитанное значение %EI при 13709 кг/см2 UTS
V8226
V8227		 %RA=101,0-0,3966 UTS
%RA=49,1-0,1513 UTS		 0,62
0,20		 15,7
16,5		 23,7
19,6
V8228 %RA=138,0-0,5315 UTS 0,66 23,7 34,6
V8229
V8230
V8231		 %RA=181,7-0,77089 UTS
%RA=125,1-0,4915 UTS
%RA=134,5-0,5325 UTS		 0,85
0,48
0,71		 13,5
19,4
20,0		 29,8
28,6
30,7
В таблице 3 приведены данные по одноосевому растяжению, полученные после первой итерации составов экспериментальных сплавов в таблице 2, которые были переработаны в брус и подвергнуты термообработке. В таблице 4 представлен регрессионный анализ данных таблицы 3.
Первым пунктом, который должен быть отмечен, является сопоставление приведенных в таблице 3 характеристик растяжения материала Ti-17 (плавка Ti-17 лабораторного масштаба) с характеристиками, приведенными в таблице 2 (плавка Ti-17 производственного масштаба). Отметим, что рассчитанные значения для %EI плавок лабораторного масштаба составляют 78 и 83% от значений полноразмерных плавок при 13709 и 15115 кг/см2 соответственно, а рассчитанные значения для %RA составляют 67 и 62% при соответствующих прочностях. Эти данные четко подтверждают значительное ухудшение плавок лабораторного масштаба по сравнению с полноразмерными плавками и усиливают необходимость сравнивать результаты для плавок сопоставимых масштабов.
Приведенные в таблице 4 результаты показывают, что плавка V8228 обеспечивает наилучшее сочетание ковкости и значений прочности от 13709 до 15115 кг/см2, намного более высокое, чем у эталонного сплава Ti-17. Действительно, по сравнению с эталонным сплавом Ti-17 значения %EI для плавки V8228 выше на 38 и 36%, а значения %RA выше на 46 и 51% при значениях прочности 13709 и 15115 кг/см2 соответственно намного выше намеченного улучшение на, по меньшей мере, 20%.
Дальнейшее изучение данных таблицы 4 показывает, что во всех за исключением двух случаях экспериментальные сплавы из таблицы 2 демонстрируют улучшенные свойства по сравнению с эталонным сплавом Ti-17. Не показали улучшения по сравнению с эталонным сплавом Ti-17 только рассчитанные %RA для плавки V8227 при 13709 кг/см2 и %EI для V8229 при 15115 кг/см2. Из этих результатов делаются следующие выводы:
Сплавы с добавками ванадия более эффективны по сравнению с теми же сплавами без ванадия. Эффективность добавки ванадия максимальна при его добавлении в количестве порядка 2,4%.
Сплавы с повышенным уровнем кислорода более эффективны по сравнению со сплавами с пониженным уровнем кислорода.
Добавление железа сверх примерно 0,5%, судя по всему, не дает преимуществ.
Пониженное содержание алюминия (ниже примерно 4%), по-видимому, благоприятно.
Все экспериментальные плавки имели несколько более высокое содержание кремния по сравнению с его содержанием в стандартном Ti-17 (предположительно по причине очень низкого содержания кремния в используемом в качестве компонента ванадиевом сплаве). Несколько более высокое содержание кремния не оказывало вредного действия.
Таблица 5
Плавки первой итерации - Химический состав и температура α/β-превращения
Плавка № Al Sn Zr Cr Mo V Fe Si Кислород Температура α/β-превращения
V8247 3,65 1,96 2,39 3,23 2,55 2,37 0,50 0,035 0,167 865
V8248 3,72 2,01 2,44 3,33 2,60 2,38 0,50 0,034 0,222 870
V8249 3,62 1,94 2,31 3,16 2,50 2,36 0,53 0,069 0,208 875
V8250 3,64 1,96 2,31 3,20 2,57 2,37 0,48 0,070 0,174 860
V8251 3,13 1,97 2,48 3,17 2,52 2,35 0,48 0,035 0,164 855
V8252 3,16 1,92 2,43 3,13 2,48 2,35 0,46 0,070 0,171 855
* Химический состав в мас.%, температура α/β-превращения в °С
Учитывая прекрасные характеристики, полученные для плавок первой итерации, было решено, что химический состав наилучшего сплава, а именно V8228, мог бы быть еще улучшен путем выполнения дополнительной итерации. В таблице 5 приведены плавки этой второй итерации. Первая плавка V8247 является в основном повторением плавки Н8228. Это дает меру воспроизводимости результатов. Остальные плавки второй итерации вносят следующие изменения в состав V8228/V8247:
В плавке V8248 определяется до 0,222 мас.% кислорода - больше, чем в любой из плавок первой итерации.
В плавке V8249 определяется более высокий уровень кислорода (0,208%) в сочетании с более высоким уровнем кремния - вдвое выше, чем в V8247.
В плавке V8250 определяется только более высокий уровень кремния, т.е. без повышения уровня кислорода.
В плавках V8251 и V8252 определяются более высокие уровни алюминия (приблизительно на 0,5% ниже, чем в V8547), в первом случае (V8251) при том же уровне кремния и во втором случае (V8252) при более высоком уровне кремния.
Таблица 6
Результаты испытаний на растяжение первой итерации
Плавка Выдержка YS (кг/см2) UTS (кг/см2) %EI %RA
V8247 525/8 12724 13498 14 33
  '' 13006 13779 12 28
  560/8 12232 12795 16 39
  '' 12162 12795 16 41
  605/8 11318 11881 17 47
  '' 11318 11881 19 43
  625/8 10686 11389 18 50
  '' 10756 11389 19 44
V8248 525/8 13287 13990 10 22
  '' 13287 14060 12 30
  560/8 12584 13216 13 38
  '' 12513 13146 12 43
  605/8 11740 12303 15 40
  '' 11600 12162 14 38
  625/8 10897 11459 16 43
  '' 10897 11459 16 44
V8249 525/8 13779 14482 9 20
  '' 14201 14833 8 23
  560/8 13076 13709 12 34
  '' 13076 13709 10 20
  605/8 12373 12513 14 36
  '' 12232 12795 12 27
  625/8 11318 11951 15 31
  '' 11389 12584 15 33
V8250 525/8 13076 13849 11 33
  '' 13006 13779 13 36
  560/8 12654 13287 13 31
  '' 12513 13146 14 37
  605/8 11529 12021 15 38
  '' 11600 12162 15 37
  625/8 10897 11459 16 40
  '' 10897 11529 15 33
V8251 525/8 12021 12865 13 28
  '' 12162 12935 14 33
  560/8 11951 12584 14 37
  '' 12162 12795 13 32
  605/8 11107 11670 17 46
  '' 11107 11740 14 41
  625/8 10475 11107 18 47
  '' 10475 11107 18 43
V8252 525/8 12303 13076 13 32
  '' 12373 13357 10 27
  560/8 11810 12373 13 36
  '' 11560 12232 13 35
  605/8 10967 11560 16 42
  '' 10686 11248 17 39
  625/8 10334 10967 16 39
  '' 10334 11037 18 40
*Весь материал был подвергнут термообработке при температуре на 45°С ниже температуры α/β-превращения, а все операции выдержки выражены в °С/час
Таблица 7
Регрессионный анализ данных на растяжение второй итерации
Плавка № Уравнение r2 Рассчитанное значение %EI при 15115 кг/см2 UTS Рассчитанное значение %EI при 13709 кг/см2 UTS
V8247 %EI=46,7-0,1719 UTS 0,88 9,7 13,2
V8248 %EI=38,2-0,1364 UTS 0,88 8,9 11,6
V8249 %EI=43,1-0,1659 UTS 0,94 7,4 10,7
V8250 %EI=35,2-0,1170 UTS 0,89 10,0 12,4
V8251 %EI=45,3-0,1755 UTS 0,81 7,6 11,1
V8252 %EI=47,0-0,1906 UTS 0,87 6,0 9,8
Плавка № Уравнение r2 Рассчитанное значение %EI при 15115 кг/см2 UTS Рассчитанное значение %EI при 13709 кг/см2 UTS
V8247 %RA=130,2-0,5047 UTS 0,87 21,1 31,3
V8248 %RA=111,2-0,4084 UTS 0,62 23,4 31,5
V8249 %RA=83,85-0,2952 UTS 0,68 20,4 26,3
V8250 %RA=53,5-0,0993 UTS 0,21 32,1 34,1
V8251 %RA=13639-0..5726 UTS 0,84 13,8 25,2
V8252 %RA=93,7-0..3370 UTS 0,81 21,2 28,0
Плавки лабораторного масштаба второй итерации были обработаны, как было описано для плавок первой итерации. Были проведены также и тесты на растяжение, а результаты суммированы в таблице 6. Эти данные были проанализированы методом регрессионного анализа, а результаты приведены в таблице 7.
Из таблицы 7 могут быть сделаны несколько выводов. Во-первых, корреляция между плавкой V8228 первой итерации и ее аналогом V8247 вполне удовлетворительна. Во-вторых, очевидно также, что сплав может выдерживать кислород до приблизительно 0,22% при низком уровне кремния, но наблюдается небольшое ухудшение свойств при более высоком уровне кремния в сочетании с более высоким уровнем кислорода. Повышенный уровень кремния, по-видимому, не приводит к значительному ухудшению свойств, если уровень кислорода находится в промежуточной области вблизи примерно 0,17%. Наконец, пониженные уровни алюминия (ниже примерно 3,2%) являются, по-видимому, причиной более низкого качества по сравнению с более высокими уровнями, что дает основание полагать, что алюминий следует поддерживать на уровне приблизительно 3,2%. Во всех плавках промежуточный уровень алюминия составляет 3,6-3,7% и во всех плавках уровни кремния либо низкие в сочетании с наивысшими уровнями кислорода, либо высокие или низкие в сочетании с промежуточными уровнями кислорода.
Таблица 8
Данные по растяжению и двойному сдвигу для выбранных плавок
Плавка № Растворная обработка, °С Выдержка °С/час YS (кг/см2) UTS (кг/см2) %EI %RA Двойной сдвиг (кг/см2) Двойной сдвиг в % от UTS Средний двойной сдвиг в % от UTS
V8226 β-43°С 523/12 13076 14974 5 12 7451 49,8%  
'' '' '' 13568 14201 9 17 7522 530%  
'' '' 565/18 13216 13779 10 24 7451 54,1% 53,4%
'' '' 565/8 12795 13287 12 33 7522 56,6%  
V8228 β-38°С   13849 14552 9 19 7873 54,1%  
'' '' 193 14271 633 21 ''   54,7%  
'' '' 551/8 13287 13919 13 38 7592 54,5% 55,0%
'' '' '' 13287 13919 9 35 7874 56,6%  
V8247 β-54°С 523/12 13427 14201 12 31 7733 54,5%  
'' '' '' неуд. тест     ''      
'' '' 551/12 13287 13919 13 38 '' 56,1% 55,6%
'' '' '' 13287 13919 9 35 '' 56,1%  
V8250 β-71°С 496/12 13427 14341 11 29 7944 55,4%  
'' '' '' 13427 14341 12 32 8155 56,9%  
'' '' 523/12 13146 13919 12 38 7873 56,6% 55,9%
'' '' '' 13216 13990 11 37 7663 54,8%  
  β-49°С 523/12 14271 14974 8 16 7873 52,6%  
'' '' '' 13498 14341 10 29 7944 55,4%  
'' '' 551/8 12724 13427 12 42 7663 57,1% 55,2%
'' '' '' 12865 13498 13 40 7522 55,7%  
Общее среднее: 55,0%
Для заключительного определения возможностей в отношении свойств полученных сплавов для тестирования на двойной сдвиг были выбраны четыре химических состава: плавка V8226 - эталонный сплав Ti-17; плавка V8228 - наилучшая из плавок первой итерации; плавка V8247 - аналог плавки V8228; и плавка V8250. Брусы из каждой плавки подвергали термообработке на несколько градусов ниже соответствующих значений температуры α/β-превращения, после чего охлаждали воздухом от вентилятора и после этого выдерживали в различных условиях с целью достижения уровней прочности в заданном интервале от 13709 до 15115 кг/см2. Эти брусы затем тестировали как на стандартные характеристики одноосевого напряжения, так и на двойной сдвиг. Результаты приведены в таблице 8.
Из приведенных в таблице 8 данных может быть сделано несколько выводов. Во-первых, значения сопротивления двойному сдвигу плавок лабораторных размеров были близки к 55% от соответствующих значений UTS, причем эталонная плавка Ti-17 (V8226) обладает наиболее низким средним значением при 53,4%. Поскольку брус из промышленной плавки Ti-17 обладает средним значением сопротивления двойному сдвигу, равным 59,8% UTS, имеет место снижение на 6,4%, т.е. несколько более 10 относительных %, что связано с разницей между лабораторной и промышленной плавками. Как отмечалось выше в отношении ковкости, это не является неожиданным, если учесть отсутствие улучшения макроструктуры при небольших лабораторных плавках. Однако это показывает, что от составов лабораторных размеров можно было бы ожидать номинально на 10% более высоких значений, если бы они были приготовлены из более крупных промышленных плавок. Такое повышение могло бы привести приведенные в таблице 8 данные для лабораторных плавок в область значений сопротивления двойному сдвигу от 8225 до 9069 кг/см2, которые были бы достаточны для удовлетворения минимальной поставленной цели - 7733 кг/см2.

Claims (6)

1. Сплав на основе α-β-титана, содержащий, мас.%: 3,2-4,2 Al, 1,7-2,3 Sn, 2,0-2,6 Zr, 2,9-3,5 Cr, 2,3-2,9 Mo, 2-2,6 V, 0,25-0,75 Fe, 0,01-0,8 Si, до 0,21 кислорода, Ti и случайные примеси - остальное.
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что обладает ковкостью, характеризующейся относительным сужением более чем 20%.
3. Сплав по п.2, обладающий сопротивлением двойному сдвигу, равным 7733 кг/см2 (110 ksi).
4. Сплав по п.2, обладающий прочностью на растяжение от 13709 кг/см2 (195 ksi) до 15115 кг/см2 (215 ksi).
5. Сплав на основе α-β-титана, содержащий, мас.%: примерно 3,7 Al, примерно 2,0 Sn, примерно 2,3 Zr, примерно 3,2 Cr, примерно 2,6 Mo, примерно 2,3 V, примерно 0,5 Fe, примерно 0,06 Si, примерно до 0,18 кислорода, Ti и случайные примеси - остальное.
6. Сплав по п.5, обладающий прочностью на растяжение 14060 кг/см2 (200 ksi) и ковкостью, характеризующейся относительным сужением более чем 20%, и сопротивлением двойному сдвигу выше 7733 кг/см2 (110 ksi).
RU2005140084/02A 2003-05-22 2004-04-27 Высокопрочный титановый сплав RU2346070C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/443,047 US7008489B2 (en) 2003-05-22 2003-05-22 High strength titanium alloy
US10/443,047 2003-05-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005140084A RU2005140084A (ru) 2006-05-10
RU2346070C2 true RU2346070C2 (ru) 2009-02-10

Family

ID=33450332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005140084/02A RU2346070C2 (ru) 2003-05-22 2004-04-27 Высокопрочный титановый сплав

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7008489B2 (ru)
EP (1) EP1627089B1 (ru)
JP (1) JP5006043B2 (ru)
RU (1) RU2346070C2 (ru)
WO (1) WO2004106569A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2772375C2 (ru) * 2018-04-04 2022-05-19 ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи Высокотемпературные титановые сплавы

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012146650A1 (en) 2011-04-29 2012-11-01 Aktiebolaget Skf Alloy for a Bearing Component
US20110268602A1 (en) 2010-04-30 2011-11-03 Questek Innovations Llc Titanium alloys
US11780003B2 (en) 2010-04-30 2023-10-10 Questek Innovations Llc Titanium alloys
US9631261B2 (en) 2010-08-05 2017-04-25 Titanium Metals Corporation Low-cost alpha-beta titanium alloy with good ballistic and mechanical properties
RU2463365C2 (ru) * 2010-09-27 2012-10-10 Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКА ПСЕВДО β-ТИТАНОВОГО СПЛАВА, СОДЕРЖАЩЕГО (4,0-6,0)% Аl, (4,5-6,0)% Мo, (4,5-6,0)% V, (2,0-3,6)% Cr, (0,2-0,5)% Fe, (0,1-2,0)% Zr
US9732408B2 (en) 2011-04-29 2017-08-15 Aktiebolaget Skf Heat-treatment of an alloy for a bearing component
CN102212716B (zh) * 2011-05-06 2013-03-27 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种低成本的α+β型钛合金
JP5796810B2 (ja) * 2012-06-18 2015-10-21 株式会社神戸製鋼所 高強度かつ冷間圧延性に優れたチタン合金材
CN103243235B (zh) * 2013-05-22 2015-05-13 哈尔滨工业大学 一种高强度钛合金
CN105088013B (zh) * 2015-09-14 2017-08-04 沈阳泰恒通用技术有限公司 一种制作机车制动盘螺栓的钛合金材料及其加工工艺
CN106521236B (zh) * 2016-10-25 2018-08-24 南京工业大学 一种含Fe的低成本近β型高强钛合金及其制备方法
US10913991B2 (en) * 2018-04-04 2021-02-09 Ati Properties Llc High temperature titanium alloys
US11001909B2 (en) 2018-05-07 2021-05-11 Ati Properties Llc High strength titanium alloys
US11268179B2 (en) 2018-08-28 2022-03-08 Ati Properties Llc Creep resistant titanium alloys
CN112442613A (zh) * 2020-11-09 2021-03-05 中国石油天然气集团有限公司 一种105ksi钛合金石油钻杆用管材及制造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4738822A (en) * 1986-10-31 1988-04-19 Titanium Metals Corporation Of America (Timet) Titanium alloy for elevated temperature applications
FR2614040B1 (fr) * 1987-04-16 1989-06-30 Cezus Co Europ Zirconium Procede de fabrication d'une piece en alliage de titane et piece obtenue
US4980127A (en) * 1989-05-01 1990-12-25 Titanium Metals Corporation Of America (Timet) Oxidation resistant titanium-base alloy
FR2676460B1 (fr) * 1991-05-14 1993-07-23 Cezus Co Europ Zirconium Procede de fabrication d'une piece en alliage de titane comprenant un corroyage a chaud modifie et piece obtenue.
US5219521A (en) * 1991-07-29 1993-06-15 Titanium Metals Corporation Alpha-beta titanium-base alloy and method for processing thereof
US5160554A (en) * 1991-08-27 1992-11-03 Titanium Metals Corporation Alpha-beta titanium-base alloy and fastener made therefrom
US5399212A (en) * 1992-04-23 1995-03-21 Aluminum Company Of America High strength titanium-aluminum alloy having improved fatigue crack growth resistance
EP0969109B1 (en) * 1998-05-26 2006-10-11 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Titanium alloy and process for production
JP4715048B2 (ja) * 2001-07-02 2011-07-06 Ｊｆｅスチール株式会社 チタン合金ファスナー材及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MARGARET M. MCLELLAN. Aerospace Structural Metals Handbook. Titanium Alloys, April 2003, Code 3724, Page 1-3. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2772375C2 (ru) * 2018-04-04 2022-05-19 ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи Высокотемпературные титановые сплавы

Also Published As

Publication number Publication date
US7008489B2 (en) 2006-03-07
RU2005140084A (ru) 2006-05-10
EP1627089A1 (en) 2006-02-22
US20040231756A1 (en) 2004-11-25
JP5006043B2 (ja) 2012-08-22
WO2004106569A1 (en) 2004-12-09
JP2007501901A (ja) 2007-02-01
EP1627089B1 (en) 2011-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2346070C2 (ru) Высокопрочный титановый сплав
AU2003222645B2 (en) Alpha-beta Ti-A1-V-Mo-Fe alloy
JP4861651B2 (ja) 進歩したガスタービンエンジン用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ合金
JP2606023B2 (ja) 高強度高靭性α＋β型チタン合金の製造方法
US4295769A (en) Copper and nitrogen containing austenitic stainless steel and fastener
RU2150528C1 (ru) Сплав на основе титана
US2850380A (en) Stainless steel
US11920231B2 (en) Creep resistant titanium alloys
US11708630B2 (en) Titanium alloy with moderate strength and high ductility
JPH09165655A (ja) 高温機器用オーステナイトステンレス鋼およびその製造方法
KR20030095984A (ko) 황산과 습식 공정 인산에 대해 내성이 있는Ｎｉ-Ｃｒ-Ｍｏ-Ｃｕ합금
US4194909A (en) Forgeable nickel-base super alloy
US3482968A (en) Titanium base alloys of high strength at atmospheric and elevated temperatures
US20080199350A1 (en) Metastable beta-titanium alloy
US2864697A (en) Titanium-vanadium-aluminum alloys
US3540946A (en) Titanium-base alloys
US3061427A (en) Alloy of titanium
US3340051A (en) Titanium-base alloys
US10982304B2 (en) Heat-resistant alloy for hearth metal member
US1716943A (en) Aluminum-beryllium alloy and method of treatment
US2003297A (en) Aluminum alloy
JP2936754B2 (ja) 冷間鍛造性に優れたＴｉ合金
JPH01111834A (ja) 冷間加工用低強度・高延性Ｔｉ合金
US2829974A (en) Titanium-base alloys
US3364082A (en) Copper-nickel-vanadium alloy