RU2396366C1 - Жаропрочный титановый сплав - Google Patents
Жаропрочный титановый сплав Download PDFInfo
- Publication number
- RU2396366C1 RU2396366C1 RU2009107424/02A RU2009107424A RU2396366C1 RU 2396366 C1 RU2396366 C1 RU 2396366C1 RU 2009107424/02 A RU2009107424/02 A RU 2009107424/02A RU 2009107424 A RU2009107424 A RU 2009107424A RU 2396366 C1 RU2396366 C1 RU 2396366C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- titanium
- tungsten
- heat
- temperature
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии титановых сплавов и может быть использовано для деталей и узлов ракетных и авиационных двигателей, работающих под высокими нагрузками при температурах до 750-800°С. Заявлен жаропрочный титановый сплав. Сплав содержит, мас.%: алюминий 5,0-7,5, цирконий 3,0-5,0, вольфрам 5,0-7,5, гафний 0,005-0,2, титан - остальное. Содержание алюминия Al и вольфрама W удовлетворяет неравенству, мас.%: [W-Al]≤0,5. Сплав получен в вакуумно-дуговой печи методом двойного переплава. Сплав характеризуется высокой жаропрочностью и жаростойкостью. Изделия, выполненные из заявленного сплава, работают до температуры 750°С при длительном нагружении и до 800°С°С при кратковременном нагружении. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии титановых сплавов и может быть использовано для деталей и узлов ракетных и авиационных двигателей, работающих под высокими нагрузками при температурах до 750-800°C.
При изготовлении указанных конструкций необходимо учитывать следующие требования:
- сплав, из которого изготавливается конструкция, должен обладать достаточно стабильным фазовым составом, чтобы избежать охрупчивания в процессе длительного нагружения и обеспечить высокую прочность и сопротивление ползучести при повышенных температурах;
- сплав должен обладать достаточной жаростойкостью при повышенных температурах.
Известен титановый сплав (патент РФ №533050 от 14.08.75, МПК: C22C 14/00). Его химический состав, мас.%:
Алюминий | 6,0-7,0 |
Молибден | 3,5-4,5 |
Цирконий | 3,0-4,5 |
Олово | 1,0-2,5 |
Вольфрам | 0,5-1,5 |
Кремний | 0,1-0,3 |
Титан | остальное |
Недостатком этого сплава является недостаточно высокая жаропрочность для деталей и узлов двигателей (он может применяться до температур 500-550°C) и низкая жаростойкость (сплав интенсивно окисляется, начиная с температуры 450°C).
Известен титановый сплав ВТ18У (Б.А.Калачев, В.И.Елагин, В.А.Ливанов Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. - М.: МИСиС, 2005 г., с.217), достаточно широко применяемый в авиационной промышленности для лопаток, дисков компрессоров двигательных установок, имеющий следующий химический состав, мас.%:
Алюминий | 6,2-7,3 |
Молибден | 0,4-1,0 |
Цирконий | 3,5-4,5 |
Ниобий | 0,5-1,0 |
Кремний | 0,05-0,2 |
Олово | 2,0-3,0 |
Титан | остальное |
Деформируемый жаропрочный титановый сплав является сплавом на основе α-фазы (псевдо-α-сплавом). Сплав выплавляется в вакуумной дуговой печи методом двойного переплава. Сплав работоспособен до температуры 650°C при длительной эксплуатации. Существенным недостатком сплава из-за высокого содержания алюминия является его термическая нестабильность в процессе выдержки при рабочей температуре, что приводит к снижению пластических свойств металла, более низкая технологическая пластичность при горячей деформации, особенно в литом состоянии, по сравнению с другими титановыми сплавами и низкая жаростойкость: сплав начинает интенсивно окисляться при нагреве выше 500°C.
Известен титановый сплав, принятый за прототип (патент РФ №1804139 от 17.04.91, МПК: С22С 14/00), содержащий, мас.%:
Алюминий | 5,5-6,5 |
Цирконий | 19,5-22,5 |
Молибден | 3,0-4,5 |
Празеодим | 0,01-0,02 |
Гафний | 0,005-0,3 |
Олово | 0,2-3,5 |
Вольфрам | 0,5-1,5 |
Титан | остальное |
Заявленный сплав имеет высокий уровень прочности и пластичности при комнатной температуре. Известный титановый сплав получен литейным способом и предназначен для изготовления фасонного литья, поскольку преимущество титановых сплавов как конструкционных материалов в наибольшей степени реализуется при высоком уровне прочности. Сплав выплавляется в вакуумно-дуговой гарниссажной печи. Хотя сплав содержит вольфрам и гафний, но имеет низкую жаропрочность, склонен к охрупчиванию при длительных нагревах из-за высокого содержания циркония.
Задачей предлагаемого изобретения является создание технологичного высокожаропрочного и жаростойкого титанового сплава, работоспособного до температуры 750°C при длительном нагружении и до 800°C при кратковременном нагружении.
Технический результат заключается в обеспечение надежности работы титановых деталей изделий при температурах до 800°C, в улучшении весовых характеристик узлов изделий, работающих при температурах 750-800°C, в 1,5-2 раза за счет замены аналогичных высоконагруженных деталей из жаропрочных никелевых сплавов титановыми.
Поставленная задача достигается тем, что жаропрочный титановый сплав, содержащий алюминий, цирконий, вольфрам, гафний, титан, получен в вакуумно-дуговой печи, при этом для обеспечения сбалансированности химического и фазового составов предлагаемого сплава содержание алюминия Al и вольфрама W должно удовлетворять следующему неравенству: |% W-% Al|≤0,5%. Наилучшие результаты жаропрочного титанового сплава достигаются при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминий | 5,0-7,5 |
Цирконий | 3,0-5,0 |
Вольфрам | 5,0-7,5 |
Гафний | 0,005-0,2 |
Титан | остальное |
Жаропрочный титановый сплав получен методом двойного переплава.
Сплав выплавлялся методом двойного переплава в вакуумно-дуговой печи. Для экспериментальной проверки заявляемого состава были выплавлены несколько композиций сплава в виде слитков, из которых были изготовлены кованые прутки d=16 мм, отожженные затем при температуре 800°C в течение одного часа с последующим охлаждением на воздухе.
Из прутков были изготовлены образцы для механических испытаний при нормальных и повышенных температурах, а также образцы для оценки жаростойкости, которая определялась с помощью дериватографа по максимальной температуре, до которой не наблюдалось окисление металла (по привесу).
В таблице представлены результаты проведенных испытаний на растяжение, ударный изгиб, длительную прочность, ползучесть и жаростойкость разработанной композиции сплава. Для сравнения приведены данные для прототипа, аналога титанового сплава ВТ18У и композиций с уровнем легирования ниже и выше, чем для разработанного сплава.
Из таблицы следует, что сплав предлагаемого состава (4-8) заметно превосходит известные титановые сплавы по уровню прочности и жаропрочных характеристик при температурах 750-800°C, а также по стойкости против окисления: максимальная температура нагрева без окисления >800°C против 500°C. Одновременно сплав обеспечивает достаточно высокий уровень пластических и вязких свойств, что обусловливает его надежную работу в высоконагруженных конструкциях. Сплав, соответствующий составу п.9, обладает низкими пластическими свойствами.
Использование заявленного технического решения позволит:
- улучшить весовые характеристики узлов изделий, работающих при температурах 750-800°C, в 1,5-2 раза за счет замены высоконагруженных деталей из жаропрочных никелевых сплавов;
- обеспечить надежность работы титановых деталей изделий при температурах до 800°C за счет исключения процесса проникающего окисления металла.
Результаты проведенных испытаний сплавов | |||||||||||||
№ п/п | Композиция сплава | Температура испытания, °C | Макс. т-ра нагрева без окисления, °C | ||||||||||
20 | 750 | 800 | |||||||||||
σ0,2, МПа | σB, МПа | δ, % | ψ, % | KCU, Дж/см2 | σB, МПа | σ100, МПа | σ100, ε<1% МПа | σB, МПа | σ2, МПа | σ2, ε<1% МПа | |||
1 | ВТ18У | 932-1128 | 981-1177 | 8-11 | 25-45 | 20-40 | (700) 373 | (650) 186 | (650) 98 | 137 | - | - | 500 |
2 | прототип | 1110-1135 | 1205-1220 | 5,9-6,0 | - | 23-24 | - | - | - | - | - | - | - |
3 | Ti-4,7 Al-2,5 Zr-4,8 W-0,004 Hf | 1009 | 1068 | 16 | 39 | 30 | 440 | 189 | 124 | 245 | 141 | 108 | 780 |
4 | Ti-5,1 Al-3,2 Zr-5,3 W-0,008 Hf | 1078 | 1128 | 16 | 36 | 31 | 481 | 206 | 147 | 343 | 176 | 137 | 800 |
5 | Ti-5,4 Al-3,5 Zr-5,6 W-0,1 Hf | 1099 | 1164 | 15 | 36 | 30 | 500 | 218 | 148 | 356 | 176 | 139 | 816 |
6 | Ti-6,0 Al-4,5 Zr-6,0 W-0,12 Hf | 1147 | 1226 | 13 | 31 | 30 | 517 | 228 | 166 | 370 | 194 | 155 | 830 |
7 | Ti-6,7 Al-5,0 Zr-7,0 W-0,15 Hf | 1164 | 1280 | 8 | 20 | 27 | 544 | 239 | 172 | 390 | 204 | 168 | 846 |
8 | Ti-7,2 Al-5,0 Zr-7,3 W-0,19 Hf | 1226 | 1324 | 6 | 11 | 25 | 569 | 248 | 177 | 412 | 216 | 187 | 861 |
9 | Ti-7,7 Al-5,5 Zr-7,8 W-0,24 Hf | 1324 | 1373 | 4 | 7 | 20 | 611 | 238 | 189 | 441 | 234 | 206 | 890 |
Claims (2)
1. Жаропрочный титановый сплав, полученный в вакуумно-дуговой печи и содержащий алюминий, цирконий, вольфрам, гафний и титан, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Алюминий 5,0-7,5;
Цирконий 3,0-5,0;
Вольфрам 5,0-7,5:
Гафний 0,005-0,2;
Титан остальное,
при этом содержание алюминия Al и вольфрама W удовлетворяет неравенству, мас.%: [W-Al]≤0,5.
при этом содержание алюминия Al и вольфрама W удовлетворяет неравенству, мас.%: [W-Al]≤0,5.
2. Жаропрочный титановый сплав по п.1, отличающийся тем, что получен методом двойного переплава.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009107424/02A RU2396366C1 (ru) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | Жаропрочный титановый сплав |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009107424/02A RU2396366C1 (ru) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | Жаропрочный титановый сплав |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2396366C1 true RU2396366C1 (ru) | 2010-08-10 |
Family
ID=42699044
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009107424/02A RU2396366C1 (ru) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | Жаропрочный титановый сплав |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2396366C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
RU2471879C1 (ru) * | 2011-12-14 | 2013-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "КОММЕТПРОМ" (ООО "КОММЕТПРОМ" "COMMETPROM") | Жаропрочный и жаростойкий титановый сплав |
RU2471880C1 (ru) * | 2011-12-14 | 2013-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "КОММЕТПРОМ" (ООО "КОММЕТПРОМ" "COMMETPROM") | Жаропрочный и жаростойкий титановый сплав |
-
2009
- 2009-03-02 RU RU2009107424/02A patent/RU2396366C1/ru active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
US9234261B2 (en) | 2010-09-27 | 2016-01-12 | Public Stock Company, “VSMPO-AVISMA Corporation ” | Method for the melting of near-beta titanium alloy consisting of (4.0-6.0) wt % Al-(4.5-6.0) wt % Mo-(4.5-6.0) wt % V-(2.0-3.6) wt % Cr-(0.2-0.5) wt % Fe-(0.1-2.0) wt % Zr |
RU2471879C1 (ru) * | 2011-12-14 | 2013-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "КОММЕТПРОМ" (ООО "КОММЕТПРОМ" "COMMETPROM") | Жаропрочный и жаростойкий титановый сплав |
RU2471880C1 (ru) * | 2011-12-14 | 2013-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "КОММЕТПРОМ" (ООО "КОММЕТПРОМ" "COMMETPROM") | Жаропрочный и жаростойкий титановый сплав |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6430103B2 (ja) | 高温において良好な耐酸化性と高い強度を有するチタン合金 | |
US11078563B2 (en) | TiAl alloy and method of manufacturing the same | |
JPH10195563A (ja) | 耐熱性に優れたTi合金およびその処理方法 | |
CA2901259A1 (en) | Nickel-cobalt alloy | |
US9994934B2 (en) | Creep-resistant TiA1 alloy | |
RU2657892C2 (ru) | Высокопрочный титановый сплав с альфа-бета-структурой | |
US4738822A (en) | Titanium alloy for elevated temperature applications | |
CN112899526B (zh) | 航空发动机风扇叶片用的α+β型两相钛合金及制备方法 | |
ES2948640T3 (es) | Aleaciones de titanio resistentes a la fluencia | |
EP1201777B1 (en) | Superalloy optimized for high-temperature performance in high-pressure turbine disks | |
RU2396366C1 (ru) | Жаропрочный титановый сплав | |
CN106498237B (zh) | 一种镍铬钼钨铌铝钛系高温合金材料、制备方法及应用 | |
JPH0457734B2 (ru) | ||
JP5747410B2 (ja) | 耐熱チタン合金 | |
RU2471879C1 (ru) | Жаропрочный и жаростойкий титановый сплав | |
RU2592657C2 (ru) | Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
RU2614356C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
RU2690768C1 (ru) | Сплав на основе титана и прутковая заготовка из сплава на основе титана | |
JP7188577B2 (ja) | TiAl合金の製造方法及びTiAl合金 | |
RU2471880C1 (ru) | Жаропрочный и жаростойкий титановый сплав | |
RU2627304C1 (ru) | Интерметаллидный сплав на основе титана и изделие из него | |
RU2777775C1 (ru) | ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ γ-TiAl ФАЗЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ЛОПАТКИ ИЗ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ γ-TiAl ФАЗЫ | |
CN112322936B (zh) | 一种抗氧化高温钛合金及其制备方法 | |
CN115261671B (zh) | 一种热强性高温钛合金及其热加工方法 | |
Kim | Role of niobium in the progress of gamma alloy development |