RU2507289C1 - Titanium-based alloy and item made from it - Google Patents
Titanium-based alloy and item made from it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507289C1 RU2507289C1 RU2013113906/02A RU2013113906A RU2507289C1 RU 2507289 C1 RU2507289 C1 RU 2507289C1 RU 2013113906/02 A RU2013113906/02 A RU 2013113906/02A RU 2013113906 A RU2013113906 A RU 2013113906A RU 2507289 C1 RU2507289 C1 RU 2507289C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- titanium
- strength
- temperatures
- rest
- Prior art date
Links
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано для высоконагруженных деталей и узлов, работающих при температурах до 550°C длительно и при 600°C кратковременно, например, для корпусов и деталей компрессора, таких как проставки и лопатки газотурбинных двигателей (ГТД), а также других деталей авиакосмической техники и машиностроения.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the production of titanium alloys, and can be used for highly loaded parts and assemblies operating at temperatures up to 550 ° C for a long time and at 600 ° C for a short time, for example, for compressor housings and parts, such as spacers and blades of gas turbine engines (GTE), as well as other parts of aerospace engineering and mechanical engineering.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:Known alloy based on titanium having the following chemical composition, wt.%:
(Патент США №4770726).(U.S. Patent No. 4,770,726).
Из известного сплава на основе титана изготавливают диски и лопатки компрессора высокого давления ГТД.The disks and blades of a high-pressure gas turbine compressor are made from a well-known titanium-based alloy.
Недостатком сплава и изделий, выполненных из него, является относительно низкая прочность полуфабрикатов и деталей в отожженном состоянии. Поэтому указанный сплав применяется преимущественно после упрочняющей термической обработки (закалка в масло и последующее старение).The disadvantage of alloy and products made from it is the relatively low strength of the semi-finished products and parts in the annealed condition. Therefore, this alloy is used mainly after hardening heat treatment (quenching in oil and subsequent aging).
Сплав в термоупрочненном состоянии обладает пониженными характеристиками пластичности (δ≥6%; ψ≥15%) и высокой чувствительностью к концентраторам напряжений, а также узким температурным интервалом интенсивной горячей деформации, который составляет величину около 50°C.The alloy in a heat-strengthened state has reduced ductility characteristics (δ≥6%; ψ≥15%) and high sensitivity to stress concentrators, as well as a narrow temperature range of intense hot deformation, which is about 50 ° C.
Изделия, выполненные из этого сплава, требуют высокого качества поверхности после механической обработки, обладают высокой стоимостью и поэтому имеют ограниченное применение.Products made from this alloy require high surface quality after machining, have a high cost and therefore have limited use.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:Known alloy based on titanium having the following chemical composition, wt.%:
(Патент ЕР №0269196). (EP patent No. 0269196).
Из известного сплава изготавливают диски компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.Disks of a high-pressure compressor of gas turbine engines are made from a known alloy.
Недостатками известного сплава является низкий уровень прочностных характеристик при температурах до 550°C, повышенная чувствительность сплава к примеси железа, что ограничивает применение сплава. Сплав и изделия, выполненные из него, обладают низкими усталостными характеристиками из-за крупнозернистой структуры.The disadvantages of the known alloy is the low level of strength characteristics at temperatures up to 550 ° C, the increased sensitivity of the alloy to iron impurities, which limits the use of the alloy. Alloy and products made from it have low fatigue characteristics due to the coarse-grained structure.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:Known alloy based on titanium having the following chemical composition, wt.%:
Из известного сплава изготавливают корпуса, диски и лопатки компрессора высокого давления газотурбинных двигателей, а также лопатки и другие детали турбин энергетических установок, длительно работающих при температурах до 500°C.Cases, disks and blades of a high-pressure compressor of gas turbine engines, as well as blades and other details of turbines of power plants, which operate for a long time at temperatures up to 500 ° C, are made from a well-known alloy.
Недостатками известного сплава является низкий уровень прочностных и усталостных характеристик в интервале температур от 20°C до 500°C.The disadvantages of the known alloy is the low level of strength and fatigue characteristics in the temperature range from 20 ° C to 500 ° C.
Изделия, выполненные из этого сплава, имеют низкий рабочий ресурс.Products made from this alloy have a low working life.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:Known alloy based on titanium having the following chemical composition, wt.%:
(Патент РФ №2039112).(RF patent No. 2039112).
Из известного сплава изготавливают диски и лопатки компрессора высокого давления газотурбинных двигателей с рабочей температурой до 600°C.The disks and blades of a high-pressure compressor of gas turbine engines with an operating temperature of up to 600 ° C are made from a known alloy.
Недостатками сплава являются низкие прочностные характеристики, пониженная термическая стабильность (δ≥3,5% после эксплуатации в течение 100 часов при 600°C), узкий температурный интервал интенсивной деформации в двухфазной области (около 80°C) из-за высокого суммарного содержания алюминия, олова и циркония, что делает невозможным изготовление тонких листов и корпусных деталей.The disadvantages of the alloy are low strength characteristics, reduced thermal stability (δ≥3.5% after operation for 100 hours at 600 ° C), a narrow temperature range of intense deformation in the two-phase region (about 80 ° C) due to the high total aluminum content , tin and zirconium, which makes it impossible to manufacture thin sheets and body parts.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:Known alloy based on titanium having the following chemical composition, wt.%:
и изделие, выполненное из него (Патент РФ №2039112).and a product made from it (RF Patent No. 2039112).
Из известного сплава изготавливают диски и лопатки компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.The disks and blades of a high-pressure compressor of gas turbine engines are made from a known alloy.
Недостатком сплава является относительно низкий уровень прочности при температурах 20-550°C и узкий температурный интервал интенсивной деформации в двухфазной области (около 100°C) из-за повышенного суммарного содержания элементов, стабилизирующих альфа-фазу и нейтральных упрочнителей (алюминии, цирконий, олово), что ограничивает применение сплава.The disadvantage of the alloy is the relatively low level of strength at temperatures of 20-550 ° C and the narrow temperature range of intense deformation in the two-phase region (about 100 ° C) due to the increased total content of elements stabilizing the alpha phase and neutral hardeners (aluminum, zirconium, tin ), which limits the use of the alloy.
Наиболее близким аналогом по назначению и совокупности существенных признаков, взятым за прототип, является сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:The closest analogue to the purpose and set of essential features taken as a prototype is an alloy based on titanium having the following chemical composition, wt.%:
и изделие, выполненное из него (Патент РФ №2308497).and an article made therefrom (RF Patent No. 2308497).
Из сплава-прототипа изготавливают корпуса (в т.ч. выполненные из листов), кольца, проставки и направляющие лопатки компрессора ГТД длительно работающие при температурах до 450°C и кратковременно до 500°C.Cases are made of the prototype alloy (including those made of sheets), rings, spacers and guide vanes of the gas turbine compressor for a long time operating at temperatures up to 450 ° C and for a short time up to 500 ° C.
Недостатком сплава является низкий уровень прочностных характеристик в интервале рабочих температур, резкое снижение прочностных характеристик при температурах более 500°C, что ограничивает применение сплава. Сплав применяется в отожженном состоянии, при этом термической обработкой не упрочняется. Полуфабрикаты из сплава обладают анизотропией структуры и механических свойств из-за низкой температуры отжига.The disadvantage of the alloy is the low level of strength characteristics in the range of operating temperatures, a sharp decrease in strength characteristics at temperatures above 500 ° C, which limits the use of the alloy. The alloy is used in the annealed state, while heat treatment is not hardened. Semi-finished alloy products have anisotropy in structure and mechanical properties due to the low annealing temperature.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава на основе титана, обладающего повышенными прочностными характеристиками при температурах до 600°C при повышенном уровне технологичности при горячей деформации.The technical task of the invention is the creation of an alloy based on titanium having high strength characteristics at temperatures up to 600 ° C with an increased level of manufacturability during hot deformation.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, цирконий, ванадий, железо, отличающийся тем, что дополнительно содержит олово, ниобий, кремний, кислород, углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:The stated technical problem is achieved by the fact that the proposed alloy based on titanium containing aluminum, molybdenum, zirconium, vanadium, iron, characterized in that it additionally contains tin, niobium, silicon, oxygen, carbon in the following ratio of components, wt.%:
и изделие, выполненное из него.and an article made from it.
Предлагаемый сплав можно использовать для изготовления корпусов и роторных деталей компрессора высокого давления газотурбинных двигателей, а также деталей энергетических установок, включая лопатки турбин.The proposed alloy can be used for the manufacture of bodies and rotor parts of a high-pressure compressor of gas turbine engines, as well as parts of power plants, including turbine blades.
Дополнительное введение ниобия, олова и кремния позволяют повысить прочностные характеристики сплава в интервале рабочих температур при заявленном содержании других компонентов.The additional introduction of niobium, tin and silicon can improve the strength characteristics of the alloy in the range of operating temperatures at the declared content of other components.
Увеличение минимального суммарного содержания элементов бета- стабилизаторов (молибден, ванадий, железо), дополнительное введение ниобия в предлагаемом сплаве позволяет улучшить технологичность, в том числе при горячей деформации, сплава за счет увеличения количества стабильной бета-фазы. При этом сплав дополнительно содержит элементы внедрения (альфа-стабилизаторы) - кислород и углерод, которые повышают температуру полиморфного превращения и компенсируют снижение уровня содержания алюминия для увеличения степени твердорастворного упрочнения и расширения температурного интервала деформации в двухфазной области. Указанные выше особенности химического состава сплава обеспечивают расширение интервала температур интенсивной горячей деформации на 60°C. В предлагаемом сплаве температура деформации находится в пределах от 1000°C до 840°C, что составляет 160°C. Для сплава прототипа этот интервал соответствует температурам 980°C-880°C, что составляет 100°C. Наличие в предлагаемом сплаве кремния позволяет сочетать как твердорастворный, так и дисперсионный механизмы упрочнения, а также обеспечивает возможность дополнительного увеличения прочностных характеристик сплава и изделий, выполненных из него путем варьирования режимов обработки.The increase in the minimum total content of beta stabilizer elements (molybdenum, vanadium, iron), the additional introduction of niobium in the proposed alloy allows to improve the processability, including during hot deformation, of the alloy by increasing the amount of stable beta phase. Moreover, the alloy additionally contains interstitial elements (alpha stabilizers) - oxygen and carbon, which increase the polymorphic transformation temperature and compensate for the decrease in the aluminum content to increase the degree of solid solution hardening and expand the temperature range of deformation in the two-phase region. The above features of the chemical composition of the alloy provide an extension of the temperature range of intense hot deformation by 60 ° C. In the proposed alloy, the deformation temperature is in the range from 1000 ° C to 840 ° C, which is 160 ° C. For the prototype alloy, this range corresponds to temperatures of 980 ° C-880 ° C, which is 100 ° C. The presence in the proposed alloy of silicon allows you to combine both solid solution and dispersion hardening mechanisms, and also provides the opportunity to further increase the strength characteristics of the alloy and products made from it by varying the processing conditions.
Увеличение технологического температурного интервала способствует увеличению степени рекристаллизации альфа-фазы при термической обработке, что позволяет повышать степень однородности структуры и механических свойств в изделии, обуславливает снижение себестоимости изготовления деформированных полуфабрикатов и деталей из них, в том числе способом листовой штамповки, обладающих повышенным уровнем прочностных характеристик при температурах до 600°C.The increase in the technological temperature range contributes to an increase in the degree of recrystallization of the alpha phase during heat treatment, which makes it possible to increase the degree of homogeneity of the structure and mechanical properties in the product, which leads to a reduction in the cost of manufacturing deformed semi-finished products and parts from them, including the method of sheet metal stamping with an increased level of strength characteristics at temperatures up to 600 ° C.
Примеры осуществленияExamples of implementation
Предлагаемый сплав в виде слитков выплавляли методом двойного вакуумно-дугового переплава. Затем слитки подвергали многопереходной ковке. Полученное изделие (деформированный полуфабрикат - точная штамповка толщиной сечения 25 мм, лист толщиной 1,2 мм) термически обработали по режиму отжига и упрочняющей термической обработки (закалка в воду или масло с последующим старением и охлаждением на воздухе).The proposed alloy in the form of ingots was smelted by a double vacuum-arc remelting method. Then the ingots were subjected to multi-transition forging. The resulting product (deformed semi-finished product - precision stamping with a cross section thickness of 25 mm, a sheet with a thickness of 1.2 mm) was thermally processed by the annealing mode and hardening heat treatment (quenching in water or oil, followed by aging and cooling in air).
Составы предлагаемого сплава (№1-3) и сплава-прототипа №4 приведены в табл. 1. Механические свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в табл. 2 (штамповки), в табл. 3 (листы). Как видно из табл. 2 и 3 предлагаемый сплав имеет повышенную на 50-100°C рабочую температуру, уровень прочности на 10,5-15,5% в отожженном состоянии с сохранением высоких показателей пластичности (относительного удлинения, сужения). Сплав позволяет дополнительно увеличить уровень прочностных характеристик в интервале рабочих температур не менее чем на 20% по сравнению со сплавом-прототипом.The compositions of the proposed alloy (No. 1-3) and alloy prototype No. 4 are given in table. 1. The mechanical properties of the proposed alloy and prototype alloy are given in table. 2 (stamping), in table. 3 (sheets). As can be seen from the table. 2 and 3, the proposed alloy has a working temperature increased by 50-100 ° C, the strength level is 10.5-15.5% in the annealed state while maintaining high ductility (relative elongation, narrowing). The alloy allows you to further increase the level of strength characteristics in the range of operating temperatures by at least 20% compared with the prototype alloy.
Использование предлагаемого сплава на основе титана и изделий из него, в том числе деталей компрессора авиационных ГТД - корпусов, колец, проставок, лопаток и др., а также деталей турбин энергетического машиностроения, например лопаток турбины, повысит рабочую температуру до 600°C, снизит себестоимость изделий за счет повышения уровня технологичности при горячей деформации, повысит ресурс работы.The use of the proposed alloy based on titanium and products made of it, including aircraft compressor components for gas turbine engines - housings, rings, spacers, vanes, etc., as well as turbine parts of power engineering, such as turbine vanes, will increase the operating temperature to 600 ° C, reduce the cost of products by increasing the level of manufacturability during hot deformation will increase the service life.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013113906/02A RU2507289C1 (en) | 2013-03-28 | 2013-03-28 | Titanium-based alloy and item made from it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013113906/02A RU2507289C1 (en) | 2013-03-28 | 2013-03-28 | Titanium-based alloy and item made from it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2507289C1 true RU2507289C1 (en) | 2014-02-20 |
Family
ID=50113293
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013113906/02A RU2507289C1 (en) | 2013-03-28 | 2013-03-28 | Titanium-based alloy and item made from it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2507289C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106048307A (en) * | 2016-08-20 | 2016-10-26 | 西北有色金属研究院 | Seven-component two-phase titanium alloy |
RU2614355C1 (en) * | 2016-03-17 | 2017-03-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Titanium-based alloy and product made from it |
WO2020065297A1 (en) * | 2018-09-24 | 2020-04-02 | Oxmet Technologies Limited | An alpha titanium alloy for additive manufacturing |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1258105B (en) * | 1955-11-25 | 1968-01-04 | Crucible Steel International S | Use of alloys based on titanium for the production of objects with good ductility in the annealed state |
RU2175992C1 (en) * | 2000-05-24 | 2001-11-20 | Государственое предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Titanium based alloy and product manufactured therefrom |
RU2308497C1 (en) * | 2006-05-17 | 2007-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Titanium-base alloy and product manufactured from this alloy |
US20090180918A1 (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-16 | Advanced International Multitech Co., Ltd. | Titanium-aluminium-tin alloy applied to golf club head |
CN100567534C (en) * | 2007-06-19 | 2009-12-09 | 中国科学院金属研究所 | The hot-work of the high-temperature titanium alloy of a kind of high heat-intensity, high thermal stability and heat treating method |
-
2013
- 2013-03-28 RU RU2013113906/02A patent/RU2507289C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1258105B (en) * | 1955-11-25 | 1968-01-04 | Crucible Steel International S | Use of alloys based on titanium for the production of objects with good ductility in the annealed state |
RU2175992C1 (en) * | 2000-05-24 | 2001-11-20 | Государственое предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Titanium based alloy and product manufactured therefrom |
RU2308497C1 (en) * | 2006-05-17 | 2007-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Titanium-base alloy and product manufactured from this alloy |
CN100567534C (en) * | 2007-06-19 | 2009-12-09 | 中国科学院金属研究所 | The hot-work of the high-temperature titanium alloy of a kind of high heat-intensity, high thermal stability and heat treating method |
US20090180918A1 (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-16 | Advanced International Multitech Co., Ltd. | Titanium-aluminium-tin alloy applied to golf club head |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2614355C1 (en) * | 2016-03-17 | 2017-03-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Titanium-based alloy and product made from it |
CN106048307A (en) * | 2016-08-20 | 2016-10-26 | 西北有色金属研究院 | Seven-component two-phase titanium alloy |
WO2020065297A1 (en) * | 2018-09-24 | 2020-04-02 | Oxmet Technologies Limited | An alpha titanium alloy for additive manufacturing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11085093B2 (en) | Ultra-high strength maraging stainless steel with salt-water corrosion resistance | |
JP6111763B2 (en) | Steam turbine blade steel with excellent strength and toughness | |
RU2644830C2 (en) | Manufacturing method of bar stock from alloys based on titanium intermetallide with ortho-phase | |
US11920231B2 (en) | Creep resistant titanium alloys | |
US10000830B2 (en) | Method for manufacturing martensite-based precipitation strengthening stainless steel | |
RU2484166C1 (en) | Titanium-based alloy | |
RU2507289C1 (en) | Titanium-based alloy and item made from it | |
RU2525003C1 (en) | Titanium aluminide alloy and method for processing blanks thereof | |
KR100917482B1 (en) | Precipitation-strengthened nickel-iron-chromium alloy and process therefor | |
US11987856B2 (en) | Ultra-high strength maraging stainless steel with salt-water corrosion resistance | |
RU2690257C1 (en) | Titanium-based alloy | |
CN112779462A (en) | FeNiMnCr series high-expansion alloy with low Ni content, strip and application | |
CN114635075A (en) | High-strength high-ductility and toughness blade material | |
RU2772153C1 (en) | Creep-resistant titanium alloys | |
RU2721261C1 (en) | Heat-resistant deformable nickel-based alloy with low temperature coefficient of linear expansion and article made from it | |
RU2777099C1 (en) | Heat-resistant welded nickel-based alloy and a product made of it | |
CN114058990B (en) | Method for inhibiting Laves phase precipitation of Ti-42Al-5Mn alloy B2 phase in long-term aging process | |
RU2259414C2 (en) | Alloy on the base of titanium and a hardware product out of it | |
RU2356978C2 (en) | Alloy on basis of titanium and product, implemented of it | |
JP2001064754A (en) | Tool steel with excellent weldability and machinability and suppressed secular change, and die using the same | |
JPH09165654A (en) | Austenitic stainless steel for high temperature apparatus and its production | |
RU2614355C1 (en) | Titanium-based alloy and product made from it | |
CN117418168A (en) | Co-containing martensitic heat-resistant steel creep strength improving method | |
WO2024210770A1 (en) | High-strength titanium-based alloy and article manufactured from same | |
RU2465358C1 (en) | Titanium-based alloy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190211 Effective date: 20190211 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190212 Effective date: 20190212 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200218 Effective date: 20200218 |