RU2525003C1 - Сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него - Google Patents
Сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525003C1 RU2525003C1 RU2013136758/02A RU2013136758A RU2525003C1 RU 2525003 C1 RU2525003 C1 RU 2525003C1 RU 2013136758/02 A RU2013136758/02 A RU 2013136758/02A RU 2013136758 A RU2013136758 A RU 2013136758A RU 2525003 C1 RU2525003 C1 RU 2525003C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- hydrogen
- hours
- preform
- titanium aluminide
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе алюминида титана Ti3Al, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок и агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения. Сплав на основе алюминида титана Ti3Al содержит, мас.%: Al 13-15, Nb 3-6, V 2-4, Zr 0,5-1,0, Mo 1-3, Sn 0,5-3, Si 0,1-0,3, Ti - остальное. Заготовку из сплава на основе алюминида титана Ti3Al подвергают термоводородной обработке путем ее насыщения водородом с последующим отжигом в вакууме. Насыщение заготовки водородом ведут до концентрации 0,4-0,6 мас.% в две стадии, затем заготовку подвергают прокатке. Отжиг в вакууме проводят в две стадии с остаточным давлением не выше 5·10-5 мм рт.ст. Жаропрочный сплав на основе алюминида титана Ti3Al характеризуется высокими показателями пластичности и жаропрочности. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию сплава на основе алюминида титана Ti3Al, обладающего повышенной пластичностью и жаропрочностью, и способу обработки заготовок из него. Изобретение может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок и агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения.
Известен сплав на основе титана «Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него» (патент РФ №2210612), состоящий из (мас.%): алюминия - 10-12, ниобия - 38-42, молибдена - 0,5-1,0, циркония - 1-1,5, кремния - 0,1-0,25, ванадия - 1-1,5, углерода - 0,05-0,08, титана - остальное. Однако этот сплав вследствие высокого содержания ниобия имеет недостаточно высокие значения удельной прочности при комнатной температуре и удельной кратковременной и длительной прочности за 100 часов при температуре 650°C.
Наиболее близким по составу сплава является «Сплав на основе алюминида титана» (патент РФ №2081929), состоящий из (мас.%): алюминия 13-15, ниобия 3-4, ванадия 2-4, циркония 0,5-1,0, титана - остальное, взятый за прототип. Однако он имеет низкую пластичность (относительное удлинение при растяжении) при комнатной температуре вследствие малого количества β-фазы (5-8%), а также недостаточную кратковременную и длительную прочность при температурах 650-700°C.
Задачей изобретения - в части сплава - является разработка сплава на основе алюминида титана Ti3Al, который обладает повышенной пластичностью и жаропрочностью.
Для решения поставленной задачи предложен сплав на основе алюминида титана Ti3Al, содержащий: алюминий, ниобий, ванадий, цирконий и дополнительно содержит молибден, олово и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al - 13-15
Nb - 3-6
V - 2-4
Zr - 0,5-1,0
Mo - 1-3
Sn - 0,5-3
Si - 0,1-0,3
Ti - остальное.
Дополнительное введение молибдена в сплав повышает его пластичность (относительное удлинение) при комнатной температуре за счет увеличения в структуре количества β-фазы до 10-12%. Дополнительное введение олова и кремния увеличивает жаропрочность сплава за счет твердорастворного упрочнения α2-фазы. Кроме того, олово понижает степень ее порядка, таким образом, при повышенных температурах в процесс деформации вовлекаются и неупорядоченные микрообъемы α-фазы, что способствует облегчению проведения пластической деформации. Дополнительное введение кремния способствует также образованию сложного силицида (Ti, Zr, V)5Si3, увеличивающего длительную и кратковременную прочность при температуре 700°C. Дополнительное введение в сплав на основе алюминида титана молибдена, олова и кремния при заявленном соотношении и содержании компонентов повышает жаростойкость сплава за счет образования легированного твердого раствора титана с Nb, Mo и Si, снижающими коэффициет диффузии кислорода при повышенных температурах.
Известен способ обработки титановых сплавов «Способ наводороживания титановых сплавов» (патент РФ №1780337). Способ предполагает насыщение водородом α- и α+β- титановых сплавов. Однако этот способ для сплавов на основе алюминида титана Ti3Al не всегда будет обеспечивать достижение заданной концентрации водорода вследствие его низкой растворимости в интерметаллиде.
Наиболее близким по способу обработки является «Способ получения изделий из титановых сплавов и изделия, полученные эти способом (варианты)» (патент РФ №2338811), взятый за прототип. Однако этот способ предполагает насыщение водородом до концентрации 0,5-0,9% в одну стадию при температурах 700-850°C, что приведет к его неравномерному распределению по сечению полуфабриката и увеличению длительности процесса обработки.
Задачей изобретения - в части способа обработки сплава на основе алюминида титана Ti3Al - является повышение его пластичности и снижение сопротивления деформации при обработке давлением за счет насыщения водородом и равномерного его распределения по сечению заготовки при сокращении времени гидрирования и получение повышенных значений пластичности при сохранении уровня прочности при комнатной температуре и кратковременной и длительной прочности при повышенных температурах за счет получения в процессе вакуумного отжига бимодальной структуры.
Техническим результатом группы изобретений является создание нового жаропрочного материала на основе титана и способа его обработки для деталей, работающих при повышенных температурах, с улучшенными характеристиками пластичности и жаропрочности.
Для решения поставленной задачи заготовку из сплава на основе алюминида титана Ti3Al подвергают термоводородной обработке путем ее насыщения водородом с последующим отжигом в вакууме. Насыщение заготовки водородом ведут до концентрации 0,4-0,6 мас.%, причем процесс проводят в две стадии: на первой стадии заготовку нагревают до температуры 950-1050°C, выдерживают 0,5-1,5 часа, после чего охлаждают с печью до температуры 850-900°C, выдерживают 20-30 минут, напускают чистый газообразный водород под давлением 730-750 мм рт.ст. и выдерживают до достижения концентрации водорода в заготовке 0,2-0,3 мас.% при снижении температуры до 700-750°C, после чего заготовку выдерживают при той же температуре 1-3 часа; на второй стадии заготовку нагревают до температуры 850-900°C, выдерживают в течение 20-30 минут, восстанавливают давление газообразного водорода до 730-750 мм рт.ст., выдерживают до достижения концентрации водорода в заготовке 0,4-0,6 мас.% при снижении температуры до 700-750°C, после чего заготовку выдерживают при той же температуре 2-5 часов и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 0,02-2°C/с, затем заготовку подвергают прокатке при температуре 850-950°C и двухступенчатому отжигу в вакууме с остаточным давлением не выше 5·10-5 мм рт.ст. на первой ступени - при температуре 450-600°C с выдержкой 1-4 часа; на второй ступени - с нагревом до температуры 750-950°C с выдержкой 2-8 часов и охлаждением до комнатной температуры со скоростью 0,1-5°C/с.
Нагрев до температур 950-1050°C, выдержка в течение 0,5-1,5 часов и медленное охлаждение до температур 850-900°C обеспечивают протекание в заготовке процессов гомогенизации, выравнивание структуры по сечению и приведение сплава в равновесное состояние.
Введение в сплав половины (0,2-0,3 мас.%) заданного количества водорода и постепенное понижение температуры в процессе насыщения позволяют в 1,5 раза сократить время наводороживания.
Изотермическая выдержка при 700-750°C в течение 1-3 часов и повторный нагрев до 850-900°C с выдержкой в течение 20-30 минут обеспечивают равномерное распределение введенного водорода по сечению заготовки.
Увеличение в структуре количества β-фазы после первого этапа обработки, восстановление давления газообразного водорода до 730-750 мм рт.ст. и постепенное снижение температуры в процессе наводороживания до 700-750°C позволили в 2 раза сократить суммарное время насыщения. Изотермическая выдержка после завершения процесса поглощения водорода при температурах 700-750°C в течение 2-5 часов обеспечивает равномерное его распределение по сечению заготовки.
Первая ступень вакуумного отжига при температурах 450-600°C с выдержкой 1-4 часа обеспечивает протекание начальных этапов распада водородосодержащей β-фазы и зарождение дисперсной α(α2)-фазы.
Вторая ступень вакуумного отжига при температурах 750-950°C позволяет удалить водород до безопасных концентраций (0,002-0,008 мас.%) и сформировать бимодальную структуру α2-фазы, обеспечивающей повышенные значения прочности и пластичности при комнатной температуре и жаропрочности.
Пример осуществления.
Слиток сплава состава Ti - 14Al - 4Nb - 3V - 0,7Zr - 2Mo - 2Sn - 0,2Si (мас.%) изготавливали по технологии производства титановых сплавов, которая включала изготовление шихтовых материалов расходуемого электрода и выплавку слитков тройным вакуумно-дуговым переплавом. Механически обработанные литые заготовки подвергали осадке. Механически обработанную заготовку подвергали насыщению водородом. Для этого ее помещали в вакуумно-водородную печь, нагревали до температуры 1000°C, выдерживали в течение 1 часа и охлаждали с печью до 875°C, выдерживали 25 минут и напускали газообразный водород под давлением 740 мм рт.ст., и выдерживали до достижения концентрации водорода в заготовке 0,25 мас.% при снижении температуры до 725°C, после чего заготовку выдерживали при этой температуре 2 часа. Затем заготовку нагревали до температуры 875°C, выдерживали в течение 25 минут, восстанавливали давление газообразного водорода до 740 мм рт.ст., выдерживали до достижения концентрации водорода в заготовке 0,5 мас.% при снижении температуры до 725°C, после чего заготовку выдерживали при той же температуре 4 часа и охлаждали до комнатной температуры со скоростью 0,05°C/с. Затем заготовку подвергали прокатке при температуре 900°C, что на 150-200°C ниже, чем для данной группы сплавов без использования обратимого водородного легирования, с целью получения листового полуфабриката толщиной 2 мм. Листовые полуфабрикаты после удаления окалины подвергали двухступенчатому отжигу в вакууме с остаточным давлением не выше 4,5·10-5 мм рт.ст. на первой ступени - при температуре 500°C с выдержкой 3 часа; на второй ступени - с нагревом до температуры 800°C с выдержкой 7 часов и охлаждением до комнатной температуры со скоростью 0,4°C/с. Свойства образцов, вырезанных из листового полуфабриката заявленного сплава, обработанных предложенным способом, приведены в таблице 1.
Таким образом, разработан сплав на основе алюминида титана Ti3Al и способ обработки заготовок из него, это позволило повысить пластичность при снижении температуры деформации за счет обратимого легирования заготовок водородом и равномерного его распределения по сечению, сократить время гидрирования, создать в заготовках структуру, обеспечивающую повышенные значения пластичности и жаропрочности.
Claims (2)
1. Сплав на основе алюминида титана Ti3Al, содержащий алюминий, ниобий, ванадий, цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит молибден, олово и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al - 13-15
Nb - 3-6
V - 2-4
Zr - 0,5-1,0
Mo - 1-3
Sn - 0,5-3
Si - 0,1-0,3
Ti - остальное.
Al - 13-15
Nb - 3-6
V - 2-4
Zr - 0,5-1,0
Mo - 1-3
Sn - 0,5-3
Si - 0,1-0,3
Ti - остальное.
2. Способ обработки заготовок из сплава на основе алюминида титана Ti3Al по п.1, включающий термоводородную обработку заготовки путем ее насыщения водородом до 0,4-0,6 мас.% и отжиг в вакууме, при этом насыщение водородом проводят в две стадии, причем на первой стадии заготовку нагревают до температуры 950-1050°C, выдерживают 0,5-1,5 часа, после чего охлаждают с печью до температуры 850-900°C, выдерживают 20-30 минут, напускают газообразный водород под давлением 730-750 мм рт.ст. и выдерживают до достижения концентрации водорода в заготовке 0,2-0,3 мас.% при снижении температуры до 700-750°C, после чего заготовку выдерживают при той же температуре 1-3 часа, на второй стадии заготовку нагревают до температуры 850-900°C, выдерживают в течение 20-30 минут, восстанавливают давление газообразного водорода до 730-750 мм рт.ст., выдерживают до достижения концентрации водорода в заготовке 0,4-0,6 мас.% при снижении температуры до 700-750°C, после чего заготовку выдерживают при той же температуре 2-5 часов и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 0,02-2°C/с, затем заготовку подвергают прокатке при температуре 850-950°C, а отжиг в вакууме осуществляют на двух ступенях с остаточным давлением не выше 5·10-5 мм рт.ст., причем на первой ступени - при температуре 450-600°C с выдержкой 1-4 часа, а на второй ступени - с нагревом до температуры 750-950°C, выдержкой 2-8 часов и охлаждением до комнатной температуры со скоростью 0,1-5°C/с.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013136758/02A RU2525003C1 (ru) | 2013-08-07 | 2013-08-07 | Сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013136758/02A RU2525003C1 (ru) | 2013-08-07 | 2013-08-07 | Сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2525003C1 true RU2525003C1 (ru) | 2014-08-10 |
Family
ID=51355171
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013136758/02A RU2525003C1 (ru) | 2013-08-07 | 2013-08-07 | Сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2525003C1 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2594548C1 (ru) * | 2015-03-05 | 2016-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Способ термоводородной обработки полуфабрикатов и изделий из пористого материала на основе титана и его сплавов |
RU2600785C1 (ru) * | 2015-08-05 | 2016-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия |
RU2641594C1 (ru) * | 2016-10-26 | 2018-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Способ получения высокопористого остеоинтегрирующего покрытия на имплантатах из титановых сплавов |
RU2695850C2 (ru) * | 2015-02-10 | 2019-07-29 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Способы получения изделий из титана и титановых сплавов |
RU2696809C1 (ru) * | 2017-12-21 | 2019-08-06 | Ниварокс-Фар С.А. | Способ изготовления волоска для часового механизма |
RU2727354C1 (ru) * | 2018-12-21 | 2020-07-21 | Ниварокс-Фар С.А. | Спиральная часовая пружина на титановой основе |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5183635A (en) * | 1987-07-31 | 1993-02-02 | The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland | Heat treatable ti-al-nb-si alloy for gas turbine engine |
RU2081929C1 (ru) * | 1995-08-10 | 1997-06-20 | Московский авиационный технологический университет им.К.Э.Циолковского | Сплав на основе алюминида титана |
US6551371B1 (en) * | 1998-07-21 | 2003-04-22 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Titanium-based composite material, method for producing the same and engine valve |
DE102010042889A1 (de) * | 2010-10-25 | 2012-04-26 | Manfred Renkel | Turboladerbauteil |
-
2013
- 2013-08-07 RU RU2013136758/02A patent/RU2525003C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5183635A (en) * | 1987-07-31 | 1993-02-02 | The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland | Heat treatable ti-al-nb-si alloy for gas turbine engine |
RU2081929C1 (ru) * | 1995-08-10 | 1997-06-20 | Московский авиационный технологический университет им.К.Э.Циолковского | Сплав на основе алюминида титана |
US6551371B1 (en) * | 1998-07-21 | 2003-04-22 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Titanium-based composite material, method for producing the same and engine valve |
DE102010042889A1 (de) * | 2010-10-25 | 2012-04-26 | Manfred Renkel | Turboladerbauteil |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2695850C2 (ru) * | 2015-02-10 | 2019-07-29 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Способы получения изделий из титана и титановых сплавов |
US10407745B2 (en) | 2015-02-10 | 2019-09-10 | Ati Properties Llc | Methods for producing titanium and titanium alloy articles |
RU2594548C1 (ru) * | 2015-03-05 | 2016-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Способ термоводородной обработки полуфабрикатов и изделий из пористого материала на основе титана и его сплавов |
RU2600785C1 (ru) * | 2015-08-05 | 2016-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия |
RU2641594C1 (ru) * | 2016-10-26 | 2018-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Способ получения высокопористого остеоинтегрирующего покрытия на имплантатах из титановых сплавов |
RU2696809C1 (ru) * | 2017-12-21 | 2019-08-06 | Ниварокс-Фар С.А. | Способ изготовления волоска для часового механизма |
RU2727354C1 (ru) * | 2018-12-21 | 2020-07-21 | Ниварокс-Фар С.А. | Спиральная часовая пружина на титановой основе |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2525003C1 (ru) | Сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него | |
CN102586647B (zh) | 一种含铒高温钛合金及其制备工艺 | |
JPH08120373A (ja) | 高クリープ強度チタン合金とその製造方法 | |
CN113122763B (zh) | 一种高强韧性高熵合金制备方法 | |
US11920231B2 (en) | Creep resistant titanium alloys | |
RU2610657C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
CN101654764A (zh) | 一种铁镍基高弹性合金及其毛细管和毛细管的制造方法 | |
CN108977693B (zh) | 一种再结晶高强钛合金及其制备方法 | |
JPH01279736A (ja) | β型チタン合金材の熱処理方法 | |
KR101630403B1 (ko) | 다단 열간압연을 적용한 핵연료용 지르코늄 부품의 제조방법 | |
Asanović et al. | The mechanical behavior and shape memory recovery of Cu-Zn-Al alloys | |
CN116676521A (zh) | 一种具有非均匀晶粒异质结构CrCoNi基中熵合金及其制备方法 | |
RU2690768C1 (ru) | Сплав на основе титана и прутковая заготовка из сплава на основе титана | |
JP5210874B2 (ja) | 冷間加工可能なチタン合金 | |
RU2614356C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
RU2507289C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
KR101265261B1 (ko) | 우수한 내식성 및 고강도를 가지는 지르코늄합금의 제조방법 | |
JPH04235262A (ja) | 強度および延性に優れたTiAl金属間化合物系Ti合金の製造法 | |
RU2800089C1 (ru) | Способ термической обработки интерметаллидных титановых Орто-сплавов | |
CN109082561A (zh) | 一种高塑性钛合金及其制备方法 | |
CN115874082A (zh) | 一种钛合金及其制备方法 | |
CN117248130A (zh) | 一种快速应变硬化双屈服亚稳β钛合金的制备方法 | |
CN116179891A (zh) | 一种含Mo的双相钛基合金及其制备方法 | |
CN109022911A (zh) | 一种高塑性钛合金及其制备方法 | |
JPH04235263A (ja) | 強度および延性に優れたTiAl金属間化合物系Ti合金の製造法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170808 |