RU2569285C1 - Высокопрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из высокопрочного сплава на основе титана - Google Patents
Высокопрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из высокопрочного сплава на основе титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569285C1 RU2569285C1 RU2014153690/02A RU2014153690A RU2569285C1 RU 2569285 C1 RU2569285 C1 RU 2569285C1 RU 2014153690/02 A RU2014153690/02 A RU 2014153690/02A RU 2014153690 A RU2014153690 A RU 2014153690A RU 2569285 C1 RU2569285 C1 RU 2569285C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- alloy
- alloy based
- high strength
- strength alloy
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным титановым сплавам, используемым для изготовления деформированных полуфабрикатов. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 1,5-3,5; молибден 1,0-3,0; ванадий 8,0-12,0; хром 2,5-5,0; железо 0,3-1,8; цирконий 0,4-2,0; олово 0,4-2,0; иттрий и/или гадолиний 0,01-0,16; титан и примеси остальное. Сплав характеризуется высокими прочностными характеристиками при сохранении высокой пластичности сплава в термически упрочненном состоянии, а также повышенной технологичностью в закаленном состоянии. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию универсальных конструкционных высокопрочных высокотехнологичных титановых сплавов, используемых для изготовления широкой номенклатуры деформированных полуфабрикатов (в том числе тонколистовых), которые могут быть использованы в силовых конструкциях авиационной и космической техники, энергетических установок, ракет, длительно работающих при температурах до 350°C.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, масс. % (см. патент РФ №2086694, опубл. 10.08.1997 г.):
алюминий | 0,4-6,0 |
марганец | 0,5-2,0 |
железо | 0,03-0,3 |
цирконий | 0,03-0,3 |
медь | 0,03-0,3 |
никель | 0,03-0,3 |
кремний | 0,03-0,3 |
кислород | 0,03-0,3 |
углерод | 0,02-0,2 |
азот | 0,004-0,04 |
водород | 0,002-0,008 |
титан | остальное |
Из известного сплава изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в частности сварные и сложнопрофильные листовые конструкции. Данный сплав обладает высоким уровнем технологической пластичности, позволяющей изготавливать из него листовые полуфабрикаты путем холодной прокатки, а также проводить холодную или теплую штамповку деталей из них.
Недостатками известного сплава являются: неспособность к эффективному упрочнению путем термической обработки, низкий уровень прочностных свойств и высокая склонность к испарению марганца при выплавке слитков.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, масс. % (см. патент РФ №2269584, опубл. 10.02.2006 г.):
алюминий | 3,5-4,4 |
ванадий | 2,0-4,0 |
молибден | 0,1-0,8 |
железо | макс. 0,4 |
кислород | макс. 0,25 |
титан | остальное |
Из известного сплава изготавливают крупногабаритные поковки и штамповки, тонколистовой прокат и фольгу.
Недостатком сплава является низкий уровень прочностных свойств и неспособность к самозакаливанию.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, масс. % (см. патент РФ №2418087, опубл. 10.05.2011 г.):
алюминий | 2,0-5,0 |
молибден и/или ванадий | 4,0-10,0 |
хром | 5,5-11,0 |
железо | 2,0-4,0 |
цирконий | 1,0-4,0 |
титан | остальное |
Сплав предпочтительно относится к высоколегированным (α+β) и псевдо-β титановым сплавам с комплексным легированием изоморфными и эвтектоидными β-стабилизаторами. Из него изготавливают прутки, профили для различных применений, в частности для крепежа, пружин и других изделий, имеющих низкий модуль упругости и высокую прочность.
Недостатком сплава является склонность к ликвации из-за высокого содержания железа и хрома, что может привести к снижению уровня механических свойств материала; высокий уровень прочности в состоянии после закалки/отжига, приводящий к более интенсивному износу штампового инструмента и технологической оснастки при изготовлении деформированных полуфабрикатов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание универсального высокопрочного титанового сплава, легированного редкоземельными металлами (РЗМ), обладающего повышенными механическими и технологическими характеристиками и предназначенного для изготовления полуфабрикатов широкого сортамента (листы, плиты, прутки, поковки, штамповки) и сложнопрофильных конструкций, в частности, из листовых полуфабрикатов путем штамповки вхолодную.
Технический результат: повышение прочностных характеристик при сохранении на высоком уровне технологической пластичности сплава в термически упрочненном состоянии, повышение технологичности в закаленном состоянии.
Поставленный технический результат достигается с помощью сплава на основе титана, содержащего алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, цирконий, отличающегося тем, что дополнительно содержит олово, иттрий и/или гадолиний, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
алюминий | 1,5-3,5 |
молибден | 1,0-3,0 |
ванадий | 8,0-12,0 |
хром | 2,5-5,0 |
железо | 0,3-1,8 |
цирконий | 0,4-2,0 |
олово | 0,4-2,0 |
иттрий и/или гадолиний | 0,01-0,16 |
титан и примеси | остальное |
Предпочтительно, суммарное содержание молибдена и ванадия составляет 9-15 масс. %.
Предпочтительно, суммарное содержание хрома и железа составляет 2,8-6,8 масс. %.
Авторами было установлено, что для реализации высокой прочности конечных изделий и высокой технологической пластичности полуфабрикатов на стадии их изготовления необходимо одновременное соблюдение ряда условий по легированию сплава.
Известно, что снижение общей степени легирования псевдо-β титановых сплавов сопровождается снижением эффекта самозакаливания, приводит к снижению технологичности сплава (из-за образования α-фазы при проведении межоперационных отжигов в промышленных вакуумных печах большого объема) и, как следствие, усложнению технологии и повышению стоимости изготовления листовых полуфабрикатов. Чрезмерное легирование сплава β-стабилизаторами (в частности, Mo, V, Cr, Fe) приводит к повышению его плотности, повышению стабильности β-твердого раствора и, как результат, снижению эффективности и увеличению времени проведения упрочняющей термической обработки, снижению модуля упругости и ряду других эффектов. На основании этих данных суммарное содержание β-стабилизирующих элементов, выраженное молибденовым эквивалентом Моэкв (Молибденовый эквивалент рассчитан по следующей формуле: [Mo]eq=%Мо+%Nb/3,3+%Та/4+%W/2+%V/1,4+%Cr/0,6+%Mn/0,6+%Fe/0,5+%Co/0,9+%Ni/0,8), определено авторами в интервале от 15,5 до 20 единиц.
Исследования авторов и анализ научно-технических источников показали, что содержание алюминия в титановых сплавах четко коррелирует с прочностными и пластическими свойствами. Анализ выявленных корреляций позволил ограничить минимальное содержание алюминия с целью подавления образования крайне нежелательной атермической ω-фазы, резко снижающей пластичность сплава. Максимальное его содержание обусловлено необходимостью сохранения высокой технологичности полуфабрикатов и высокой прочности конечных изделий.
Введение нейтральных упрочнителей (олова и циркония) в указанном количестве применено в качестве дополнительной меры, предотвращающей образование охрупчивающей атермической ω-фазы, и позволяет повысить прочностные характеристики при сохранении на высоком уровне технологической пластичности сплава. Комплексное легирование данными элементами эффективно упрочняет α-фазу и позволяет добиться большего эффекта от проведения упрочняющей термической обработки и, следовательно, повысить уровень прочностных свойств конечного изделия.
Установленное авторами содержание и соотношение молибдена и ванадия способствует получению высокой технологичности сплава, и при этом реализуется возможность получения умеренно высоких прочностных свойств после упрочняющей термической обработки.
Уменьшенное по сравнению с прототипом содержание хрома и железа обусловлено рядом факторов. Несмотря на то что эти элементы хорошо упрочняют сплавы и являются сильными β-стабилизаторами, в сплавах с их высоким содержанием существует реальная возможность образования охрупчивающих сплав интерметаллидов в результате эвтектоидного превращения, происходящего при длительных изотермических выдержках при повышенных температурах в процессе эксплуатации, а при выплавке слитков велика вероятность образования химических неоднородностей.
Авторами установлено, что введение редкоземельных металлов (РЗМ) (иттрия и гадолиния) в указанном количестве позволяет реализовать эффект модифицирования и рафинирования микрообъемов сплава, что повышает прочностные характеристики при сохранении на высоком уровне технологической пластичности сплава и снижает модуль упругости в закаленном состоянии, а это благоприятно сказывается на технологичности изготовления и конечной стоимости сложнопрофильных изделий, изготовленных из него. За счет более равномерного и дисперсного распада β-фазы при старении, обусловленного специфическим воздействием вышеуказанных элементов и снижением критического размера зародыша частиц α-фазы, достигается высокий уровень прочностных свойств в состоянии после упрочняющей термической обработки.
Примеры осуществления
Пример 1. Предлагаемый сплав (в соответствии с таблицей №1) в виде слитков выплавляли методом тройного вакуумно-дугового переплава. Затем слитки подвергали деформационной обработке путем всесторонней ковки в обычных или квази-изотермических условиях на сутунки (40-45)×180-220×L мм. Полученные сутунки были подготовлены под прокатку путем строгания по всем поверхностям «как чисто». Прокатка полученных сутунок проводилась в 4 этапа: горячая прокатка на лист толщиной 7 мм, теплая прокатка на 4 мм, холодная прокатка в 2 этапа до толщины готового листа 2 мм. Промежуточные листовые полуфабрикаты между операциями прокатки подвергались закалке на β-фазу, пескоструйной обработке и травлению. Готовые листы подвергались термической обработке по целевым режимам: закалке на β-фазу или упрочняющей термической обработке. Прочностные свойства определялись путем проведения испытаний на растяжение при комнатной температуре, технологические - путем определения минимального радиуса гибки листовых полуфабрикатов при комнатной температуре и технологической осадке цилиндрических образцов при температурах горячей деформации.
Примеры 2-5 аналогичны примеру 1.
В таблице 1 приведено содержание легирующих элементов выплавленных слитков, механические и технологические свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа.
Технический результат - в предлагаемом сплаве предел прочности в закаленном состоянии понизился на 11-20%, предел прочности в состоянии после упрочняющей термической обработки повысился на 7-11,5% при сохранении хорошего уровня пластичности, технологическая пластичность сплава соответствует технологической пластичности листовых малолегированных высокотехнологичных титановых сплавов группы ОТ4.
Использование предлагаемого сплава на основе титана позволит изготавливать различные конструктивные элементы, в частности высокопрочные сложнопрофильные листовые, что позволить снизить их вес за счет более высокого уровня удельной прочности и повысить надежность по сравнению с традиционно применяемыми листовыми титановыми сплавами.
Claims (4)
1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо и цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит олово, иттрий и/или гадолиний, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
алюминий 1,5-3,5
молибден 1,0-3,0
ванадий 8,0-12,0
хром 2,5-5,0
железо 0,3-1,8
цирконий 0,4-2,0
олово 0,4-2,0
иттрий и/или гадолиний 0,01-0,16
титан и примеси остальное
2. Сплав на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание молибдена и ванадия составляет 9-15 мас. %.
3. Сплав на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание хрома и железа составляет 2,8-6,8 мас. %.
4. Изделие, выполненное из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014153690/02A RU2569285C1 (ru) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Высокопрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из высокопрочного сплава на основе титана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014153690/02A RU2569285C1 (ru) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Высокопрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из высокопрочного сплава на основе титана |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2569285C1 true RU2569285C1 (ru) | 2015-11-20 |
Family
ID=54598400
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014153690/02A RU2569285C1 (ru) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Высокопрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из высокопрочного сплава на основе титана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2569285C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690768C1 (ru) * | 2017-12-21 | 2019-06-05 | Акционерное Общество "Чепецкий Механический Завод" (Ао Чмз) | Сплав на основе титана и прутковая заготовка из сплава на основе титана |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2089641C1 (ru) * | 1994-09-28 | 1997-09-10 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Сплав на основе титана |
RU2009119712A (ru) * | 2006-10-26 | 2010-12-10 | Ниппон Стил Корпорейшн (JP) | Бета-титановый сплав |
-
2014
- 2014-12-29 RU RU2014153690/02A patent/RU2569285C1/ru active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2089641C1 (ru) * | 1994-09-28 | 1997-09-10 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Сплав на основе титана |
RU2009119712A (ru) * | 2006-10-26 | 2010-12-10 | Ниппон Стил Корпорейшн (JP) | Бета-титановый сплав |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690768C1 (ru) * | 2017-12-21 | 2019-06-05 | Акционерное Общество "Чепецкий Механический Завод" (Ао Чмз) | Сплав на основе титана и прутковая заготовка из сплава на основе титана |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2627312C2 (ru) | Титановый сплав с улучшенными свойствами | |
RU2425164C1 (ru) | Вторичный титановый сплав и способ его изготовления | |
AU2003222645B2 (en) | Alpha-beta Ti-A1-V-Mo-Fe alloy | |
KR102356191B1 (ko) | 고강도 티탄 합금 | |
CN103348029B (zh) | 疲劳强度优异的耐磨损性钛合金构件 | |
CN111826550B (zh) | 一种中等强度耐硝酸腐蚀钛合金 | |
US20080210345A1 (en) | Titanium Base Alloy | |
JP2013539822A (ja) | 高強度および延性アルファ/ベータチタン合金 | |
WO2006014124A1 (fr) | Alliage a base de titane | |
RU2610657C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
JP5796810B2 (ja) | 高強度かつ冷間圧延性に優れたチタン合金材 | |
CN105400993B (zh) | 一种耐高速冲击低成本钛合金 | |
CN106566953A (zh) | 一种耐腐蚀合金锻件及其生产方法 | |
RU2569285C1 (ru) | Высокопрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из высокопрочного сплава на основе титана | |
RU2690257C1 (ru) | Сплав на основе титана | |
RU2614356C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
JP2017533342A (ja) | 予測可能な特性を有する難合金化チタン合金 | |
CN107723510B (zh) | 具有TRIP/TWIP效应的高强高塑性β钛合金及其制备方法 | |
RU2606677C1 (ru) | Сплав на основе титана (варианты) и изделие, выполненное из него | |
RU2774671C2 (ru) | Высокопрочные титановые сплавы | |
RU2812206C1 (ru) | Высокопрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
GEPREEL et al. | NEW TI-ALLOYS WITH SUPERIOR SPECIFIC-STRENGTH |