RU2610657C1 - Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него - Google Patents

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него Download PDF

Info

Publication number
RU2610657C1
RU2610657C1 RU2015143327A RU2015143327A RU2610657C1 RU 2610657 C1 RU2610657 C1 RU 2610657C1 RU 2015143327 A RU2015143327 A RU 2015143327A RU 2015143327 A RU2015143327 A RU 2015143327A RU 2610657 C1 RU2610657 C1 RU 2610657C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
alloy
oxygen
zirconium
tin
Prior art date
Application number
RU2015143327A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Николаевич Каблов
Юрий Александрович Грибков
Надежда Алексеевна Ночовная
Андрей Александрович Ширяев
Евгений Борисович Алексеев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
Priority to RU2015143327A priority Critical patent/RU2610657C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2610657C1 publication Critical patent/RU2610657C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C14/00Alloys based on titanium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно к титановым сплавам, предназначенным для использования в качестве высокопрочного конструкционного термически упрочняемого материала для изготовления деталей силовых конструкций авиационной и космической техники, энергетических установок, ракет, длительно работающих при температурах до 350°C. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 1,0-6,0; молибден 5,0-10,0; ванадий 5,0-10,0; железо 0,3-3,5; хром 0,3-3,5; олово 0,1-2,0; цирконий 0,1-2,0; сера 0,0001-0,30; кислород 0,01-0,20; азот 0,005-0,050; водород 0,003-0,020; углерод 0,005-0,100; кремний 0,01-0,10; титан – остальное. Сплав характеризуется высокими характеристикам трещиностойкости и технологической пластичности. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве высокопрочного конструкционного термически упрочняемого материала. Из сплава могут быть изготовлены деформированные полуфабрикаты (листы, лента, фольга, плиты, прутки, штамповки и др.), которые применяются для изготовления деталей силовых конструкций авиационной и космической техники, энергетических установок, ракет, длительно работающих при температурах до 350°C.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, масс. % (GB 1479855, МПК С22С 14/00, опубл. 13.07.1977 г.):
алюминий 1,0-6,0
ванадий 0,1-10,0
молибден 5,0-10,0
хром 4,0-12,0
железо 0,1-4,0
никель 0,3-4,0
кислород <0,2
азот <0,1
водород <0,03
углерод <0,05
титан остальное
Недостаток сплава заключается в его низкой технологической пластичности, затрудняющей его обработку и изготовление полуфабрикатов.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, масс. % (а.с. 443090, МПК С22С 15/00, опубл. 15.09.1974 г.):
алюминий 2,0-7,0
молибден 1,0-9,0
ванадий 2,0-15,0
хром 0,3-4,0
железо 0,3-4,0
водород 0,001-0,015
олово 0,5-7,0
медь 0,5-3,0
кислород 0,04-0,20
титан остальное
Недостатком сплава является низкая технологическая пластичность, что ограничивает применение сплава лишь поковками и штамповками, изготавливаемыми деформацией при высоких температурах, а также то, что эффективное упрочнение этих сплавов достигается закалкой в воду и старением, т.е. при больших скоростях охлаждения, связанных с большими поводками и окислением при переносе в закалочную среду. Кроме того, применение указанного сплава в связи с его низкой трещиностойкостью возможно лишь для изделий кратковременного ресурса.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана (а.с. 1039245, МПК С22С 14/00, опубл. 10.10.2015 г.), имеющий следующий химический состав, масс. %:
алюминий 1,0-6,0
молибден 5,0-10,0
ванадий 5,0-10,0
железо 0,3-3,5
хром 0,3-3,5
олово 0,1-2,0
цирконий 0,1-2,0
кислород 0,01-0,20
азот 0,005-0,050
водород 0,003-0,020
углерод 0,005-0,100
кремний 0,01-0,10
титан остальное
Недостатком сплава-прототипа является низкая технологическая пластичность и недостаточно высокие характеристики трещиностойкости.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение трещиностойкости и технологической пластичности на 8-13 и 9-18% соответственно.
Для достижения поставленного технического результата предлагается сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, олово, цирконий, кислород, водород, азот, углерод, кремний, отличающийся тем, что дополнительно содержит серу, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
алюминий 1,0-6,0
молибден 5,0-10,0
ванадий 5,0-10,0
железо 0,3-3,5
хром 0,3-3,5
олово 0,1-2,0
цирконий 0,1-2,0
сера 0,0001-0,30
кислород 0,01-0,20
азот 0,005-0,050
водород 0,003-0,020
углерод 0,005-0,100
кремний 0,01-0,10
титан остальное
и изделие, выполненное из этого сплава.
Сплав дополнительно также может содержать иттрий в количестве от 0,01 до 0,15 масс. % или ниобий в количестве от 0,01 до 0,2 масс. %.
Взаимное соотношение алюминия и кислорода в сплаве может составлять от 42/1 до 19/1 (в масс. долях) при условии содержания алюминия в сплаве не более 2,5 масс. %. Вышеуказанное соотношение позволяет реализовать более высокий уровень технологической пластичности за счет снижения степени твердорастворного упрочнения сплава алюминием и кислородом, которые, как известно, являются одними из наиболее эффективных упрочняющих компонентов титановых сплавов.
Установлено, что легирование кислородом, азотом, углеродом и кремнием существенно повышает прочность сплава. Цирконий образует непрерывный ряд твердых растворов с обеими модификациями титана (α и β), и с увеличением содержания циркония в сплаве возрастает предел прочности, также его добавка существенно повышает длительную прочность и сопротивление ползучести сплава. Кроме того, цирконий в небольших количествах оказывает модифицирующее влияние на структуру сплава, изменяя характер внутризеренной структуры и уменьшая размер зерна. Легирование титана оловом в присутствии циркония значительно повышает механические свойства и особенно трещиностойкость при комнатной и повышенных температурах. Дополнительное легирование сплава оловом в концентрации 1-2 масс. % позволяет повысить пластичность и ускорить процессы распада β-твердого раствора при старении, что приводит к сокращению трудоемкости и энергозатрат при проведении его термической обработки. Еще более эффективное влияние олова на упрочнение титана проявляется при испытании на жаропрочность. Введение в сплав ниобия обеспечивает повышение уровня пластичности и вязкости разрушения на 3-8% (отн.). Введение редкоземельного металла иттрия в указанном количестве позволяет реализовать эффект модифицирования и рафинирования микрообъемов сплава, обеспечить более равномерный и однородный распад β-фазы при старении, обусловленный снижением критического размера зародыша частиц α-фазы. Вышеуказанные эффекты позволяют дополнительно повысить прочностные и пластические характеристики сплава в термически упрочненном состоянии на величину от 2 до 9% (отн.) по сравнению с модельными составами без иттрия.
Микролегирование сплава серой обеспечивает повышение технологичности, которое заключается в улучшении обрабатываемости (резанием, точением и т.д.), снижает износ режущего инструмента и увеличивает срок его службы. Увеличение содержания серы улучшает показатели механической обрабатываемости за счет выделения металлидных соединений, но при концентрации примерно 0,2-0,3 масс. % снижаются технологичность и характеристики длительной работоспособности. При превышении указанных максимальных пределов обрабатываемость в горячем состоянии ухудшается.
Увеличение количества β-стабилизирующих элементов (молибдена до 10%), введение олова и циркония до 2%, а также регламентированное присутствие кислорода, углерода, кремния, азота в предлагаемом сплаве приводит к увеличению коэффициента β-стабилизации (Кβ), позволяя проводить упрочняющую ступенчатую термическую обработку, повышает характеристики трещиностойкости и технологической пластичности без снижения характеристик прочности.
Установленное содержание ванадия способствует (за счет его умеренного твердорастворного упрочнения) получению высокой технологичности сплава при умеренно высоких значениях прочностных свойств.
Выбранное содержание хрома и железа обусловлено тем, что эти элементы хорошо упрочняют титановые сплавы и являются сильными β-стабилизаторами. Но в сплавах с их высоким содержанием (более установленных в данном изобретении максимальных пределов) могут при длительных изотермических выдержках образовываться охрупчивающие интерметаллиды, а при выплавке слитков велика вероятность образования химических неоднородностей.
Предложенный сплав хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях. Путем холодной прокатки из предложенного сплава можно изготавливать тонкую ленту и фольгу. При горячей изотермической штамповке сплав отличается низкими удельными давлениями течения металла (90-110 МПа при температуре 700°C при скорости деформирования 3,2 мм/мин). Термическая обработка сплава включает ступенчатый отжиг в вакуумных печах или печах с защитной атмосферой.
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. Полученные сутунки были подготовлены под прокатку путем строгания по всем поверхностям. Прокатка полученных сутунок проводилась в несколько этапов с промежуточными отжигами. Готовые листы подвергались окончательной термической обработке.
Примеры 2-4 аналогичны примеру 1.
В таблице 1 приведен химический состав выплавленных слитков.
Далее определяли следующие характеристики полученных полуфабрикатов (листы):
- предел прочности и относительное удлинение определяли путем проведения испытаний на растяжение образцов при комнатной температуре по ГОСТ 1497;
- предел технологической пластичности определяли в закаленном состоянии путем деформации цилиндрических образцов осадкой по ГОСТ 8817;
- угол изгиба определяли при комнатной температуре по ГОСТ 14019;
- КС у, МПа м-1/2, критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоского напряженного состояния по ОСТ 1 90356;
- (КСТ) Дж/см2, ударная вязкость образца с концентратором вида Т по ГОСТ 9454;
- удельные давления течения металла определены по ГОСТ 25.503;
- была проведена оценка характеристик механической обрабатываемости резанием, показатели которой выражены в баллах по 10-бальной шкале, где 10 - наилучший показатель. При оценке учитывался износ режущего инструмента и связанный с ним ресурс, характеристики стружки, ее размер, степень перегрева стружки и заготовки.
В таблице 2 приведены механические и технологические свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа.
Как видно из таблицы 2, в предлагаемом сплаве по сравнению со сплавом-прототипом технологичность при обработке резанием повысилась на 1-2 балла, технологическая пластичность повысилась на 9-18%, характеристики трещиностойкости (K1C) - на 8-13%, остальные характеристики сохранены на примерно одинаковом уровне.
Предлагаемый сплав может быть применен в качестве конструкционного материала для изготовления крупногабаритных деталей и конструкций методом холодного деформирования с высоким коэффициентом использования металла. Сплав обладает высокой надежностью по сравнению с известным благодаря повышенным характеристикам трещиностойкости и может быть использован для изделий длительного ресурса (например, в гражданской авиации).
Figure 00000001
Figure 00000002

Claims (6)

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, олово, цирконий, кислород, водород, азот, углерод и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит серу, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
алюминий 1,0-6,0 молибден 5,0-10,0 ванадий 5,0-10,0 железо 0,3-3,5 хром 0,3-3,5 олово 0,1-2,0 цирконий 0,1-2,0 сера 0,0001-0,30 кислород 0,01-0,20 азот 0,005-0,050 водород 0,003-0,020 углерод 0,005-0,100 кремний 0,01-0,10 титан остальное
2. Сплав на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит иттрий в количестве от 0,01 до 0,15 мас. %.
3. Сплав на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ниобий в количестве от 0,01 до 0,2 мас. %.
4. Сплав на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что соотношение алюминия и кислорода составляет от 42/1 до 19/1 (в мас. долях) при содержании алюминия в сплаве не более 2,5 мас. %.
5. Изделие, выполненное из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.
RU2015143327A 2015-10-13 2015-10-13 Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него RU2610657C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015143327A RU2610657C1 (ru) 2015-10-13 2015-10-13 Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015143327A RU2610657C1 (ru) 2015-10-13 2015-10-13 Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2610657C1 true RU2610657C1 (ru) 2017-02-14

Family

ID=58458681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015143327A RU2610657C1 (ru) 2015-10-13 2015-10-13 Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610657C1 (ru)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108070737A (zh) * 2017-12-11 2018-05-25 李春浓 一种高尔夫球头用钛合金
RU2690257C1 (ru) * 2018-11-28 2019-05-31 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Сплав на основе титана
CN111225989A (zh) * 2017-10-06 2020-06-02 莫纳什大学 改进的可热处理钛合金
CN112752855A (zh) * 2018-09-25 2021-05-04 钛金属公司 具有中等强度和高延展性的钛合金
RU2776521C1 (ru) * 2021-07-29 2022-07-21 Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него
US11920231B2 (en) 2018-08-28 2024-03-05 Ati Properties Llc Creep resistant titanium alloys

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1479855A (en) * 1976-04-23 1977-07-13 Statni Vyzkumny Ustav Material Protective coating for titanium alloy blades for turbine and turbo-compressor rotors
US5304263A (en) * 1991-05-14 1994-04-19 Compagnie Europeenne Du Zirconium Cezus Titanium alloy part
US20100074795A1 (en) * 2006-10-26 2010-03-25 Kazuhiro Takahashi Beta-TYPE TITANIUM ALLOY
RU2496901C2 (ru) * 2009-05-29 2013-10-27 Титаниум Металс Корпорейшн Сплав, близкий к бета-титану, для применений, требующих высокой прочности, и способы его изготовления
SU1039245A1 (ru) * 1982-02-08 2015-10-10 В.Н. Моисеев Сплав на основе титана

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1479855A (en) * 1976-04-23 1977-07-13 Statni Vyzkumny Ustav Material Protective coating for titanium alloy blades for turbine and turbo-compressor rotors
SU1039245A1 (ru) * 1982-02-08 2015-10-10 В.Н. Моисеев Сплав на основе титана
US5304263A (en) * 1991-05-14 1994-04-19 Compagnie Europeenne Du Zirconium Cezus Titanium alloy part
US20100074795A1 (en) * 2006-10-26 2010-03-25 Kazuhiro Takahashi Beta-TYPE TITANIUM ALLOY
RU2496901C2 (ru) * 2009-05-29 2013-10-27 Титаниум Металс Корпорейшн Сплав, близкий к бета-титану, для применений, требующих высокой прочности, и способы его изготовления

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111225989A (zh) * 2017-10-06 2020-06-02 莫纳什大学 改进的可热处理钛合金
CN111225989B (zh) * 2017-10-06 2022-03-15 莫纳什大学 改进的可热处理钛合金
CN108070737A (zh) * 2017-12-11 2018-05-25 李春浓 一种高尔夫球头用钛合金
US11920231B2 (en) 2018-08-28 2024-03-05 Ati Properties Llc Creep resistant titanium alloys
CN112752855A (zh) * 2018-09-25 2021-05-04 钛金属公司 具有中等强度和高延展性的钛合金
US11708630B2 (en) 2018-09-25 2023-07-25 Titanium Metals Corporation Titanium alloy with moderate strength and high ductility
RU2690257C1 (ru) * 2018-11-28 2019-05-31 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Сплав на основе титана
RU2776521C1 (ru) * 2021-07-29 2022-07-21 Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него
WO2023009030A1 (ru) * 2021-07-29 2023-02-02 Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2610657C1 (ru) Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него
CN110144496A (zh) 具有改良性能的钛合金
CN105779817A (zh) 一种低成本高强高韧钛合金及其制备方法
AU2022224763B2 (en) Creep resistant titanium alloys
CN107574335A (zh) 一种中强度钛合金及其制备方法
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
CN106435279B (zh) 一种高强度抗氧化高温合金及其热处理工艺和应用
AU759402B2 (en) Aluminium based alloy and method for subjecting it to heat treatment
CN104818408A (zh) 一种高强度Ti-Al-Fe-Si合金及其制备方法
CN104789821A (zh) 一种含铬防锈铝合金材料及其处理工艺
RU2525003C1 (ru) Сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него
RU2614356C1 (ru) Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него
CN104388823B (zh) 一种高强度耐热合金钢
RU2583556C2 (ru) Экономнолегированный титановый сплав
CN107746992A (zh) 一种低成本高强度高钛合金及其制备方法
RU2690257C1 (ru) Сплав на основе титана
CN106756404A (zh) 一种用于燃烧室零部件的Co基合金及其制备方法
RU2569285C1 (ru) Высокопрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из высокопрочного сплава на основе титана
RU2560481C1 (ru) СПЛАВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Al-Cu-Li И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
RU2606677C1 (ru) Сплав на основе титана (варианты) и изделие, выполненное из него
RU2576286C2 (ru) Сплав на основе алюминия
RU2610190C1 (ru) Высокопрочный сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него
RU2706916C2 (ru) Заготовка для изготовления упругих элементов из сплава на основе титана
Li et al. Effect of Ce on deformation performance of ZK20 magnesium alloy
KR20240070638A (ko) 티타늄 합금 및 그로부터 제조된 물품