RU2614355C1 - Titanium-based alloy and product made from it - Google Patents
Titanium-based alloy and product made from it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614355C1 RU2614355C1 RU2016109626A RU2016109626A RU2614355C1 RU 2614355 C1 RU2614355 C1 RU 2614355C1 RU 2016109626 A RU2016109626 A RU 2016109626A RU 2016109626 A RU2016109626 A RU 2016109626A RU 2614355 C1 RU2614355 C1 RU 2614355C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- titanium
- beryllium
- silicon
- niobium
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
Abstract
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к титановым сплавам, применяемым для изготовления высоконагруженных деталей и узлов, работающих при температурах до 600°С, например для изготовления деформированных полуфабрикатов в виде дисковых и лопаточных заготовок для деталей компрессора газотурбинных двигателей (ГТД).The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, namely, titanium alloys used for the manufacture of highly loaded parts and assemblies operating at temperatures up to 600 ° C, for example, for the manufacture of deformed semi-finished products in the form of disk and blade blanks for compressor parts of gas turbine engines (GTE).
Из /RU 2039112 Сl, 09.07.1995/ известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. %:From / RU 2039112 Cl, July 9, 1995 / a titanium-based alloy is known having the following chemical composition, wt. %:
Недостатком сплава является относительно низкий уровень прочности в интервале температур от 20 до 550°С и узкий температурный интервал обработки давлением в двухфазной области (≈100°С).The disadvantage of the alloy is a relatively low level of strength in the temperature range from 20 to 550 ° C and a narrow temperature range of pressure treatment in the two-phase region (≈100 ° C).
Из /CN 101988167 А, 23.03.2010/ известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. %:From / CN 101988167 A, 03/23/2010 / known alloy based on titanium having the following chemical composition, wt. %:
Недостатком сплава является низкий уровень прочностных свойств при комнатной и повышенных температурах, недостаточный уровень технологической пластичности при обработке давлением, что ограничивает применение сплава лишь сравнительно крупногабаритными поковками и штамповками, изготавливаемыми деформацией при высоких температурах.The disadvantage of the alloy is the low level of strength properties at room and elevated temperatures, the insufficient level of technological plasticity during pressure treatment, which limits the use of the alloy only to relatively large-sized forgings and stampings made by deformation at high temperatures.
Наиболее близким аналогом по составу и назначению является сплав на основе титана, раскрытый в /RU 2507289 С1, 20.02.2014/, который имеет следующий химический состав, мас. %:The closest analogue in composition and purpose is an alloy based on titanium, disclosed in / RU 2507289 C1, 02/20/2014 /, which has the following chemical composition, wt. %:
Недостатком сплава-прототипа является недостаточно высокий уровень прочности при комнатной и повышенных температурах. Высокий уровень пластичности может свидетельствовать о недостаточно высоких эксплуатационных характеристиках при повышенной температуре, в том числе кратковременной и длительной прочности при 600°С, что связано с недостаточной степенью дисперсионного и твердорастворного упрочнения α-и β-твердых растворов сплава.The disadvantage of the prototype alloy is not a sufficiently high level of strength at room and elevated temperatures. A high level of ductility may indicate insufficiently high performance at elevated temperatures, including short-term and long-term strength at 600 ° C, which is associated with an insufficient degree of dispersion and solid solution hardening of α- and β-solid alloy solutions.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение уровня кратковременной прочности титанового сплава при температуре 20°С на 4,0-7,5% и при 6000°С на 8,5-11,5% относительно прототипа при сохранении пластичности при 20°С на удовлетворительном уровне.The technical result of the claimed invention is to increase the level of short-term strength of a titanium alloy at a temperature of 20 ° C by 4.0-7.5% and at 6000 ° C by 8.5-11.5% relative to the prototype while maintaining ductility at 20 ° C at a satisfactory level.
Для достижения поставленного технического результата предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, олово, цирконий, железо, ниобий, кремний, при этом он дополнительно содержит тантал, вольфрам и бериллий при следующем соотношении компонентов, мас. %:To achieve the technical result, an alloy based on titanium containing aluminum, molybdenum, tin, zirconium, iron, niobium, silicon is proposed, while it additionally contains tantalum, tungsten and beryllium in the following ratio of components, wt. %:
Также предложено изделие, выполненное из этого сплава.Also proposed is a product made of this alloy.
Для достижения высокого уровня комплекса физико-механических свойств (прочности, жаропрочности, термической стабильности и технологичности) в сплав в указанном количестве были введены тантал, вольфрам и бериллий, являющиеся β-стабилизаторами. Данные элементы повышают сопротивление сплава окислению, температуру рекристаллизации и оказывают модифицирующее воздействие, повышающее уровень кратковременной прочности при повышенных температурах.To achieve a high level of a set of physicomechanical properties (strength, heat resistance, thermal stability and manufacturability), tantalum, tungsten and beryllium, which are β-stabilizers, were introduced into the alloy in the indicated amount. These elements increase the resistance of the alloy to oxidation, the temperature of recrystallization and have a modifying effect that increases the level of short-term strength at elevated temperatures.
Сплав содержит близкое для жаропрочных титановых сплавов к предельно возможному количество α-стабилизирующего легирующего элемента (алюминий) и нейтральных упрочнителей (олово, цирконий), позволяющих обеспечить его высокую термостабильность и жаропрочность. Дальнейшее увеличение их количества в сплаве неизбежно приведет к снижению термической стабильности, а уменьшение их количества вызовет падение жаропрочных свойств.The alloy contains close to the maximum possible amount of α-stabilizing alloying element (aluminum) and neutral hardeners (tin, zirconium) close to heat-resistant titanium alloys, which ensure its high thermal stability and heat resistance. A further increase in their amount in the alloy will inevitably lead to a decrease in thermal stability, and a decrease in their number will cause a drop in heat-resistant properties.
Легирование сплава β-стабилизаторами (молибден, ниобий, тантал, вольфрам, железо) в указанных пределах позволяет повысить за счет твердорастворного упрочнения уровень кратковременной прочности при 20°С и обеспечить необходимый уровень его технологической пластичности при обработке давлением в верхнем температурном интервале (α+β)-области.Alloying the alloy with β-stabilizers (molybdenum, niobium, tantalum, tungsten, iron) within the indicated limits makes it possible to increase the level of short-term strength at 20 ° C due to solid-solution hardening and to provide the necessary level of its technological plasticity during pressure treatment in the upper temperature range (α + β ) -regions.
Поскольку жаропрочные сплавы в большинстве случаев при рабочей температуре характеризуются метастабильным фазовым составом, существенную роль для них приобретают процессы высокотемпературной диффузии и рекристаллизации. Подавление или замедление этих процессов позволяет повысить не только термостабильность сплава, но и его жаропрочность и жаростойкость. С данной целью в сплав введены Та и W, которые повышают температуру рекристаллизации приблизительно на 50°С и, следовательно, тормозят процессы распада метастабильных структур. Кроме этого, тантал, имея высокое сродство к кислороду, препятствует его диффузии в кристаллической решетке. Также тантал повышает сопротивление сплава проникающему окислению.Since heat-resistant alloys in most cases at a working temperature are characterized by a metastable phase composition, high-temperature diffusion and recrystallization processes play an important role for them. Suppressing or slowing down these processes improves not only the thermal stability of the alloy, but also its heat resistance and heat resistance. For this purpose, Ta and W are introduced into the alloy, which increase the recrystallization temperature by approximately 50 ° C and, therefore, inhibit the decomposition of metastable structures. In addition, tantalum, having a high affinity for oxygen, prevents its diffusion in the crystal lattice. Tantalum also increases the resistance of the alloy to penetrating oxidation.
Кремний в указанном количестве позволяет реализовать одновременно твердорастворный и дисперсионный механизмы упрочнения благодаря наличию в структуре сплава силицидов. За счет своей высокой термической стабильности силициды позволяют повысить жаропрочность сплава. При меньшем содержании кремния количество силицидов недостаточно для значимого повышения жаропрочности, а при превышении указанного количества образуется слишком большое количество крупных выделений силицидов, снижающих пластичность, технологичность сплава и характеристики его длительной работоспособности.Silicon in the specified amount allows you to implement both solid solution and dispersion hardening mechanisms due to the presence of silicides in the structure of the alloy. Due to their high thermal stability, silicides can increase the heat resistance of the alloy. With a lower silicon content, the amount of silicides is not enough to significantly increase the heat resistance, and when this amount is exceeded, too many large precipitates of silicides are formed, which reduce the ductility, manufacturability of the alloy and its long-term performance.
Микродобавки бериллия обеспечивают модифицирующее воздействие на структуру сплава, что приводит к получению более мелкодисперсной и однородно распределенной в объеме полуфабриката структуры. Введение бериллия в меньшем количестве не оказывает необходимого модифицирующего воздействия. Добавление большего количества бериллия в сплав нецелесообразно, поскольку в данном случае потребуется обеспечить специальные меры по организации производства и защите персонала от его негативного воздействия. По причине очень низкой растворимости бериллия в α-фазе титана введение в сплав бериллия в большем количестве приводит к образованию большого количества частиц интерметаллидов, приводящих к охрупчиванию сплава и снижению его технологичности.Beryllium microadditives provide a modifying effect on the alloy structure, which results in a finely dispersed and uniformly distributed structure in the bulk of the semi-finished product. The introduction of beryllium in smaller quantities does not have the necessary modifying effect. Adding more beryllium to the alloy is impractical, since in this case it will be necessary to provide special measures to organize production and protect personnel from its negative effects. Due to the very low solubility of beryllium in the α phase of titanium, the introduction of a large amount of beryllium into the alloy leads to the formation of a large number of intermetallic particles, which leads to embrittlement of the alloy and a decrease in its processability.
Примеры осуществленияExamples of implementation
Предлагаемый сплав и сплав-прототип в виде слитков выплавляли методом тройного вакуумно-дугового переплава. Затем слитки подвергали деформационной обработке путем осадки и всесторонней ковки в квазиизотермических условиях на сутунки. Полученные сутунки были подготовлены под прокатку путем строгания по всем поверхностям. После прокатки и резки на полосы они были осажены в квазиизотермических условиях на профилированные заготовки, которые подвергались окончательной термической обработке и испытаниям.The proposed alloy and prototype alloy in the form of ingots were smelted by the triple vacuum-arc remelting method. Then, the ingots were subjected to deformation processing by upsetting and comprehensive forging in quasi-isothermal conditions on the suture. The resulting stoops were prepared for rolling by planing on all surfaces. After rolling and cutting into strips, they were deposited in quasi-isothermal conditions on profiled billets, which were subjected to final heat treatment and testing.
В таблице 1 приведен химический состав выплавленных слитков.Table 1 shows the chemical composition of the smelted ingots.
Далее определяли следующие характеристики полученных полуфабрикатов:Next, the following characteristics of the obtained semi-finished products were determined:
- предел прочности и относительное удлинение образцов при температуре 20°С определяли путем проведения испытаний на растяжение по ГОСТ 1497;- the tensile strength and elongation of the samples at a temperature of 20 ° C were determined by conducting tensile tests in accordance with GOST 1497;
- предел прочности и относительное удлинение образцов при температуре 600°С определяли путем проведения испытаний на растяжение по ГОСТ 9651.- the tensile strength and elongation of the samples at a temperature of 600 ° C were determined by conducting tensile tests in accordance with GOST 9651.
В таблице 2 приведены механические свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа.Table 2 shows the mechanical properties of the proposed alloy and prototype alloy.
Как видно из таблицы 2, в предлагаемом сплаве по сравнению со сплавом-прототипом повысился уровень предела прочности при температуре 20°С на 4,0-7,5% и при 600°С на 8,5-11,5% при сохранении пластичности при 20°С на удовлетворительном уровне.As can be seen from table 2, in the proposed alloy compared to the prototype alloy, the level of tensile strength at a temperature of 20 ° C increased by 4.0-7.5% and at 600 ° C by 8.5-11.5% while maintaining ductility at 20 ° C at a satisfactory level.
Предлагаемый сплав может быть применен в качестве жаропрочного материала для изготовления деталей (лопаток и дисков) компрессора авиационных газотурбинных двигателей, а также деталей турбин энергетического машиностроения. Изобретение позволит повысить ресурс деталей и весовую эффективность двигателей ГТД за счет более высокого по сравнению с аналогами уровня прочности при рабочей температуре до 600°С.The proposed alloy can be used as a heat-resistant material for the manufacture of parts (blades and disks) of the compressor of aircraft gas turbine engines, as well as parts of turbines of power engineering. The invention will improve the resource of parts and weight efficiency of engines of gas turbine engines due to a higher level of strength compared to analogs at a working temperature of up to 600 ° C.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016109626A RU2614355C1 (en) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Titanium-based alloy and product made from it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016109626A RU2614355C1 (en) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Titanium-based alloy and product made from it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2614355C1 true RU2614355C1 (en) | 2017-03-24 |
Family
ID=58453354
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016109626A RU2614355C1 (en) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Titanium-based alloy and product made from it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2614355C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2867534A (en) * | 1957-01-23 | 1959-01-06 | Crucible Steel Co America | Titanium base alpha dispersoid alloys |
US3510295A (en) * | 1965-05-10 | 1970-05-05 | Titanium Metals Corp | Titanium base alloy |
JPH04202729A (en) * | 1990-11-30 | 1992-07-23 | Daido Steel Co Ltd | Ti alloy excellent in heat resistance |
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 |
RU2484166C1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Titanium-based alloy |
RU2507289C1 (en) * | 2013-03-28 | 2014-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Titanium-based alloy and item made from it |
-
2016
- 2016-03-17 RU RU2016109626A patent/RU2614355C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2867534A (en) * | 1957-01-23 | 1959-01-06 | Crucible Steel Co America | Titanium base alpha dispersoid alloys |
US3510295A (en) * | 1965-05-10 | 1970-05-05 | Titanium Metals Corp | Titanium base alloy |
JPH04202729A (en) * | 1990-11-30 | 1992-07-23 | Daido Steel Co Ltd | Ti alloy excellent in heat resistance |
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 |
RU2484166C1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Titanium-based alloy |
RU2507289C1 (en) * | 2013-03-28 | 2014-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Titanium-based alloy and item made from it |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2013089218A1 (en) | Heat-resistant nickel-based superalloy | |
US11920231B2 (en) | Creep resistant titanium alloys | |
RU2610657C1 (en) | Titanium-based alloy and product made from it | |
EP3202931A1 (en) | Ni BASED SUPERHEAT-RESISTANT ALLOY | |
JP2017508886A (en) | High strength alpha-beta titanium alloy | |
RU2484166C1 (en) | Titanium-based alloy | |
Chandravanshi et al. | Effects of thermomechanical processing and heat treatment on the tensile and creep properties of boron-modified near alpha titanium alloy Ti-1100 | |
JP5645054B2 (en) | Nickel-base heat-resistant superalloys and heat-resistant superalloy components containing annealing twins | |
RU2592657C2 (en) | Heat-resistant titanium-based alloy and article made therefrom | |
RU2614355C1 (en) | Titanium-based alloy and product made from it | |
RU2614356C1 (en) | Titanium-based alloy and product made from it | |
RU2690768C1 (en) | Titanium-based alloy and bar from titanium-based alloy | |
RU2507289C1 (en) | Titanium-based alloy and item made from it | |
RU2659546C1 (en) | Thermal resistant alloy on aluminum basis | |
JPH04501440A (en) | Improved nickel aluminide alloy for high temperature structural materials | |
CN113667872A (en) | Ho reinforced magnesium-lithium alloy and preparation method thereof | |
JP2608689B2 (en) | High strength and high ductility Ti alloy | |
RU2675063C1 (en) | High-temperature hafnium-containing alloy based on titanium | |
RU2471879C1 (en) | Heatproof titanium alloy | |
US3441407A (en) | Titanium-base alloys | |
KR20020040583A (en) | Alloy on the basis of titanium aluminide | |
RU2259414C2 (en) | Alloy on the base of titanium and a hardware product out of it | |
RU2627304C1 (en) | Intermetallide titanium-based alloy and product thereof | |
RU2772153C1 (en) | Creep-resistant titanium alloys | |
RU2614354C1 (en) | Gamma titanium aluminide-based alloy |