RU2614356C1 - Titanium-based alloy and product made from it - Google Patents
Titanium-based alloy and product made from it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614356C1 RU2614356C1 RU2016114299A RU2016114299A RU2614356C1 RU 2614356 C1 RU2614356 C1 RU 2614356C1 RU 2016114299 A RU2016114299 A RU 2016114299A RU 2016114299 A RU2016114299 A RU 2016114299A RU 2614356 C1 RU2614356 C1 RU 2614356C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- alloy
- zirconium
- tin
- vanadium
- 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 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 широкой номенклатуры (листы, лента, фольга, плиты, прутки, штамповки и др.), которые могут быть использованы в силовых конструкциях авиационной и космической техники, энергетических установок и ракет, длительно работающих при температурах до 350°C.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, and in particular to the creation of titanium alloys intended for use as a high-strength structural thermally hardened material. A wide range of deformed semi-finished products (sheets, tape, foil, plates, rods, stampings, etc.) can be made of alloy, which can be used in power structures of aviation and space technology, power plants and rockets, long-term operating at temperatures up to 350 ° C.
Из уровня техники известно, что легирование редкими металлами (РМ) и редкоземельными металлами (РЗМ) зачастую используется для повышения прочностных свойств сплавов посредством преимущественно дисперсионного упрочнения (доля твердорастворного упрочнения в ряде примеров относительно невелика).It is known from the prior art that alloying with rare metals (RM) and rare-earth metals (REM) is often used to increase the strength properties of alloys through predominantly dispersion hardening (the proportion of solid solution hardening is relatively small in a number of examples).
Так, известен метод формирования направленной текстуры в титановом сплаве, легированном редкими металлами и РЗМ, в количестве до 3 мас.%. Введение РЗМ например эрбия или иттрия в указанном количестве позволяет получить в структуре сплава не менее 0,5 об.% стабильных и стойких при температурах выше Тпп дисперсных частиц, что и вызывает повышение его прочностных и жаропрочных свойств (US 5074907, C22C 14/00, опубл. 24.12.1991).So, the known method of forming a directional texture in a titanium alloy alloyed with rare metals and rare-earth metals in an amount of up to 3 wt.%. The introduction of rare-earth metals such as erbium or yttrium in the specified amount allows to obtain at least 0.5 vol.% Stable and stable dispersed particles at temperatures above T pp , which increases its strength and heat-resistant properties (US 5074907, C22C 14/00 , published on 12.24.1991).
К недостаткам данного способа относится то, что для изготовления полуфабрикатов требуется применение методов порошковой металлургии, а направленная текстура характеризуется выраженной анизотропией свойств. Использование металлических порошков, полученных методом газовой атомизации, и операция их последующего спекания существенно повышают стоимость изделий. Известно, что деформированные полуфабрикаты, обладающие выраженной текстурой и анизотропией свойств, обладают значительно более низкими значениями пластических свойств в поперечном направлении, что снижает гарантированный уровень эксплуатационных свойств изделия.The disadvantages of this method include the fact that the manufacture of semi-finished products requires the use of powder metallurgy methods, and the directional texture is characterized by a pronounced anisotropy of properties. The use of metal powders obtained by gas atomization, and the operation of their subsequent sintering, significantly increase the cost of products. It is known that deformed semi-finished products with a pronounced texture and anisotropy of properties have significantly lower values of plastic properties in the transverse direction, which reduces the guaranteed level of operational properties of the product.
Известен сплав (GB 1479855, С22С 14/00, опубл. 13.07.1977) на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:Known alloy (GB 1479855, C22C 14/00, publ. 07/13/1977) based on titanium, having the following chemical composition, wt.%:
Недостаток сплава заключается в его низкой технологической пластичности, затрудняющей его обработку и изготовление полуфабрикатов.The disadvantage of the alloy is its low technological plasticity, which complicates its processing and the manufacture of semi-finished products.
Известен сплав (JP 2004068146, C22C 14/00, опубл. 04.03.2004) на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:Known alloy (JP 2004068146, C22C 14/00, publ. 04.03.2004) based on titanium, having the following chemical composition, wt.%:
Недостаток известного сплава заключается в длительности упрочняющей термической обработки, недостаточном уровне эксплуатационных свойств, обусловленным преимущественным легированием изоморфными β-стабилизаторами.A disadvantage of the known alloy is the duration of the hardening heat treatment, the insufficient level of operational properties, due to the predominant alloying with isomorphic β-stabilizers.
Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является сплав на основе титана (SU 1621543, C22C 14/00, опубл. 15.08.1994), имеющий следующий химический состав, мас.%:The closest analogue of the claimed technical solution is an alloy based on titanium (SU 1621543, C22C 14/00, publ. 08/15/1994), having the following chemical composition, wt.%:
Недостатком известного сплава является недостаточный уровень пластичности в термически упрочненном состоянии и циклической прочности.A disadvantage of the known alloy is the insufficient level of ductility in a thermally hardened state and cyclic strength.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание титанового сплава, предназначенного для изготовления полуфабрикатов широкого сортамента (листы, плиты, прутки, поковки, штамповки), обладающего повышенным уровнем эксплуатационных свойств.The technical task of the invention is the creation of a titanium alloy intended for the manufacture of semi-finished products of a wide assortment (sheets, plates, rods, forgings, stampings) with a high level of operational properties.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении значений пластичности, термической стабильности и предела ползучести в термически упрочненном состоянии при сохранении значений вязкости разрушения.The technical result of the claimed invention is to increase the values of ductility, thermal stability and creep in a thermally hardened state while maintaining the values of fracture toughness.
Поставленный технический результат достигается с помощью сплава на основе титана, содержащего алюминий, молибден, ванадий, хром, цирконий, олово, ниобий и иттрий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is achieved using an alloy based on titanium containing aluminum, molybdenum, vanadium, chromium, zirconium, tin, niobium and yttrium, in the following ratio of components, wt.%:
Сплав дополнительно может содержать кислород в количестве от 0,04 до 0,16 мас.%.The alloy may additionally contain oxygen in an amount of from 0.04 to 0.16 wt.%.
Суммарное содержание олова и циркония должно находиться в пределах от 2,6 до 6,1 мас.%.The total content of tin and zirconium should be in the range from 2.6 to 6.1 wt.%.
Взаимное соотношение алюминия и кислорода может составлять от 40/1 до 20/1 в мас. долях.The mutual ratio of aluminum and oxygen can be from 40/1 to 20/1 in wt. shares.
Изобретение также относится к изделию из заявленного сплава на основе титана.The invention also relates to a product of the claimed titanium-based alloy.
Авторами было установлено, что регламентированное содержание кислорода и алюминия обеспечивает повышение предела ползучести. 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 и цирконием при соблюдении установленного взаимного соотношения указанных элементов значительно повышает комплекс механических свойств при комнатной и повышенных температурах (например, жаропрочность и предел ползучести). Также легирование сплава оловом в указанной концентрации позволяет повысить пластичность и ускорить процессы распада β-твердого раствора при старении, что приводит к сокращению трудоемкости и энергозатрат при проведении его термической обработки. Введение в сплав ниобия обеспечивает повышение уровня пластичности и вязкости разрушения. 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. Иттрий дополнительно улучшает структурную стабильность границ зерен, повышая тем самым термическую стабильность и предел ползучести сплава.The authors found that the regulated content of oxygen and aluminum provides an increase in the creep limit. Zirconium forms a continuous series of solid solutions with both titanium modifications (α and β), and with increasing zirconium content in the alloy, the tensile strength increases, and its addition significantly increases the long-term strength and creep resistance of the alloy. In addition, zirconium in small quantities modifies the structure of the alloy, changing the nature of the intragranular structure and reducing the grain size. Alloying titanium with tin and zirconium, subject to the established mutual ratio of these elements, significantly increases the set of mechanical properties at room and elevated temperatures (for example, heat resistance and creep limit). Also, alloying the alloy with tin in the indicated concentration makes it possible to increase the ductility and accelerate the decay of the β-solid solution during aging, which leads to a reduction in the complexity and energy consumption during heat treatment. The introduction of niobium into the alloy provides an increase in the level of ductility and fracture toughness. The introduction of the rare-earth metal yttrium in the indicated amount allows one to realize the effect of modifying and refining the microvolumes of the alloy, to provide a more uniform and uniform decay of the β phase during aging, due to a decrease in the critical size of the nucleus of α-phase particles. Yttrium further improves the structural stability of grain boundaries, thereby increasing thermal stability and creep strength of the alloy.
Легирование титановых сплавов молибденом и ванадием обеспечивает возможность достижения высокого уровня прочностных характеристик и эффективности упрочняющей термической обработки. Совместное легирование сплава данными элементами в указанном количестве способствует за счет умеренного твердорастворного упрочнения получению высокой пластичности при умеренно высоких значениях прочностных свойств.Alloying titanium alloys with molybdenum and vanadium provides the ability to achieve a high level of strength characteristics and the effectiveness of hardening heat treatment. Joint alloying of the alloy with these elements in the specified amount contributes to moderate ductility with moderately high strength properties due to moderate solid solution hardening.
Выбранное содержание хрома обусловлено тем, что этот элемент хорошо упрочняет титановые сплавы и является сильным β-стабилизатором. Но при легировании сплава хромом больше установленных в данном изобретении максимальных пределов могут при длительных изотермических выдержках образовываться охрупчивающие интерметаллиды (TiCr2), а при выплавке слитков велика вероятность образования химических неоднородностей.The selected chromium content is due to the fact that this element well strengthens titanium alloys and is a strong β-stabilizer. But when alloying the alloy with chromium more than the maximum limits established in this invention, embrittlement intermetallic compounds (TiCr 2 ) can be formed with long isothermal exposures, and the formation of chemical inhomogeneities is very likely during ingot smelting.
Оптимальное сочетание α- и β-стабилизаторов (алюминия, молибдена, ванадия, хрома и ниобия) позволяет проводить упрочняющую ступенчатую термическую обработку в вакуумных и аргоновакуумных печах, повысить характеристики пластичности и термической стабильности в термически упрочненном состоянии.The optimal combination of α- and β-stabilizers (aluminum, molybdenum, vanadium, chromium and niobium) makes it possible to carry out step-by-step heat treatment in vacuum and argon-vacuum furnaces, and to increase the plasticity and thermal stability characteristics in the thermally hardened state.
Примеры осуществленияExamples of implementation
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 последовательно в несколько этапов: горячая прокатка на промежуточный листовой полуфабрикат, далее теплая и холодная прокатки. Промежуточные листовые полуфабрикаты между операциями прокатки подвергались закалке на β-фазу, пескоструйной обработке и травлению. Готовые листы подвергались упрочняющей термической обработке. Прочностные свойства определялись путем проведения испытаний на растяжение при комнатной температуре.Example 1. The proposed alloy (in accordance with table No. 1) in the form of ingots was smelted using the triple vacuum-arc remelting. Then, the ingots were subjected to deformation processing by comprehensive forging under ordinary or quasi-isothermal conditions for pimps (40-45) × 180-220 × L mm. The resulting stoops were prepared for rolling by planing on all surfaces “as clean”. The rolling of the resulting slides was carried out sequentially in several stages: hot rolling to an intermediate prefabricated sheet, then warm and cold rolling. The intermediate sheet semi-finished products between the rolling operations were subjected to hardening for the β-phase, sandblasting and etching. Finished sheets were subjected to hardening heat treatment. Strength properties were determined by tensile tests at room temperature.
Примеры 2-4 аналогичны примеру 1.Examples 2-4 are similar to example 1.
В таблице 1 приведено содержание легирующих элементов выплавленных слитков, механические свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа (таблица 2).Table 1 shows the content of the alloying elements of the smelted ingots, the mechanical properties of the proposed alloy and the prototype alloy (table 2).
В заявленном сплаве в термически упрочненном состоянии значения пластичности (удлинения) повысились на 15-20%, предела ползучести - повысились на 7-10,5% при сохранении значений вязкости разрушения. Термическая стабильность после выдержки при 400°C в течение 500 ч превышает аналогичные характеристики сплава-прототипа.In the claimed alloy in a thermally hardened state, the ductility (elongation) values increased by 15-20%, the creep limit - increased by 7-10.5% while maintaining the values of fracture toughness. The thermal stability after exposure at 400 ° C for 500 h exceeds the similar characteristics of the prototype alloy.
Использование предлагаемого сплава на основе титана позволяет изготавливать различные конструктивные элементы силовых конструкций авиационной и космической техники, работающих при температурах до 350°C, что позволить повысить уровень эксплуатационных свойств и надежность по сравнению с традиционно применяемыми титановыми сплавами.Using the proposed alloy based on titanium allows to produce various structural elements of the power structures of aviation and space technology, operating at temperatures up to 350 ° C, which allows to increase the level of operational properties and reliability compared to traditionally used titanium alloys.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016114299A RU2614356C1 (en) | 2016-04-13 | 2016-04-13 | Titanium-based alloy and product made from it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016114299A RU2614356C1 (en) | 2016-04-13 | 2016-04-13 | Titanium-based alloy and product made from it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2614356C1 true RU2614356C1 (en) | 2017-03-24 |
Family
ID=58453336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016114299A RU2614356C1 (en) | 2016-04-13 | 2016-04-13 | Titanium-based alloy and product made from it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2614356C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690768C1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-06-05 | Акционерное Общество "Чепецкий Механический Завод" (Ао Чмз) | Titanium-based alloy and bar from titanium-based alloy |
US11920231B2 (en) | 2018-08-28 | 2024-03-05 | Ati Properties Llc | Creep resistant titanium alloys |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU406676A1 (en) * | 1972-05-15 | 1973-11-21 | ||
RU1621543C (en) * | 1989-01-05 | 1994-08-15 | ВНИИ авиационных материалов | Titanium-base alloy |
JP2004068146A (en) * | 2002-06-11 | 2004-03-04 | Sumitomo Metal Ind Ltd | beta TYPE TITANIUM ALLOY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
JP2006034414A (en) * | 2004-07-23 | 2006-02-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Spike for shoe |
US20070175552A1 (en) * | 2003-07-03 | 2007-08-02 | Heinz Sibum | Beta-titanium alloy, method for the production of a hot-rolled product from an alloy of this type, and uses thereof |
-
2016
- 2016-04-13 RU RU2016114299A patent/RU2614356C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU406676A1 (en) * | 1972-05-15 | 1973-11-21 | ||
RU1621543C (en) * | 1989-01-05 | 1994-08-15 | ВНИИ авиационных материалов | Titanium-base alloy |
JP2004068146A (en) * | 2002-06-11 | 2004-03-04 | Sumitomo Metal Ind Ltd | beta TYPE TITANIUM ALLOY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
US20070175552A1 (en) * | 2003-07-03 | 2007-08-02 | Heinz Sibum | Beta-titanium alloy, method for the production of a hot-rolled product from an alloy of this type, and uses thereof |
JP2006034414A (en) * | 2004-07-23 | 2006-02-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Spike for shoe |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690768C1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-06-05 | Акционерное Общество "Чепецкий Механический Завод" (Ао Чмз) | Titanium-based alloy and bar from titanium-based alloy |
US11920231B2 (en) | 2018-08-28 | 2024-03-05 | Ati Properties Llc | Creep resistant titanium alloys |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108559872B (en) | TiAl alloy and preparation method thereof | |
CN105143482B (en) | Nickel-cobalt alloy | |
CN104169449A (en) | Titanium alloy with improved properties | |
CN107250416A (en) | The manufacture method of Ni base superalloy | |
CN111826550B (en) | Moderate-strength nitric acid corrosion resistant titanium alloy | |
JP2013539822A (en) | High strength and ductile alpha / beta titanium alloy | |
JP2011236503A (en) | Method for producing member of titanium-aluminum base alloy, and member | |
RU2610657C1 (en) | Titanium-based alloy and product made from it | |
RU2702887C1 (en) | Alpha-beta-titanium alloy, having improved high-temperature properties and superplasticity | |
EP3844314B1 (en) | Creep resistant titanium alloys | |
RU2525003C1 (en) | Titanium aluminide alloy and method for processing blanks thereof | |
JPH0457734B2 (en) | ||
RU2614356C1 (en) | Titanium-based alloy and product made from it | |
CN105400993B (en) | A kind of low-cost titanium alloy of resistance to high speed impact | |
JP2020026568A (en) | Titanium alloy, method for producing the same and engine component including the same | |
JPH0663049B2 (en) | Titanium alloy with excellent superplastic workability | |
JP5327664B2 (en) | Nickel-based intermetallic compound, said intermetallic compound rolled foil, and method for producing said intermetallic compound rolled plate or foil | |
RU2690768C1 (en) | Titanium-based alloy and bar from titanium-based alloy | |
JP2669004B2 (en) | Β-type titanium alloy with excellent cold workability | |
RU2569285C1 (en) | High strength alloy based on titanium and article made from high strength alloy based on titanium | |
KR20020040583A (en) | Alloy on the basis of titanium aluminide | |
JPH11335758A (en) | High strength titanium alloy excellent in cold ductility | |
JP3297012B2 (en) | High strength titanium alloy with excellent cold rollability | |
RU2812206C1 (en) | High-strength titanium-based alloy and product made from it | |
Volkova et al. | Role of hydrogen in deformed magnesium alloys of the Mg-Zn-Zr-REM system |