RU2675063C1 - Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана - Google Patents
Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675063C1 RU2675063C1 RU2017143916A RU2017143916A RU2675063C1 RU 2675063 C1 RU2675063 C1 RU 2675063C1 RU 2017143916 A RU2017143916 A RU 2017143916A RU 2017143916 A RU2017143916 A RU 2017143916A RU 2675063 C1 RU2675063 C1 RU 2675063C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- hafnium
- alloy
- temperature
- zirconium
- Prior art date
Links
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 37
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- -1 (patent RU 2346998 Chemical compound 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии титановых сплавов и может быть использовано для деталей и узлов ракетных и авиационных двигателей, работающих под высокими нагрузками при температурах до 1000°С, в частности для высокотемпературных изделий газотурбинных двигателей (ГТД). Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана содержит, мас.%: тантал 16-25, гафний 7-15, хром 3-6,5, цирконий 0,01-0,05, углерод 0,01-0,05, кислород 0,03-0,01, азот 0,008-0,02, водород ≤ 0,005, титан - остальное. Сплав получен методом электронно-лучевой плавки. Сплав имеет высокое значение предела прочности σдо 1200 МПа при температурах до 1000°С, обеспечивается надежность работы титановых изделий. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии титановых сплавов и может быть использовано для деталей и узлов ракетных и авиационных двигателей, работающих под высокими нагрузками при температурах до 1000°С, в частности для высокотемпературных изделий газотурбинных двигателей (ГТД).
Известен жаропрочный и жаростойкий титановый сплав (патент RU 2471879, МПК С22С 14/00), содержащий алюминий, цирконий, вольфрам, гафний, титан, дополнительно делегирован танталом при следующем соотношении компонентов, масс. %:
| Алюминий | 6,0-7,5; |
| Цирконий | 3,0-5,0; |
| Вольфрам | 6,0-7,5; |
| Гафний | 2,5-4,0; |
| Тантал | 2,5-4,0; |
| Титан | остальное |
Однако недостатком этого сплава является то, что он может быть использован для изготовления деталей узлов ракетных двигателей, работающих в условиях высоких нагрузок при температурах до 800°С и не выше.
Наиболее близким является сплав на основе титана, (патент RU 2346998, МПК С22С 14/00, опубл.), содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, цирконий, медь, никель, кислород, углерод, азот, водород, остальное титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, масс. %:
| алюминий | 4,3-6,0 |
| молибден | 4,0-5,6 |
| ванадий | 4,0-5,6 |
| хром | 0,5-1,5 |
| железо | 0,5-1,5 |
| цирконий | 0,03-0,5 |
| медь | 0,003-0,15 |
| никель | 0,003-0,15 |
| кислород | 0,02-0,2 |
| углерод | 0,01-0,1 |
| азот | 0,01-0,05 |
| водород | 0,003-0,015 |
| гафний | 0,03-0,5 |
| титан | остальное. |
Недостатками этого сплава являются недостаточная жаропрочность, что обусловлено незначительным содержанием гафния. Сплав легирован молибденом и ванадием, ухудшающих технологичность сплава.
Кроме того, изделия, изготовленные из этого сплава, проявляют эффект сверхпластичности в диапазоне 750-800°С, а при температурах выше указанных, теряют свойства жаростойкости и жаропрочности.
Задачей является разработка жаропрочного, жаростойкого с высокой стойкостью к окислению на воздухе сплава на основе титана, обладающего повышенной способностью к деформированию при многосторонней горячей осадке и холодной прокатке, а также достижение возможности термического упрочнения на высокий уровень прочности (σв до 1200 МПа) и структурной стабильности при температурах до 1000°С.
Технический результат заключается в обеспечении надежности работы титановых изделий, а также высокого значения предела прочности (σв до 1200 МПа) при температурах до 1000°С.
Технический результат достигается в высокотемпературном гафнийсодержащем сплаве на основе титана, содержащем гафний, хром, цирконий, кислород, углерод, водород, азот, причем он дополнительно содержит тантал, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
| Тантал | - 16-25 |
| Гафний | - 7-15 |
| Хром | - 3-6,5 |
| Цирконий | - 0,01-0,05 |
| Углерод | - 0,01-0,05 |
| Кислород | - 0,03-0,01 |
| Азот | - 0,008-0,02 |
| Водород | ≤0,005 |
Титан - остальное, при этом он получен методом электронно-лучевого переплава.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемый сплав содержит тантал, гафний и повышенное содержание хрома, повышающих температуру рекристаллизации титана.
Гафний, также как цирконий, повышает термическую стабильность структуры сплава, увеличивает предел ползучести, прочность при низких и средних температурах, понижает склонность к хладноломкости и улучшает свариваемость сплавов на основе титана. В жидком и твердом состояниях гафний и титан образуют непрерывные ряды твердых растворов. Кроме этого гафний (с небольшим количеством циркония (Zr)) является «нейтральным» упрочнителем твердого раствора на основе титана, действуя по механизму твердорастворного упрочнения, и проявляет себя как элемент, связывающий углерод, с образованием дисперсной второй фазы и препятствующий образованию карбидов и карбонитридов титана, оставляя его в твердом растворе. Карбидная фаза повышает прочность сплава на основе титана в экстремальных условиях за счет дисперсионного упрочнения. Эффект упрочнения определяется количеством упрочняющей фазы и изменяется в зависимости от температуры. Сплав на основе титана с 7-15 масс. % гафния обладает высокой жаростойкостью, близкой к чистому гафнию.
Тантал образует с титаном непрерывные ряды твердых растворов в жидком и твердом состояниях. Тантал в сочетании с гафнием повышает рабочую температуру титанового сплава. Тантал имеет ограниченную растворимость с титаном в его α-модификации.
Хром имеет ограниченную растворимость как в так и в β-модификациях титана. Легирование титана хромом позволило повысить относительное удлинение при сверхпластичном течении сплава на основе титана почти в два раза. При содержании хрома выше предела растворимости, он образует с титаном интерметаллические соединения.
Из-за высокой структурной чувствительности механических свойств к составу сплавов на основе титана одним из эффективных путей увеличения различных служебных характеристик этих сплавов является выбор основных легирующих элементов и их соотношение, которые влияют на термическую стабильность их структуры при повышенных температурах эксплуатации, фазовый состав и микроструктуру сплавов на основе титана. Прочность титановых сплавов определяется эффектом упрочнения от каждого легирующего элемента.
Легирующие добавки, образующие с металлом-основой твердые растворы замещения, могут на сотни градусов повысить температуру начала рекристаллизации, что повысит температуру эксплуатации изделий, изготовленных из заявленного сплава
Газовые примесные элементы повышают прочность титана. Сплавы, содержащие ≥0,05% азота, не имеют практического применения. При содержании в сплаве на основе титана кислорода <0,5% пластичность титана не ухудшает, однако в титановых сплавах, кислород следует рассматривать как вредную примесь. Углерод относится к слабым упрочнителям, но при содержании его в сплаве >0,2% появляется хрупкая карбидная фаза в виде TiC.. Для повышения технологической деформируемости сплавов на основе титана количество в нем металлических и газовых примесей должно быть не более 3 масс. %.
Для исследования свойств сплава был выплавлен в электронно-лучевой печи методом двойного переплава слиток заявленного состава, в котором химическим анализом стружки, взятой с боковой и торцевых поверхностей слитка, определен плавочный состав, масс. %: соотношении компонентов, масс. %:
| Тантал | - 16-25 |
| Гафний | - 7-15 |
| Хром | - 3-6,5 |
| Цирконий | - 0,01-0,05 |
| Углерод | - 0,01-0,05 |
| Кислород | - 0,03-0,01 |
| Азот | - 0,008-0,02 |
| Водород | ≤ 0,005 |
| Титан | - Остальное. |
Механические и свойства и сопротивление высокотемпературному окислению определяли на пластинах толщиной 2,0 мм, изготовленных горячей и холодной обработкой давлением слитка сплава предложенного состава на основе титана и полуфабриката и подвергнутых финишной термической обработке при температуре 1000°С после холодной деформации листового материала со степенью обжатия.
Использование заявленного сплава обеспечивает возможность достижения высокой прочности (до 1200 Мпа), термическую стабильность структуры при циклических испытаниях на воздухе при температуре до 1000°С. Высокопрочный гафнийсодержащий сплав на основе титана разработан применительно для высокотемпературных изделий газотурбинных двигателей (ГТД), работающих при высокой температуре в вакууме или окислительной атмосфере.
При кратковременных механических испытаниях разрывного образца при температуре 1000°С и скорости деформирования 1 мм/мин проявилась сверхпластичность, при этом поверхность приобрела незначительный желтый оттенок за счет образования на поверхности окисной пленки сложного состава. Тантал и гафний обеспечили высокую жаропрочность и жаростойкость сплава на основе титана. Сверхпластичность сплава обеспечивается благодаря малому размеру зерна, высокой плотности дефектов кристаллической решетки и образованию двухфазной структуры.
Таким образом, заявленный сплав обладает высокой способностью к деформированию при горячей и холодной обработке давлением, жаропрочностью, жаростойкостью и структурной стабильностью.
Claims (3)
- Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана, содержащий гафний, хром, цирконий, кислород, углерод, азот, водород, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тантал, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
-
Тантал 16-25 Гафний 7-15 Хром 3-6,5 Цирконий 0,01-0,05 Углерод 0,01-0,05 Кислород 0,01-0,03 Азот 0,008-0,02 Водород ≤0,005 Титан Остальное - при этом он получен методом электронно-лучевого переплава.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143916A RU2675063C1 (ru) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143916A RU2675063C1 (ru) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2675063C1 true RU2675063C1 (ru) | 2018-12-14 |
Family
ID=64753288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017143916A RU2675063C1 (ru) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2675063C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU322389A1 (ru) * | 1965-11-10 | 1971-11-30 | Ьлио Теиа | Антикоррозионный сплав титана с танталом |
| JP2003342654A (ja) * | 2002-05-28 | 2003-12-03 | Toshiba Corp | チタン合金 |
| JP2005097700A (ja) * | 2003-09-26 | 2005-04-14 | Toshiba Corp | チタン合金、チタン合金部材、およびチタン合金の製造方法 |
| EP1114876B1 (en) * | 1999-06-11 | 2006-08-23 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Titanium alloy and method for producing the same |
| RU2471879C1 (ru) * | 2011-12-14 | 2013-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "КОММЕТПРОМ" (ООО "КОММЕТПРОМ" "COMMETPROM") | Жаропрочный и жаростойкий титановый сплав |
-
2017
- 2017-12-14 RU RU2017143916A patent/RU2675063C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU322389A1 (ru) * | 1965-11-10 | 1971-11-30 | Ьлио Теиа | Антикоррозионный сплав титана с танталом |
| EP1114876B1 (en) * | 1999-06-11 | 2006-08-23 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Titanium alloy and method for producing the same |
| JP2003342654A (ja) * | 2002-05-28 | 2003-12-03 | Toshiba Corp | チタン合金 |
| JP2005097700A (ja) * | 2003-09-26 | 2005-04-14 | Toshiba Corp | チタン合金、チタン合金部材、およびチタン合金の製造方法 |
| RU2471879C1 (ru) * | 2011-12-14 | 2013-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "КОММЕТПРОМ" (ООО "КОММЕТПРОМ" "COMMETPROM") | Жаропрочный и жаростойкий титановый сплав |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2650659C2 (ru) | ЛЕГКООБРАБАТЫВАЕМЫЕ, ВЫСОКОПРОЧНЫЕ, СТОЙКИЕ К ОКИСЛЕНИЮ Ni-Cr-Co-Mo-Al-СПЛАВЫ | |
| US20190040501A1 (en) | Nickel-cobalt alloy | |
| JP6430103B2 (ja) | 高温において良好な耐酸化性と高い強度を有するチタン合金 | |
| RU2377336C2 (ru) | Сплав для газотурбинных двигателей | |
| US8734716B2 (en) | Heat-resistant superalloy | |
| US11519056B2 (en) | Ni-based super-heat-resistant alloy for aircraft engine cases, and aircraft engine case formed of same | |
| US10837085B2 (en) | Beta titanium alloy sheet for elevated temperature applications | |
| US7922969B2 (en) | Corrosion-resistant nickel-base alloy | |
| EP3520915A1 (en) | Method of manufacturing ni-based super heat resistant alloy extruded material, and ni-based super heat resistant alloy extruded material | |
| AU2017200656A1 (en) | Ni-based superalloy for hot forging | |
| JP4768672B2 (ja) | 組織安定性と高温強度に優れたＮｉ基合金およびＮｉ基合金材の製造方法 | |
| JP2022501495A (ja) | 耐クリープ性チタン合金 | |
| JP5769204B2 (ja) | 高温特性および耐水素脆化特性に優れたＦｅ−Ｎｉ基合金およびその製造方法 | |
| RU2675063C1 (ru) | Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана | |
| RU2776521C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
| RU2614356C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
| RU2404275C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля | |
| JP2017137534A (ja) | ニッケル基合金 | |
| US2842439A (en) | High strength alloy for use at elevated temperatures | |
| RU2614355C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
| Hamdani et al. | Development of Ultra-high Purity (UHP) Fe-Based Alloys with High Creep and Oxidation Resistance for A-USC Technology | |
| RU206356U1 (ru) | Лопатка турбины для газотурбинных двигателей и энергетических установок | |
| US3254994A (en) | Alloys having improved stress rupture properties | |
| RU2777099C1 (ru) | Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
| US3188204A (en) | Nickel-alloy |