RU2744837C2 - Сплав на основе титана и способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана с помощью аддитивного технологического процесса - Google Patents

Сплав на основе титана и способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана с помощью аддитивного технологического процесса Download PDF

Info

Publication number
RU2744837C2
RU2744837C2 RU2017136865A RU2017136865A RU2744837C2 RU 2744837 C2 RU2744837 C2 RU 2744837C2 RU 2017136865 A RU2017136865 A RU 2017136865A RU 2017136865 A RU2017136865 A RU 2017136865A RU 2744837 C2 RU2744837 C2 RU 2744837C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
based alloy
alloy according
additive manufacturing
component
Prior art date
Application number
RU2017136865A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017136865A3 (ru
RU2017136865A (ru
Inventor
Джеймс Дин КОТТОН
Мэтью Джон КРИЛЛ
Араш ГХАБЧИ
Наталья Георгиевна МИТРОПОЛЬСКАЯ
Original Assignee
Зе Боинг Компани
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 Зе Боинг Компани filed Critical Зе Боинг Компани
Priority to RU2017136865A priority Critical patent/RU2744837C2/ru
Priority to US15/801,050 priority patent/US10851439B2/en
Priority to CN201810978802.8A priority patent/CN109680183B/zh
Priority to CA3017191A priority patent/CA3017191C/en
Priority to EP18198064.0A priority patent/EP3473739B1/en
Priority to BR102018071109-1A priority patent/BR102018071109B1/pt
Priority to JP2018194033A priority patent/JP7353031B2/ja
Publication of RU2017136865A publication Critical patent/RU2017136865A/ru
Priority to US16/832,072 priority patent/US11486025B2/en
Publication of RU2017136865A3 publication Critical patent/RU2017136865A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2744837C2 publication Critical patent/RU2744837C2/ru

Links

Images

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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/22—Direct deposition of molten metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе титана, которые могут использоваться для изготовления деталей с использованием аддитивных технологий. Сплав на основе титана, содержащий по меньшей мере один элемент из ряда лантаноидов от 0,001 до 1,0 мас. % в сумме, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей алюминий, цирконий, олово, кислород, молибден, ванадий, ниобий, железо и хром в количестве, определенном на основе алюминиевого эквивалента Al-eq=Al%+Zr%/6+Sn%/3+10∙(O%), составляющего не более 7,5, и молибденового эквивалента Mo-eq=Mo%+0,67∙V%+0,33∙Nb%+2,9∙Fe%+1,6∙Cr%, равного 2,7-47,5, титан и примеси - остальное. Обеспечивается повышение прочности, пластичности и усталостных свойств. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Область техники, к которой принадлежит настоящая заявка, относится к сплавам на основе титана и способам получения комплектующих деталей из сплава на основе титана.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Комплектующие детали, полученные из сплавов на основе титана, находят широкое применение в авиации и космонавтике благодаря высокому отношению предела прочности к массе, отличной коррозионной стойкости и высокотемпературным свойствам. Однако высокая стоимость сырьевых материалов наряду с высоким соотношением закупленного и использованного материала способствует развитию в авиационно-космической промышленности технологий изготовления деталей с повышенной точностью, в том числе аддитивных технологических процессов.
[0003] Сплавы на основе титана демонстрируют такое поведение при затвердевании, при котором кристаллы высокотемпературной бета-фазы служат центром кристаллизации и вырастают до больших размеров во время аддитивных процессов осаждения. Микроструктура, содержащая крупные зерна, приводит к получению материала с пониженными статическими, а также усталостными свойствами. Кроме того, у удлиненных зерен бета-фазы остается кристаллографическая текстура, что приводит к развитию более анизотропных свойств.
[0004] Кроме того, условие, приводящее к образованию зерен бета-фазы большого размера, также может способствовать образованию альфа-фазы на границе зерен, что, при жестком условии, способствует незначительному удлинению. Еще одна проблема, возникающая во время аддитивных технологических процессов, состоит в сочетании медленного затвердевания (более низкой скорости охлаждения) с высоким температурным градиентом - такая комбинация особенно способствует образованию крупных, удлиненных зерен. Таким образом, указанные недостатки ограничивают использование сплавов на основе титана в аддитивном производстве в самых важных областях применения, таких как области, рассчитанные на усталость при циклическом нагружении или термическую усталость, или области, рассчитанные на статические свойства при более низких пределах способности к растяжению. Соответственно, специалисты в данной области техники продолжают научно-исследовательские работы в области сплавов на основе титана и способов получения комплектующих деталей из сплавов на основе титана с помощью аддитивного технологического процесса.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Согласно одному из вариантов реализации сплав на основе титана содержит в сумме от 0,001 до 1,0% масс. по меньшей мере одного элемента из ряда лантаноидов, остаток в виде титана и примеси.
[0006] Согласно другому варианту реализации, способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана включает обеспечение исходного материала сплава на основе титана, содержащего в сумме от 0,001 до 1,0% по массе по меньшей мере одного элемента из ряда лантаноидов, остаток в виде титана и примеси, и формирование комплектующей детали из сплава на основе титана из исходного материала сплава на основе титана с помощью аддитивного технологического процесса.
[0007] Другие варианты реализации предложенного сплава на основе титана и способа получения комплектующей детали из сплава на основе титана станут очевидны из приведенного ниже подробного описания, прилагаемых чертежей и прилагаемой формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] Фиг. 1 представляет собой блок-схему, на которой показан способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана;
[0009] На фиг. 2А, 2В и 2С показаны микроструктуры экспериментальных сплавов в состоянии непосредственно после отливки;
[0010] На фиг. 3А-3I показаны микроструктуры экспериментальных сплавов после отжига;
[0011] На фиг. 4А и 4В показаны микроструктуры, содержащие интерметаллические частицы, богатые элементами из ряда лантаноидов;
[0012] Фиг. 5 представляет собой схему последовательности операций при производстве воздушного судна и методологии обслуживания воздушного судна; и
[0013] Фиг. 6 представляет собой структурную схему воздушного судна.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0014] Настоящее описание относится к сплаву на основе титана, содержащему в сумме от 0,001 до 1,0% по массе по меньшей мере одного элемента из ряда лантаноидов. Сплав на основе титана определяют как любой сплав, содержащий более 50% по массе титана.
[0015] Согласно одному из аспектов сплав на основе титана содержит дополнительные количества по меньшей мере одного элемента, выбранного из алюминия (Al), циркония (Zr), олова (Sn), кислорода (О), молибдена (Мо), ванадия (V), ниобия (Nb), железа (Fe) и хрома (Cr), при этом указанные количества определяются на основе значений их алюминиевого эквивалента и молибденового эквивалента, при этом алюминиевый эквивалент (Al-eq) составляет от 0 до 7,5% и молибденовый эквивалент (Mo-eq) составляет от 2,7 до 47,5 и при этом Al-eq и Mo-eq определяются следующим образом:
[0016] Al-eq=Al%+Zr%/6+Sn%/3+10×(O%)
[0017] Mo-eq=Mo%+0,67×V%+0,33×Nb%+2,9×Fe%+1,6×Cr%
[0018] Элементы из ряда лантаноидов включают лантан (La), церий (Се), празеодим (Pr), неодим (Nd), прометий (Pm), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Но), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Tb) и лютеций (Lu). Перечисленные элементы называют «элементами из ряда лантаноидов», поскольку все указанные элементы в ряду лантаноидов являются химически подобными.
[0019] Небольшие количества элементов из ряда лантаноидов добавляют в сплав на основе титана согласно настоящему описанию для уменьшения склонности к образованию крупных зерен в процессе затвердевания. Хотя настоящее изобретение не ограничено теорией, полагают, что этот эффект добавления элементов из ряда лантаноидов обусловлен их высоким сродством к кислороду, склонностью к образованию кластеров в жидкой фазе и низкой растворимостью в твердой фазе, при это все из перечисленных свойств обычно возмущают фронт на границе раздела твердой/жидкой фаз в процессе затвердевания, что, тем самым, препятствует росту крупных зерен и приводит к более мелкому размеру зерен в затвердевшей микроструктуре. Более мелкий размер зерен в затвердевшем сплаве на основе титана обеспечивает лучшие прочность, пластичность и усталостные свойства.
[0020] Минимальное общее количество одного или более элементов из ряда лантаноидов в сплаве на основе титана составляет 0,001%, предпочтительно 0,01% по массе. Если общее количество одного или более элементов из ряда лантаноидов является слишком низким, предполагаемый эффект не достигается.
[0021] Максимальное общее количество одного или более элементов из ряда лантаноидов составляет 1,0%, предпочтительно 0,5% по массе. Если общее количество одного или более элементов из ряда лантаноидов является слишком высоким, затраты на добавление указанных элементов из ряда лантаноидов становятся слишком большими.
[0022] Соответственно, сплав на основе титана согласно настоящему описанию содержит в общей сложности один или более элементов из ряда лантаноидов в количестве от 0,001 до 1,0% по массе и предпочтительно в количестве от 0,01 до 0,5% по массе.
[0023] Согласно одному из аспектов один или более элементов из ряда лантаноидов выбирают из неодима (Nd), гадолиния (Gd), диспрозия (Dy) и эрбия (Er), при этом сплав на основе титана содержит в сумме от 0,001 до 1,0% по массе, предпочтительно от 0,01 до 0,5% по массе Nd, Gd, Dy и Er.
[0024] В конкретном примере элемент из ряда лантаноидов представляет собой гадолиний (Gd), при этом сплав на основе титана содержит от 0,001 до 1,0% по массе, предпочтительно от 0,01 до 0,5% по массе Gd.
[0025] С учетом фаз, существующих при комнатной температуре, титановые сплавы можно разделить на три основных класса: альфа, альфа-бета и бета. Каждый класс имеет отличительные хорошо известные характеристики. Для стабилизации различных фаз титана в сплавы на основе титана добавляют альфа- и бета-стабилизаторы.
[0026] Сплавы на основе титана согласно настоящему описанию включают альфа-, альфа-бета- и бета-классы сплавов на основе титана, в которые добавляют один или более элементов из ряда лантаноидов, как описано выше. Соответственно, сплав на основе титана может дополнительно включать различные альфа- и/или бета-стабилизаторы.
[0027] Согласно конкретному аспекту сплав на основе титана представляет собой сплав на основе титана с альфа-бета-структурой. Альфа-бета-сплавы на основе титана обладают отличной коррозионной стойкостью и высокотемпературными свойствами и могут подвергаться термической обработке с обеспечением высоких значений прочности. По этим и другим причинам альфа-бета-сплавы являются особенно привлекательными для комплектующих деталей, получаемых с применением аддитивных технологических процессов. Однако затвердевание альфа-бета-сплавов на основе титана может привести к образованию крупных зерен высокотемпературной бета-фазы, которые служат центром кристаллизации и вырастают до больших размеров во время аддитивных процессов осаждения. Такие зерна с большими размерами ухудшают пластичность, прочность и другие свойства титановых альфа-бета-сплавов. Соответственно, влияние добавления небольших количеств элементов из ряда лантаноидов на уменьшение склонности к образованию крупных зерен в процессе затвердевания может оказаться особенно полезным в отношении альфа-бета-сплавов на основе титана. Типичные общепринятые альфа-бета-сплавы на основе титана включают, например, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-4Zr-0,5Nb-0,8Mo-3Sn-0,3Si (VT18Y) и Ti-6Al-4V.
[0028] В одном примере альфа-бета-сплав на основе титана согласно настоящему описанию может содержать, в массовых процентах, от 5,0 до 7,0% (предпочтительно от 5,5 до 6,5%) алюминия (Al), от 1,0 до 3,0% (предпочтительно от 1,5 до 2,5%) олова (Sn), от 3,0 до 5,0% (предпочтительно от 3,5 до 4,5%) циркония (Zr), от 1,0 до 3,0% (предпочтительно от 1,5 до 2,5%) молибдена (Мо) и в сумме от 0,001 до 1,0% (предпочтительно от 0,01 до 0,5%) одного или более элементов из ряда лантаноидов, остаток в виде титана и примеси. Таким образом, сплав на основе титана можно определить как вариант сплава Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo.
[0029] В другом примере альфа-бета-сплав на основе титана согласно настоящему описанию может содержать, в массовых процентах, от 5,0 до 7,0% (предпочтительно от 5,5 до 6,5%) алюминия (Al), от 3,0 до 5,0% (предпочтительно от 3,5 до 4,5%) циркония (Zr), от 0,01 до 1,0% (предпочтительно от 0,25 до 0,75%) ниобия (Nb), от 0,01 до 1,5% (предпочтительно от 0,5 до 1,0%) молибдена (Мо), от 2,0 до 4,0% (предпочтительно от 2,5 до 3,5%) олова (Sn), от 0,01 до 1,0% (предпочтительно от 0,1 до 0,5%) кремния (Si) и в сумме от 0,001 до 1,0% (предпочтительно от 0,01 до 0,5%) одного или более элементов из ряда лантаноидов, остаток в виде титана и примеси. Таким образом, сплав на основе титана можно определить как вариант Ti-6Al-4Zr-0,5Nb-0,8Mo-3Sn-0,3Si ("VT18Y").
[0030] В еще одном примере альфа-бета-сплав на основе титана согласно настоящему описанию может содержать от 5,0 до 7,0% (предпочтительно от 5,5 до 6,5%) алюминия (Al), от 3,0 до 5,0% (предпочтительно от 3,5 до 4,5%) ванадия (V) и в сумме от 0,001 до 1,0% (предпочтительно от 0,01 до 0,5%) одного или более элементов из ряда лантаноидов, остаток в виде титана и примеси. Таким образом, сплав на основе титана можно определить как вариант сплава Ti-6Al-4V.
[0031] Согласно одному из аспектов сплав на основе титана может быть в виде исходного материала, который можно подвергнуть расплавлению и затвердеванию с получением комплектующей детали, имеющей перечисленный выше состав. В одном примере исходный материал может быть в форме проволоки, имеющей перечисленный выше состав. В другом примере исходный материал может быть в форме частиц порошка, имеющих перечисленный выше состав, или исходный материал может быть в форме частиц порошка с разными составами, которые, при объединении, имеют перечисленный выше состав.
[0032] Типичный исходный материал в форме частиц порошка можно получить любым подходящим способом (например, путем газового распыления). В одном примере частицы порошка можно получить из подходящих исходных материалов в атмосфере, не содержащей загрязнителей. Исходные материалы можно подвергнуть многократному расплавлению, при этом первый расплав получают путем плавления с расходуемым электродом, с нерасходуемым электродом, путем электронно-лучевого плавления в холодном тигле или плазменно-дугового плавления в холодном тигле и последующий расплав или расплавы получают в вакууме с применением технологии вакуумно-дугового переплава (VAR), в которой легирующие добавки вводят перед конечной VAR плавкой. Атмосфера для плавления с нерасходуемым электродом может представлять собой вакуум или аргон и/или гелий при абсолютном давлении, меньшем или равном 1000 мм ртутного столба. Размер типичных частиц порошка не ограничен. В одном примере частицы порошка могут иметь такие размеры, которые позволяют им проходить через сито №35 (500 мкм), при этом не более 5% по массе частиц проходит через сито №325 (45 мкм), как определено согласно ASTM В 214. Плотность типичных частиц порошка не ограничена. В одном примере плотность частиц порошка может составлять 60% или более от значения плотности уплотненного материала в горячем состоянии, как определено согласно ASTM В 527.
[0033] Типичный исходный материал в форме проволоки можно получить любым подходящим способом (например, путем вытягивания).
[0034] Согласно другому аспекту сплав на основе титана может быть в форме комплектующей детали, имеющей перечисленный выше состав, при этом указанная комплектующая деталь представляет собой комплектующую деталь, изготавливаемую сразу в окончательной форме и имеющую ее окончательный размер и форму, или представляет собой комплектующую деталь с формой, близкой к заданной, которую можно подвергнуть последующей обработке с получением комплектующей детали, имеющей ее окончательный размер и форму. Форма и размер комплектующей детали не ограничены. В одном примере комплектующая деталь представляет собой комплектующую деталь воздушного судна или космического корабля.
[0035] Типичную комплектующую деталь, формируемую из сплава на основе титана, можно получить любым подходящим способом. Одно из преимуществ сплава на основе титана согласно настоящему описанию состоит в уменьшении его склонности к образованию крупных зерен в процессе затвердевания. Соответственно, сплав на основе титана согласно настоящему описанию можно преимущественно применять в таких технологических процессах, как аддитивные технологические процессы, в которых избежание образования крупных зерен в процессе затвердевания было бы большим преимуществом.
[0036] Как показано на фиг. 1, настоящее описание относится к способу получения комплектующей детали 10 из сплава на основе титана, включающему обеспечение исходного материала сплава на основе титана, содержащего в сумме от 0,001 до 1,0% по массе по меньшей мере одного элемента из ряда лантаноидов, остаток в виде титана и примеси 12, и формирование комплектующей детали из сплава на основе титана из исходного материала 14 сплава на основе титана с помощью аддитивного технологического процесса.
[0037] Согласно одному из аспектов аддитивный технологический процесс включает нагревание сплава на основе титана до температуры выше или в пределах температурного интервала плавления сплава на основе титана. Тем самым добавление в сплав на основе титана по меньшей мере одного элемента из ряда лантаноидов позволяет уменьшить склонность к образованию крупных зерен в процессе затвердевания во время охлаждения от температуры выше или в пределах температурного интервала плавления до температуры ниже температурного интервала плавления сплава на основе титана.
[0038] Аддитивный технологический процесс, используемый для получения комплектующей детали, формируемой из сплава на основе титана, не является ограниченным. Аддитивный технологический процесс может включать процесс подачи порошка или процесс подачи проволоки, в котором порошок или проволока получены из сплава на основе титана.
[0039] В одном примере аддитивное производство с применением порошка может включать стадии: (i) осаждения первого слоя порошкового материала; (ii) по меньшей мере частичного плавления и затвердевания первой части первого слоя порошкового материала, при этом указанная первая часть соответствует первому участку комплектующей детали; (iii) осаждения второго слоя порошкового материала на указанный первый слой; (iv) по меньшей мере частичного плавления и затвердевания второй части второго слоя порошкового материала, при этом указанная вторая часть соответствует второму участку комплектующей детали, при этом первый участок и второй участок соединены друг с другом; и (v) осаждения последующих слоев порошкового материала на предыдущие слои и по меньшей мере частичного плавления и затвердевания части каждого последующего слоя с получением комплектующей детали, при этом указанная каждая часть последующего слоя соответствует последующему участку комплектующей детали.
[0040] В другом примере аддитивный технологический процесс с применением проволоки может включать стадии: (i) плавления, осаждения и затвердевания первой части проволочного материала с формированием первого участка комплектующей детали; (ii) плавления, осаждения и затвердевания второй части проволочного материала с формированием второго участка комплектующей детали, при этом первый участок и второй участок соединены друг с другом; и (iii) плавления, осаждения и затвердевания последующих частей проволочного материала с формированием последующих участков комплектующей детали на предыдущих участках указанной детали.
[0041] Типичные аддитивные технологические процессы включают электронно-лучевое плавление (ЕВМ), селективное лазерное плавление (SLM), селективное лазерное спекание (SLS), лазерную металлообработку (LMF), прямое лазерное спекание металлов (DMLS) и прямое лазерное плавление металлов (DMLM).
[0042] Экспериментальный пример
[0043] Для определения влияния элементов из ряда лантаноидов на затвердевание сплавов на основе титана посредством дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW) были получены четыре экспериментальных альфа-бета-сплава на основе титана, имеющих составы, указанные в таблице 1.
Figure 00000001
[0044] Влияние добавления элементов из ряда лантаноидов на полученную структуру в состоянии отливки показано на фиг. 2А, 2В и 2С. На фиг. 2А показаны, слева направо, микроструктуры зон плавления сплавов №№1, 2, 3, 4, соответственно, в состоянии непосредственно после отливки. На фиг. 2В показано увеличенное изображение части микроструктуры сплава №1 и на фиг. 2С показано увеличенное изображение части микроструктуры сплава №4. Как видно на фиг. 2А, 2В и 2С, добавление элементов из ряда лантаноидов в сплавы №№2, 3 и 4 приводит к уменьшению размера зерен бета-фазы 20 в зоне плавления по сравнению со сплавом №1, в котором в зоне плавления можно видеть крупные удлиненные зерна бета-фазы 20.
[0045] На фиг. 3А-3I показано влияние добавления элементов из ряда лантаноидов на указанную структуру после отжига при 900°C в течение 60 минут с последующим воздушным охлаждением. На фиг. 3А, 3В и 3С показаны микроструктуры основного металла, зоны термического влияния и зоны плавления, соответственно, для сплава №1. На фиг. 3D, 3Е и 3F показаны микроструктуры основного металла, зоны термического влияния и зоны плавления, соответственно, для сплава №2. На фиг. 3G, 3Н и 3I показаны микроструктуры основного металла, зоны термического влияния и зоны плавления, соответственно, для сплава №3. Как видно на фиг. 3А-3I, размер зерен бета-фазы уменьшается в зоне плавления сплавов на основе титана, содержащих элементы из ряда лантаноидов.
[0046] На фиг. 4А и 4В показаны микроструктуры, содержащие интерметаллические частицы 40, 42, богатые элементами из ряда лантаноидов. В таблице 2 приведены результаты анализа химических составов интерметаллических частиц 40, 42.
Figure 00000002
[0047] Хотя настоящее изобретение не ограничено теорией, считается, что указанные интерметаллические частицы, богатые элементами из ряда лантаноидов, образуются и образуют кластеры в процессе затвердевания и возмущают фронт затвердевания на границе раздела твердой/жидкой фаз и что, тем самым, ограничивают рост крупных зерен высокотемпературной бета-фазы, что приводит к более мелкому размеру зерен в затвердевшей микроструктуре.
[0048] Примеры сплава на основе титана и способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана можно описать в контексте способа 100 производства и технического обслуживания воздушных судов, как показано на фиг. 5, и воздушного судна 102, как показано на фиг. 6. Во время предсерийного производства способ 100 производства и технического обслуживания воздушного судна может включать спецификацию и проектирование 104 воздушного судна 102 и материальное снабжение 106. Во время производства происходит изготовление 108 комплектующих деталей/сборочных узлов и интеграция 110 систем воздушного судна 102. После этого воздушное судно 102 может пройти процедуру сертификации и доставки 112 для введения в эксплуатацию 114. При эксплуатации покупателем для воздушного судна 102 составляют график регулярного технического обеспечения и обслуживания 116, который также может включать модификацию, перестройку, переоборудование и т.п.
[0049] Каждый из указанных процессов предложенного способа 100 можно осуществить или выполнить с помощью системного интегратора, сторонней организации и/или оператора (например, покупателя). Для целей настоящего описания системный интегратор может без ограничения включать любое количество самолетостроительных предприятий и субподрядчиков для производства основных систем; сторонняя организация может без ограничения включать любое количество продавцов, субподрядчиков и поставщиков; и оператор может представлять собой авиакомпанию, лизинговую компанию, военные власти, организацию технического обслуживания и т.п.
[0050] Предложенный сплав на основе титана и способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана можно использовать во время любой одной или более стадий способа 100 производства и технического обслуживания воздушного судна, включающего спецификацию и проектирование 104 воздушного судна 102, материальное снабжение 106, изготовление 108 комплектующих деталей/сборочных узлов, интеграцию 110 систем, сертификацию и доставку 112, введение воздушного судна в эксплуатацию 114 и регулярное техническое обеспечение и обслуживание 116.
[0051] Как показано на фиг. 6, воздушное судно 102, произведенное согласно типичному способу 100, может содержать корпус 118 с множеством систем 120 и внутреннюю часть 122. Примеры множества систем 120 могут включать одну или более силовую установку 124, электрическую систему 126, гидравлическую систему 128 и систему 130 жизнеобеспечения. Может быть включено любое количество других систем. Предложенный сплав на основе титана и способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана можно использовать для изготовления любой из систем воздушного судна 102, включая корпус 118, множество систем 120 и внутреннюю часть 922.
[0052] Предложенный сплав на основе титана и способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана описан применительно к воздушному судну; однако обычный специалист в данной области техники легко поймет, что предложенный сплав на основе титана и способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана можно использовать при изготовлении любых транспортных и нетранспортных средств. Например, внедрение описанных в настоящем документе вариантов реализации можно осуществить в любом типе транспортного средства, включая, например, вертолеты, пассажирские суда, автомобили и тому подобное.
[0053] Хотя в настоящем документе были продемонстрированы и описаны различные варианты реализации предложенного сплава на основе титана и способа получения комплектующей детали из сплава на основе титана, после прочтения описания настоящего изобретения специалисты в данной области техники могут придумать другие модификации. Настоящая заявка включает такие модификации и ограничена только объемом формулы изобретения.

Claims (25)

1. Сплав на основе титана, содержащий
по меньшей мере один элемент из ряда лантаноидов от 0,001 до 1,0 мас. % в сумме;
по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей алюминий (Al), цирконий (Zr), олово (Sn), кислород (O), молибден (Mo), ванадий (V), ниобий (Nb), железо (Fe) и хром (Cr) в количестве, определенном на основе алюминиевого эквивалента (Al-eq), рассчитанного по формуле Al-eq=Al%+Zr%/6+Sn%/3+10∙(O%) и составляющего до 7,5, и молибденового эквивалента (Mo-eq), рассчитанного по формуле Mo-eq=Mo%+0,67∙V%+0,33∙Nb%+2,9∙Fe%+1,6∙Cr% и составляющего от 2,7 до 47,5;
титан и примеси - остальное.
2. Сплав на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что общее количество по меньшей мере одного элемента из ряда лантаноидов составляет от 0,01 до 0,5 мас. %.
3. Сплав на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один элемент из ряда лантаноидов включает по меньшей мере элемент, выбранный из Nd, Gd, Dy и Er.
4. Сплав на основе титана по п. 3, отличающийся тем, что общее количество Nd, Gd, Dy и Er составляет от 0,001 до 1,0 мас. %.
5. Сплав на основе титана по п. 3, отличающийся тем, что общее количество Nd, Gd, Dy и Er составляет от 0,01 до 0,5 мас. %.
6. Сплав на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один элемент из ряда лантаноидов включает Gd.
7. Сплав на основе титана по п. 6, отличающийся тем, что количество Gd составляет от 0,001 до 1,0 мас. %.
8. Сплав на основе титана по п. 6, отличающийся тем, что количество Gd составляет от 0,01 до 0,5 мас. %.
9. Сплав на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что указанный сплав на основе титана представляет собой альфа-бета-сплав на основе титана.
10. Сплав на основе титана по п. 9, отличающийся тем, что общее количество по меньшей мере одного элемента из ряда лантаноидов составляет от 0,01 до 0,5 мас. %.
11. Сплав на основе титана по п. 9, отличающийся тем, что по меньшей мере один элемент из ряда лантаноидов включает по меньшей мере элемент, выбранный из Nd, Gd, Dy и Er.
12. Сплав на основе титана по п. 11, отличающийся тем, что общее количество Nd, Gd, Dy и Er составляет от 0,001 до 1,0 мас. %.
13. Сплав на основе титана по п. 11, отличающийся тем, что общее количество Nd, Gd, Dy и Er составляет от 0,01 до 0,5 мас. %.
14. Сплав на основе титана по п. 9, отличающийся тем, что по меньшей мере один элемент из ряда лантаноидов включает Gd.
15. Сплав на основе титана по п. 14, отличающийся тем, что количество Gd составляет от 0,001 до 1,0 мас. %.
16. Сплав на основе титана по п. 14, отличающийся тем, что количество Gd составляет от 0,01 до 0,5 мас. %.
17. Сплав на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что сплав на основе титана представляет собой исходный материал для изготовления детали с использованием аддитивного технологического процесса.
18. Сплав на основе титана по п. 17, отличающийся тем, что исходный материал находится в форме проволоки или частиц порошка.
19. Сплав на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что сплав предназначен для изготовления детали.
20. Способ изготовления детали из сплава на основе титана по любому из пп. 1-16, включающий:
обеспечение исходного материала из сплава на основе титана и
формирование детали с использованием аддитивного технологического процесса.
RU2017136865A 2017-10-19 2017-10-19 Сплав на основе титана и способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана с помощью аддитивного технологического процесса RU2744837C2 (ru)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017136865A RU2744837C2 (ru) 2017-10-19 2017-10-19 Сплав на основе титана и способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана с помощью аддитивного технологического процесса
US15/801,050 US10851439B2 (en) 2017-10-19 2017-11-01 Titanium-based alloy and method for manufacturing a titanium-based alloy component by an additive manufacturing process
CN201810978802.8A CN109680183B (zh) 2017-10-19 2018-08-27 钛基合金及用于通过增材制造工艺制造钛基合金部件的方法
CA3017191A CA3017191C (en) 2017-10-19 2018-09-12 Titanium-based alloy and method for manufacturing a titanium-based alloy component by an additive manufacturing process
EP18198064.0A EP3473739B1 (en) 2017-10-19 2018-10-01 Titanium-based alloy and method for manufacturing a titanium-based alloy component by an additive manufacturing process
BR102018071109-1A BR102018071109B1 (pt) 2017-10-19 2018-10-11 Liga à base de titânio
JP2018194033A JP7353031B2 (ja) 2017-10-19 2018-10-15 チタン系合金及び付加製造法によるチタン系合金コンポーネントの製造のための方法。
US16/832,072 US11486025B2 (en) 2017-10-19 2020-03-27 Titanium-based alloy and method for manufacturing a titanium-based alloy component by an additive manufacturing process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017136865A RU2744837C2 (ru) 2017-10-19 2017-10-19 Сплав на основе титана и способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана с помощью аддитивного технологического процесса

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017136865A RU2017136865A (ru) 2019-04-19
RU2017136865A3 RU2017136865A3 (ru) 2020-11-25
RU2744837C2 true RU2744837C2 (ru) 2021-03-16

Family

ID=63722160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017136865A RU2744837C2 (ru) 2017-10-19 2017-10-19 Сплав на основе титана и способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана с помощью аддитивного технологического процесса

Country Status (7)

Country Link
US (2) US10851439B2 (ru)
EP (1) EP3473739B1 (ru)
JP (1) JP7353031B2 (ru)
CN (1) CN109680183B (ru)
BR (1) BR102018071109B1 (ru)
CA (1) CA3017191C (ru)
RU (1) RU2744837C2 (ru)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11235389B2 (en) 2018-09-19 2022-02-01 Molyworks Materials Corp. Deployable manufacturing center (DMC) system and process for manufacturing metal parts
US11590574B2 (en) 2018-12-18 2023-02-28 Molyworks Materials Corp. Method for manufacturing metal components using recycled feedstock and additive manufacturing
CN111992711B (zh) * 2019-05-10 2022-08-16 天津大学 一种添加Nb粉末改善钛合金增材制造拉伸性能的方法
CN112626372B (zh) * 2019-10-08 2022-06-07 大田精密工业股份有限公司 钛合金板材及其制造方法
CN110524000A (zh) * 2019-10-15 2019-12-03 江苏思睿迪快速制造科技有限公司 一种3d打印医用钛合金粉末材料的制备方法
JP7503486B2 (ja) 2020-12-11 2024-06-20 株式会社豊田中央研究所 非磁性部材およびその製造方法
CN113046595B (zh) * 2021-03-17 2022-05-10 大连理工大学 一种具有良好增材制造成形性能的高温600℃用高强韧钛合金
CN113604703A (zh) * 2021-07-09 2021-11-05 宝鸡安钛泽科技金属有限公司 一种高尔夫用近α型钛合金的制造方法
CN113637871A (zh) * 2021-07-09 2021-11-12 宝鸡安钛泽科技金属有限公司 一种高尔夫球具用热成形钛合金的制造方法
CN113355560B (zh) * 2021-08-10 2021-12-10 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种高温钛合金及其制备方法
CN114635056B (zh) * 2022-05-17 2022-07-29 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种高温高强钛合金及其增材制备方法
US20230420183A1 (en) * 2022-06-22 2023-12-28 MolyWorks Materials Corporation System And Method For Producing Rare Earth Magnets From A Metal Powder Using Recycled Materials And Additive Manufacturing
CN115889812B (zh) * 2022-11-23 2024-04-02 上海交通大学 一种增材制造高强塑钛合金及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5256369A (en) * 1989-07-10 1993-10-26 Nkk Corporation Titanium base alloy for excellent formability and method of making thereof and method of superplastic forming thereof
JP2006213961A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Kobe Steel Ltd 工具寿命及び切屑分断性に優れたα−β型チタン合金
CN106756232A (zh) * 2016-12-12 2017-05-31 苏州陈恒织造有限公司 一种抗开裂耐低温油浸变压器壳体
WO2017077137A9 (en) * 2015-11-06 2018-02-08 Innomaq 21, S.L. Method for the economic manufacturing of metallic parts
CN105522152B (zh) * 2016-01-19 2018-12-14 王碧群 一种3d打印稀土钛合金材料的方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH066767B2 (ja) * 1986-07-03 1994-01-26 株式会社神戸製鋼所 中性子吸収能の優れたＴｉ基合金
DE68919369T2 (de) * 1988-12-19 1995-06-01 Wilcock Orthodontische behandlung.
US4919886A (en) 1989-04-10 1990-04-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Titanium alloys of the Ti3 Al type
US5074907A (en) * 1989-08-16 1991-12-24 General Electric Company Method for developing enhanced texture in titanium alloys, and articles made thereby
JP2626344B2 (ja) * 1990-10-01 1997-07-02 住友金属工業株式会社 Ｔｉ合金の快削性改善方法と快削性Ｔｉ合金
DE69107758T2 (de) * 1990-10-01 1995-10-12 Sumitomo Metal Ind Verfahren zur Verbesserung der Zerspanbarkeit von Titan und Titanlegierungen, und Titanlegierungen mit guter Zerspanbarkeit.
JP3370352B2 (ja) * 1992-08-24 2003-01-27 株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース ガス放出量の少い超高真空用チタン合金
US5478524A (en) 1992-08-24 1995-12-26 Nissan Motor Co., Ltd. Super high vacuum vessel
JP2943520B2 (ja) * 1992-08-24 1999-08-30 日産自動車株式会社 超高真空容器
JPH06306514A (ja) * 1993-04-22 1994-11-01 Nippon Steel Corp 焼結チタン合金の製造方法
DE69630336T2 (de) * 1995-06-16 2004-07-22 Daido Tokushuko K.K., Nagoya Titanlegierung, Werkstück aus Titanlegierung sowie Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes aus Titanlegierung
US6824667B2 (en) * 2002-02-12 2004-11-30 Surfect Technologies, Inc. Metal hydride composite materials
CN101289717A (zh) * 2007-04-17 2008-10-22 李世琼 一种α+β型钛合金
JP2009030146A (ja) 2007-07-26 2009-02-12 Kazuo Ogasa 高性能弾性金属合金部材とその製造方法
JP2012251235A (ja) * 2011-06-06 2012-12-20 Three O Co Ltd 微細結晶子高機能金属合金部材とその製造方法
JP2013047369A (ja) 2011-07-26 2013-03-07 Sumitomo Metal Ind Ltd チタン合金
CN102586647B (zh) 2012-03-05 2014-06-25 北京工业大学 一种含铒高温钛合金及其制备工艺
US10094003B2 (en) * 2015-01-12 2018-10-09 Ati Properties Llc Titanium alloy
CN106636746B (zh) * 2016-12-28 2018-06-01 北京工业大学 一种高强度高延伸率高温钛合金及其制备工艺

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5256369A (en) * 1989-07-10 1993-10-26 Nkk Corporation Titanium base alloy for excellent formability and method of making thereof and method of superplastic forming thereof
JP2006213961A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Kobe Steel Ltd 工具寿命及び切屑分断性に優れたα−β型チタン合金
WO2017077137A9 (en) * 2015-11-06 2018-02-08 Innomaq 21, S.L. Method for the economic manufacturing of metallic parts
CN105522152B (zh) * 2016-01-19 2018-12-14 王碧群 一种3d打印稀土钛合金材料的方法
CN106756232A (zh) * 2016-12-12 2017-05-31 苏州陈恒织造有限公司 一种抗开裂耐低温油浸变压器壳体

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ХОРЕВ А.И. Фундаментальные исследования легирования титановых сплавов редкоземельными элементами. Вестник машиностроения, 11, 2011, стр. 54-61. *

Also Published As

Publication number Publication date
BR102018071109A2 (pt) 2019-05-07
US20200354815A1 (en) 2020-11-12
US11486025B2 (en) 2022-11-01
CA3017191C (en) 2023-05-09
US10851439B2 (en) 2020-12-01
US20190119787A1 (en) 2019-04-25
RU2017136865A3 (ru) 2020-11-25
CN109680183A (zh) 2019-04-26
JP2019131883A (ja) 2019-08-08
BR102018071109B1 (pt) 2022-11-16
CN109680183B (zh) 2022-10-28
EP3473739B1 (en) 2021-06-23
RU2017136865A (ru) 2019-04-19
CA3017191A1 (en) 2019-04-19
EP3473739A1 (en) 2019-04-24
JP7353031B2 (ja) 2023-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2744837C2 (ru) Сплав на основе титана и способ получения комплектующей детали из сплава на основе титана с помощью аддитивного технологического процесса
CN112813309B (zh) 钴基合金层叠造型体的制造方法
EP0804627B1 (en) Oxidation resistant molybdenum alloy
JP6931545B2 (ja) Ｎｉ基合金積層造形体の熱処理方法、Ｎｉ基合金積層造形体の製造方法、積層造形体用Ｎｉ基合金粉末、およびＮｉ基合金積層造形体
CN102816965B (zh) 钴-镍基合金和由此制造物品的方法
KR100562450B1 (ko) 알루미늄계 합금과 그 제조방법
EP3717150B1 (en) Multicomponent aluminum alloys for applications such as additive manufacturing
JP3027200B2 (ja) 耐酸化性低膨張合金
KR20170127010A (ko) 알루미늄 합금 제품, 및 이의 제조 방법
EP4083244A1 (en) Heat-resistant powdered aluminium material
CN115066510B (zh) 钴铬合金粉末
EP3994288A1 (de) Pulver aus einer nickel-kobaltlegierung sowie verfahren zur herstellung des pulvers
KR102422213B1 (ko) 부가 제조 기술용 알루미늄 합금
WO2021004580A1 (de) Nickel-basislegierung für pulver und verfahren zur herstellung eines pulvers
WO2021118393A1 (ru) Порошковый алюминиевый материал
JPH0312134B2 (ru)
KR102490974B1 (ko) Co기 합금 구조체 및 그 제조 방법
EP4353855A1 (en) Tial alloy, tial alloy powder, tial alloy component, and method for producing same
KR102209911B1 (ko) 미세한 결정립과 전방위 균일한 고강도 특성을 갖는 금속 3D 프린팅 용 Ti기 합금 개발
WO2022216380A2 (en) Al-ni-fe-zr based alloys for high temperature applications
Sweny Compositional Formulations and Post-Process Heat Treatment Optimization of an Advanced Aluminum Alloy for Additive Manufacturing
CN102634746B (zh) 增强型铝钛碳合金线材的制造方法
JPH03274242A (ja) 金属間化合物Ｎｉ↓３Ｓｉを含むＮｉ基合金およびその製造方法