СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА Российский патент 1994 года по МПК C22C14/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к сплавам на основе титана, используемым для изготовления штамповок, поковок, колец и других деталей авиационной техники.

Известен сплав на основе титана, содержащий алюминия 2-3, молибдена 3-5, циркония 1,5-2,9, олова 1,5-3, кремния 0,05-0,09. (авт. св. N 555676, 1975).

Недостатки сплава: низкие прочностные свойства при комнатной и повышенной температурах, низкая жаропрочность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является сплав ВТ 9 системы Ti -Al-Mo-Zr-Si.

Сплав отличается высокими механическими свойствами и хорошей жаропрочностью, однако имеет недостаточно высокий уровень ресурсных характеристик (малоцикловой усталости и длительной прочности за ресурс до 20-30 тыс. ч) и трещиностойкости во всем интервале легирования вследствие того, что не было регламентировано содержание кислорода; углерода, азота и железа, и не соблюдалось соотношение содержания основных легирующих элементов.

σ₀^20(гл)=88 кгс/мм σ₀^20(н)= 45 кгс/мм²,
σ₅₀₀₀⁴⁵⁰ =48 кгс/м², КСТ=0,8 кгсм/см².

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение ресурсных и эксплуатационных характеристик, в частности малоцикловой усталости и длительной прочности за ресурс до 20000-30000 ч, а также характеристик трещиностойкости - работы разрушения образца с трещиной.

Цель достигается дополнительным введением олова, сужением диапазона легирования по кремнию и цирконию, постоянным соотношением содержания в сплаве легирующих элементов
= 2.5-2.85, а также регламентацией содержания железа, углерода, азота и кислорода в сплаве.

Заявленный сплав содержит элементы в следующих соотношениях, мас.%: алюминий 5,7-6,7 молибден 2,8-3,8 олово 0,7-1,65 цирконий 0,7-1,65 кремний 0,1-0,3 железо 0,05-0,15 углерод 0,01-0,08 азот 0,005-0,04 кислород 0,05-0,15 титан остальное причем
= 2.5-2.85.

Введение в сплав регламентированного содержания железа, углерода, азота, кислорода в совокупности с оптимальным соотношением суммарного содержания алюминия, олова, циркония, кремния к молибдену обеспечивает оптимальный комплекс свойств - сочетание высокой жаропрочности и термической стабильности с высоким уровнем малоцикловой усталости и трещиностойкости.

Наличие в сплаве молибдена обеспечивает высокий уровень прочности свыше 100 кгс/мм² в толщинах 120-150 мм и прокаливаемость. С другой стороны, такие элементы как алюминий, олово, цирконий и кремний за счет упрочнения твердого раствора и интерметаллидного упрочнения обеспечивают необходимый уровень длительной прочности и криппоустойчивости.

Оптимальное сочетание всех этих параметров - прочности, пластичности, трещиностойкости, малоцикловой усталости и жаропрочности достигается содержанием в сплаве легирующих элементов, определяемым соотношением
= 2.5-2.85.

Для исследования свойств были выплавлены в вакуумно-дуговой печи слитки составов заявленного сплава (пример 1, 2, 3, 4), а также составов, выходящих за рамки заявленного сплава (пример 5, 6).

Состав 1 5,6 А1-2,8 Mo-0,7Sn-0,7Zr-0,1Si-0,05Fe-0,050₂-0,005N-0,01C-ост.T_i
= 2.5.

Состав 2 6,2Аl-3,4Mo-1,2Sn-1,2Zr- 0,25Si-0,1Fe-0,10₂-0,02N-0,04C-ост.T_i
= 2.6.

Состав 3 6,7Аl-3,8Mo-1,65Sn-1,65Zr-0,3Si-0,15Fe-0,150₂-0,04N-0,08C-ост. T_i
= 2.6.

Состав 4 6,05 Аl-3,1Mo-1,35Sn-1,25Zr-0,2Si-0,1Fe-0,1O₂-0,02N-0,05-C-ост.T_i
= 2.85.

Состав 5 5,0Аl-2,0Mo-0,5Sn-0,5Zr-0,05Si-0,02Fe-0,05O₂-0,003N-0,003C-ост.T_i
= 3.05.

Состав 6 7,2Аl-4,5Mo-2,0Sn-0,2Zr-0,35Si-0,2Fe-0,2O₂- 0,08N-0,1C-ост.T_i = 2.3.

Механические свойства исследованных сплавов приведены в табл. 1, а сравнительные свойства предлагаемого и известных сплавов представлены в табл. 2.

Как видно из таблицы при равной прочности предлагаемый сплав превосходит известный по длительной прочности за длительный ресурс 5000 ч не менее 15%, по малоцикловой усталости не менее 10%, по трещиностойкости на 40%.

Повышение ресурсных и эксплуатационных характеристик позволит использовать сплав на более длительный ресурс работы изделий до 20000-30000 ч и повысить надежность изделий авиационной техники.

Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: алюминий 5,7 - 6,7; молибден 2,8 - 3,8; олово 0,7 - 1,65; цирконий 0,7 - 1,65; кремний 0,1 - 0,3; железо 0,05 - 0,15; углерод 0,01 - 0,08; азот 0,005 - 0,04; кислород 0,05 - 0,15; титан остальное, причем Σ Al+Sn+Zr+Si)/Mo=2.5-2.85. Сплав превосходит известные по длительной прочности за длительный ресурс 5000 ч не менее 15%, по малоцикловой усталости не менее 10%, по трещиностойкости на 40%. 2 табл.

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА, содержащий алюминий, молибден, цирконий, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит олово, железо, углерод, азот и кислород при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминий 5,7 - 6,7
Молибден 2,8 - 3,8
Олово 0,7 - 1,65
Цирконий 0,7 - 1,65
Кремний 0,1 - 0,15
Железо 0,05 - 0,08
Углерод 0,01 - 0,08
Азот 0,005 - 0,04
Кислород 0,05 - 0,15
Титан Остальное
причем = 2.5-2.85.