ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА Российский патент 1995 года по МПК C22C14/00 

Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке жаропрочных сплавов на основе титана, предназначенных для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах.

Изобретение может быть использовано для изготовления деталей в авиационной промышленности, машиностроении и других отраслях промышленности.

Среди титановых сплавов, обладающих повышенной жаропрочностью при рабочих температурах 500-600^оС, известны зарубежные сплавы IMI 829 (патент Великобритании N 1492262), IMI 834 (Европейский патент N 0107419), отечественные сплавы ВТ25У (авт.св. N 533050) и ВТ18У (авт.св. N 473757). Все эти сплавы имеют недостатки: так сплав IMI 829 имеет пониженные значения предела прочности при 20^о ( σ_в 95 кгс/мм²) и 540 ( σ_в 65 кгс/мм²), сплавы IMI 834 и по авт. св. N 473757 имеют достаточно высокие характеристики жаропрочности, но низкую термическую стабильность (КСТ).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является сплав на основе титана, который содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас. алюминий 5,0-6,0 цирконий 2,0-4,0 олово 2,5-4,5 кремний 0,2-0,4 ниобий 0,75-1,25 молибден 0,1-0,6 титан остальное
Этот сплав имеет недостаточно высокие значения предела прочности. Кроме того, в прототипе нет ограничения на суммарное содержание алюминия и олова, кремния и кислорода, вследствие чего сплав обладает более низкой термической стабильностью и более низкими значениями характеристик КСТ и К_IC.

Техническая задача заключается в разработке сплава, обладающего оптимальным сочетанием жаропрочности и термической стабильности, а также характеристик разрушения. Задача достигается за счет того, что сплав дополнительно содержит углерод и кислород при следующем соотношении ингредиентов, мас. алюминий 6,2-7,0 цирконий 3,5-4,5 олово 2,2-3,5 ниобий 0,5-1,5 молибден 0,4-1,0 кремний 0,1-0,2 углерод 0,02-0,1 кислород 0,05-0,12 при суммарном содержании алюминия и олова 9,2-9,7% кремния и кислорода 0,22-0,25% титан остальное.

Введение углерода и кислорода в указанных пределах способствует повышению температуры полиморфного превращения, что позволяет осуществлять процессы нагрева при деформации и термической обработке при более высоких температурах, не приводя к росту зерна, что позволяет получать оптимальную структуру, обеспечивающую высокий уровень прочностных и жаропрочных характеристик, пластичности и малоцикловой выносливости.

Кроме того, углерод в указанных пределах повышает предел кратковременной прочности и длительной прочности, не снижая пластичности.

Кислород в указанных количествах повышает предел прочности при 20^о. Уменьшение кислорода менее 0,03% не обеспечивает требуемой прочности, а увеличение его в сплаве свыше 0,12% приводит к снижению ударной вязкости, предела ползучести.

Ограничение суммарного содержания алюминия и олова до 9,2-9,7% и кремния+кислорода до 0,22-0,25% способствует ограничению выделения частиц интерметаллидных фаз α₂ и силицидов TiZr₅Si₃, ответственных за повышение жаропрочности и снижение термической стабильности и характеристик надежности КСТ и K_IC.

В результате предложенного легирования получено оптимальное сочетание высоких жаропрочных свойств до 600^оС с достаточно высокой термической стабильностью и характеристиками надежности КСТ и K_IC, что способствует увеличению ресурса работы деталей.

Для лабораторных исследований опытного сплава использовали полуфабрикаты (прутки диаметром 12-35 мм) в отожженном состоянии следующего состава (мас. ):
Сплав 1: 6,2 Al 4,5 Zr 3,5 Sn 1 Nb 0,8 Mo 0,2 Si 0,02 C 0,05 O₂ Ti, Σ Al + +Sn 9,7, Σ Si + O₂ 0,25.

Сплав 2: 6,5 Al 4 Zr 3,0 Sn 0,5 Nb 0,15 Si 0,4 Mo 0,06 C 0,03 O₂ Ti, Σ Al + +Sn 9,5, Σ Si + O₂ 0,23.

Сплав 3: 7,0 Al 3,5 Zr 2,2 Sn 1,5 Nb 1,0 Mo 0,1 Si 0,1 C 0,12 O₂ Ti, Σ Al + +Sn 9,2, Σ Si + O₂ 0,22.

Сплав 4: 6,1 Al 3,4 Zr 2,1 Sn 0,4 Nb 0,3 Mo 0,009 Si 0,01 C 0,04 O₂ Ti.

Сплав 5: 7,1 Al 4,6 Zr 3,6 Sn 1,6 Nb 1,1 Mo 0,23 Si 0,11 C 0,13 O₂ Ti.

Сплавы выплавляли в вакуумно-дуговой печи методом двойного переплава. Прутки подвергали термической обработке по режиму: 950^оС 1 ч, охлаждение воздух + 600^оС 5 ч, охлаждение воздух.

Сравнительные свойства предлагаемого (N 1-5) и известного (N 6) сплавов приведены в таблице.

Представленные в таблице данные показывают, что предлагаемый сплав превосходит известный по пределу прочности при 20^оС на 15-20 кгс/мм² и при 550^оС на 7-10 кгс/мм². По жаропрочности сплавы близки. Предлагаемый сплав обладает более высокой удельной прочностью при указанных температурах по сравнению с известным.

Применение предлагаемого сплава позволит снизить массу изделия и повысить его технические данные. Высокий уровень жаропрочности и термической стабильности позволит рекомендовать сплав для работы при температурах до 500-600^оС.

Изобретение относится к разработке жаропрочных сплавов на основе титана, предназначенных для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах. Предлагаемый сплав обладает оптимальным сочетанием жаропрочности и термической стабильности, а также характеристик разрушения. Сплав содержит (в мас.) 6,3 7,0 алюминия; 3,5 4,5 циркония; 2,2 3,5 олова; 0,5 - 1,5 ниобия; 0,4 1,0 молибдена; 0,1 0,2 кремния; 0,02 0,1 углерода; 0,05 0,12 кислорода при суммарном содержании алюминия и олова 9,2 9,7% кремния и кислорода 0,22 0,25% титан остальное. Предлагаемый сплав превосходит известный по пределу прочности при 20°С на 15-20 кгс/см² и при 550°С на 7-10 кгс/мм² Сплав обладает более высокой удельной прочностью при указанных температурах. 1 табл.

ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА, содержащий алюминий, олово, цирконий, молибден, ниобий, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод и кислород при следующем соотношении компонентов, мас.

Алюминий 6,2 7,0
Олово 2,2 3,5
Цирконий 3,5 4,5
Ниобий 0,5 1,5
Молибден 0,4 1,0
Кремний 0,1 0,22
Углерод 0,02 0,1
Кислород 0,05- 0,12
Титан Остальное
при суммарном содержании алюминия и олова 9,2 9,7 мас. и кремния и кислорода 0,22 0,25 мас.