СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2005 года по МПК C22C14/00 

Изобретение относится к авиационной технике и цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для изготовления стрингеров, нервюр, шпангоутов, фюзеляжа, крыльев, двигателей самолетов, а также для использования в качестве свариваемых материалов.

Известен сплав на основе титана, имеющий химический состав, мас.%:

алюминий 5,5-6,75

ванадий 3,5-4,5

железо 0,25-0,35

углерод 0,10-0,30

кислород 0,15-0,25

азот 0,05-0,14

титан остальное

(Патент США 5759484)

Сплав может быть использован для изготовления лонжеронов, кронштейнов и т.д. для применения в авиационной технике.

Недостатками сплава являются низкие характеристики трещиностойкости и предела прочности основного материала и сварных соединений.

Недостатком изделий является низкая эксплуатационная надежность.

Известен сплав на основе титана, имеющий химический состав,

мас.%:

алюминий 2,0-6,8

молибден 0,5-3,8

ванадий 2,0-9,0

хром 0,4-1,6

железо 0,2-1,2

цирконий 0,02-0,3

кислород 0,04-0,14

углерод 0,02-0,09

водород 0,003-0,014

азот 0,008-0,04

кремний 0,04-0,14

титан остальное

(Патент РФ №11311234)

Из этого сплава изготавливают шпангоуты, лонжероны и др. изделия авиа-, космической и ракетной техники.

Недостатками сплава являются пониженные характеристики трещиностойкости и предела прочности основного материала и сварных соединений.

Недостатками изделий из этого сплава являются низкие эксплуатационные свойства.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана следующего химического состава, мас.%:

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

кислород 0,02-0,2

углерод 0,01-0,2

водород 0,003-0,03

азот 0,01-0,05

медь 0,003-0,15

никель 0,003-0,15

титан остальное

(Патент РФ №2082802)

Из этого сплава изготавливают шасси, лонжероны и др. изделия авиа-, космической и ракетной техники.

Недостатками сплава являются пониженная трещиностойкость и предел прочности основного материала и сварных соединений.

Изделия из этого сплава обладают повышенной массой и невысокими эксплуатационными свойствами.

Технической задачей изобретения является повышение прочности и трещиностойкости основного сплава и сварных соединений и снижение массы изделий.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, цирконий, кислород, углерод, водород, азот, медь, никель, который дополнительно содержит кремний и вольфрам, при следующем соотношении компонентов, мас.%

алюминий 2,0-6,8

молибден 1,0-3,5

ванадий 3,0-6,0

хром 0,4-1,6

железо 0,2-1,2

цирконий 0,01-0,3

кислород 0,04-0,14

углерод 0,02-0,1

водород 0,003-0,02

азот 0,005-0,05

медь 0,001-0,1

никель 0,001-0,1

кремний 0,02-0,15

вольфрам 0,001-0,3

титан остальное

и изделие, выполненное из него.

Предлагаемый сплав легирован, α-стабилизирующих элементов (Аl, O₂, N), β - стабилизирующих (Мо, V, Cr, Fe, Si, H) и нейтральных упрочнителей (Zr), что обеспечивает эффективное упрочнение α- и β-твердых растворов и однородное участие их в нагружении.

Авторами было установлено, что дополнительное содержание в предлагаемом сплаве вольфрама и кремния, при заявленном содержании остальных компонентов, обеспечивает повышение прочности и трещеностойкости основного сплава и сварных соединений.

Примеры конкретного осуществления

Вакуумно-дуговым методом выплавляли слитки предлагаемого сплава и сплава - прототипа. Слитки ковали на прессах, затем подвергали горячей прокатке и изготавливали плиты. Из заготовок плит получали образцы, которые испытывали при комнатной температуре.

В табл.1 приведены составы и в табл. 2 свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

K_1C - критический коэффициент интенсивности напряжений при плоской деформации.

В предлагаемом сплаве предел прочности основного материала и сварных соединений повысился на 10%, а трещиностойкость на 40%.

Применение предлагаемого сплава позволит снизить массу деталей и узлов, повысить ресурс и надежность конструкций.

Таблица 2№п/пСвойства, t=20 МПаМПа·m^1/2 σ_B.о.м.σ_В.cв.с.K_1C.о.м.K_1C.св.с1152014207076215401480687431560144065704145013604652

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для изготовления стрингеров, нервюр, шпангоутов, фюзеляжа, крыльев, двигателей самолета, а также для использования в качестве свариваемых материалов. Предложен сплав на основе титана и изделие, выполненное из него. Сплав содержит алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, цирконий, кислород, углерод, водород, азот, медь, никель, при этом он дополнительно содержит кремний и вольфрам, при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминий 2,0-6,8, молибден 1,0-3,5, ванадий 3,0-6,0, хром 0,4-1,6, железо 0,2-1,2, цирконий 0,01-0,3, кислород 0,04-0,14, углерод 0,02-0,1, водород 0,003-0,02, азот 0,005-0,05, медь 0,001-0,1, никель 0,001-0,1, кремний 0,02-0,15, вольфрам 0,001-0,3, титан остальное. Технический результат - повышение прочности и трещиностойкости основного сплава и сварных соединений, снижение массы изделий. 2 н.з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ванадий, хром, железо, цирконий, кислород, углерод, водород, азот, медь, никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кремний и вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий 2,0-6,8

Молибден 1,0-3,5

Ванадий 3,0-6,0

Хром 0,4-1,6

Железо 0,2-1,2

Цирконий 0,01-0,3

Кислород 0,04-0,14

Углерод 0,02-0,1

Водород 0,003-0,02

Азот 0,005-0,05

Медь 0,001-0,1

Никель 0,001-0,1

Кремний 0,02-0,15

Вольфрам 0,001-0,3

Титан Остальное