СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА Российский патент 2007 года по МПК C22C14/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала при изготовлении обшивки, лонжеронов, шпангоутов, фюзеляжа, крыльев, агрегатов и двигателей самолетов, работающих при повышенных температурах.

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

алюминий5,5-6,75ванадий3,5-4,5железо0,25-0,35углерод0,10-0,30кислород0,15-0,25азот0,05-0,14титаностальное

(Патент США №5759484)

Сплав может быть использован для изготовления деталей и узлов авиакосмической техники: лонжеронов, кронштейнов и т.д.

Недостатками сплава и изделий, выполненных из него, являются низкие эксплуатационные характеристики при повышенных температурах.

Известен сплав на основе титана, содержащий, мас.%:

алюминий5,0-6,8ванадий3,5-4,5хром0,01-0,15марганец0,01-0,15железо0,1-0,28медь0,01-0,15никель0,01-0,15цирконий0,01-0,3кремний0,01-0,11азот0,005-0,04углерод0,01-0,09титаностальное (патент РФ №2086695)

Сплав может быть использован для изготовления лонжеронов и шпангоутов самолетов. Однако сплав обладает низкими характеристиками длительной прочности при 350°С за 100 ч и 5000 ч, предела ползучести при 350°С за 100 ч и 5000 ч, низким пределом прочности при сжатии.

Недостатком изделий, выполненных из него, является повышенная масса и низкая эксплуатационная надежность при повышенных температурах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сплав на основе титана следующего состава, мас.%:

алюминий4,5-6,2молибден0,1-0,8ванадий0,1-1,1железо0,03-0,3цирконий0,05-0,5кислород0,05-0,5хром0,01-0,2марганец0,01-0,2медь0,01-0,2никель0,01-0,2титаностальное (патент РФ №2082804)

Из этого сплава изготавливают листовые сварные конструкции, а также обшивку, силовой набор агрегатов и фюзеляжа самолета.

Недостатками сплава и изделий, выполненных из него, являются пониженные характеристики длительной прочности, ползучести листов при повышенной температуре, низкие значения предела прочности при сжатии при комнатной температуре, а также повышенная масса.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава, обладающего высокими механическими характеристиками при повышенных температурах, обеспечивающими снижение массы изделий, выполненных из него, и повышение их надежности в работе.

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

алюминий5,5-7,0молибден0,5-2,0ванадий0,8-2,5цирконий1,5-2,5железо0,03-0,3вольфрам0,001-0,10медь0,001-0,08никель0,001-0,02марганец0,001-0,10водород0,003-0,3хром0,001-0,10титанОстальное

и изделие, выполненное из него.

Предложенный сплав комплексно легирован α-стабилизирующим элементом (Al), β-стабилизирующими элементами (Мо, V, Fe, W, Cu, Ni, Mn, Cr, Н) и нейтральным упрочнителем (Zr), что позволяет эффективно реализовать механизм твердорастворного упрочнения α-твердого раствора. Сплав содержит большее, чем у прототипа, количество циркония, что позволяет значительно упрочнить α-твердый раствор. Содержание в сплаве тугоплавкого вольфрама выполняет модифицирующую функцию и улучшает структуру сплава. Содержание в сплаве водорода в широком диапазоне концентрации позволяет осуществить пластифицирующий эффект при формообразовании элементов конструкции.

Примеры конкретного осуществления.

Вакуумно-дуговым методом с двумя переплавами изготавливали слитки предлагаемого сплава и сплава прототипа. Слитки расковывали при всесторонней ковке на сляб, который прокатывали в листы. Из заготовок листов получали образцы, которые испытывали при комнатной и повышенной температурах.

В табл.1 приведены химические составы, а в табл.2 - свойства листов предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

В предлагаемом сплаве характеристики жаропрочности листов повышены на 30%, а предел прочности при сжатии на 20%.

Применение предлагаемого сплава с большей прочностью позволит снизить массу деталей и узлов на 20-30% и повысить, за счет большего значения предела ползучести, надежность конструкций, работающих в условиях действия сжимающих напряжений.

Таблица №1№ п/пХимический состав, мас.%TiAlМоVZrFeWMnCuNiНCrO₂1осн5,50,50,81,50,030,0010,0010,0010,0010,0030,001-2осн7,02,02,52,50,30,100,100,080,020,30,10-3осн6,31,41,52,00,160,050,050,060,010,150,005-4осн5,70,50,60,30,15-0,10,10,07-0,10,2Примеры 1-3 - хим.составы предлагаемого сплава, пример 4 - хим.состав сплава-прототипа.Таблица №2№ п/п1727055481400276745851147037571574914304555442371160

Изобретение относится к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала при изготовлении обшивки, лонжеронов, шпангоутов, фюзеляжа, крыльев, агрегатов и двигателей самолетов, работающих при повышенных температурах. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 5,5-7,0, молибден 0,5-2,0, ванадий 0,8-2,5, цирконий 1,5-2,5, железо 0,03-0,3, вольфрам 0,001-0,10, медь 0,001-0,08, никель 0,001-0,02, марганец 0,001-0,10, водород 0,003-0,3, хром 0,001-0,10, титан - остальное. Сплав имеет высокие механические свойства при повышенных температурах, что повышает надежность в работе изделий, выполненных из этого сплава. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

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

алюминий5,5-7,0молибден0,5-2,0ванадий0,8-2,5цирконий1,5-2,5железо0,03-0,3вольфрам0,001-0,10медь0,001-0,08никель0,001-0,02марганец0,001-0,10водород0,003-0,3хром0,001-0,10титаностальное