СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2009 года по МПК C22C14/00 

Изобретение относится к разработке конструкционных высокопрочных свариваемых титановых сплавов, предназначенных для изготовления крупногабаритных силовых деталей и сварных узлов самолетов: балок, лонжеронов, шпангоутов, силовых элементов конструкции шасси и крепления двигателя, используемых в авиационной технике.

Известен сплав на основе титана следующего химического состава, мас.%:

алюминий5,5-6,75молибден0,85-3,15ванадий3,5-4,5железо0,85-3,15кислород≤0,2титаностальное

(заявка Японии №02173234)

Известный сплав обладает пониженной пластичностью.

Изделия, выполненные из него, не пригодны для изготовления высоконагруженных крупногабаритных деталей.

Известен сплав на основе титана следующего химического состава, мас.%:

алюминий4,0-6,0молибден4,5-6,0ванадий4,5-6,0хром2,0-3,6железо0,2-0,5кислород≤0,2азот0,05титан остальное

(патент РФ №2283889)

Из известного сплава изготавливают конструкции планера самолета и двигателя, детали крепежа.

Недостатком этого сплава является пониженный уровень усталостной прочности сварных соединений.

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

алюминий4,3-6,0молибден4,0-5,6ванадий4,0-5,6хром0,5-1,5железо0,5-1,5цирконий0,03-0,5медь0,003-0,15никель0,003-0,15кислород0,02-0,2углерод0,01-0,2азот0,01-0,05водород0,003-0,03титаностальное

(патент РФ №2082802)

Недостатками известного сплава являются недостаточно высокая малоцикловая усталость (МЦУ) сварных соединений и невысокая термическая стабильность основного металла, что не позволяет использовать этот сплав для изготовления таких изделий, как узлы крепления двигателя.

Недостатками изделий из известного сплава является недостаточно высокие надежность и ресурс.

Технической задачей изобретения является повышение малоцикловой усталости (МЦУ) сварных соединений и термической стабильности основного металла.

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

алюминий4,3-6,0молибден4,0-5,6ванадий4,0-5,6хром0,5-1,5железо0,5-1,5цирконий0,03-0,5медь0,003-0,15никель0,003-0,15кислород0,02-0,2углерод0,01-0,1азот0,01-0,05водород0,003-0,015гафний0,03-0,5титаностальное

При этом предпочтительно, чтобы суммарное содержания кислорода, углерода и азота в сплаве должно удовлетворять условию 0,15%≤[(%O)+0,5(%С)+1,7(%N)]≤0,24%.

Авторами установлено, что дополнительное введение в сплав гафния при заявленном содержании и соотношении компонентов повышает малоцикловую усталость (МЦУ) сварных соединений и термическую стабильность основного металла.

Примеры конкретного осуществления

Для исследования механических свойств сплава, в вакуумной дуговой печи выплавляли методом двойного переплава слитки с химическим составом в пределах предлагаемого сплава (1, 2, 3, табл.1) и сплава-прототипа (4, табл.1).

Выплавленные слитки ковали на гидравлическом прессе на плиты. После механической обработки плит, из них изготавливали заготовки толщиной 20 мм, которые затем сваривали электронно-лучевой сваркой. Сваренные заготовки подвергали упрочняющей термической обработке. Результаты испытаний механических свойств образцов, вырезанных из основного металла и сварных соединений, приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что при повышении термической стабильности значения МЦУ сварных соединений повысились в 1,3-1,5 раза.

Таким образом, применение предлагаемого сплава повысит эксплуатационную надежность и ресурс крупногабаритных силовых деталей и сварных узлов самолетов.

Таблица1№п/пХимический состав, мас.%0,15%≤[(%O)+0,5(%C)+1,7(%N)]≤0,24%AlМоVCrFeZrCuNiОСNНHfTi14,34,04,00,51,50,030,0030,0030,020,100,050,0030,03ост.0,1625,04,84,81,01,00,250,0750,0750,100,050,0250,0090,25"0,1736,05,65,61,50,50,50,150,150,200,010,010,0150,5"0,2246,05,65,61,51,50,50,150,150,200,010,020,0150,5"0,2356,05,65,61,51,50,50,150,150,200,200,050,03-"0,45

Таблица 2СплавМеханические свойства при 20°С основной металлсварное соединение исходное состояниепосле выдержки
350°С - 1000 ч.исходное состояние  σ_в, МПаδ, %σ_в, МПаδ, %σ_в, МПаМЦУ,
σ_max ^нетто,
МПа (N_р=5·10⁴ ц)1148012,5139012,5136064215001014909,51390623153091520914106041540915408,5143060514708,514405135050

Группа изобретений относится к конструкционным высокопрочным свариваемым титановым сплавам, предназначенным для изготовления крупногабаритных силовых деталей и сварных узлов авиационной техники. Предложен сплав на основе титана и изделие, выполненное из него. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, 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, медь - 0,003-0,15, никель - 0,003-0,15, кислород - 0,02-0,2, углерод - 0,01-0,1, азот - 0,01-0,05, водород - 0,003-0,015, гафний - 0,03-0,5, титан - остальное. Суммарное содержания кислорода, углерода и азота в сплаве предпочтительно удовлетворяет условию 0,15%≤[(%O)+0,5(%C)+l,7(%N)]≤0,24%. Изобретение направлено на повышение малоцикловой усталости сварных соединений и термической стабильности основного металла. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

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

алюминий4,3-6,0молибден4,0-5,6ванадий4,0-5,6хром0,5-1,5железо0,5-1,5цирконий0,03-0,5медь0,003-0,15никель0,003-0,15кислород0,02-0,2углерод0,01-0,1азот0,01-0,05водород0,003-0,015гафний0,03-0,5титаностальное