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

Изобретение относится к созданию титановых сплавов, предназначенных для изготовления обшивки, днищ, баллонов, емкостей и других деталей, материал которых работает в условиях двухосного растяжения используемых в авиационной, космической и ракетной технике, цветной металлургии.

Известен сплав на основе титана, имеющий 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 обшивки, цилиндрических оболочек и других деталей и узлов авиакосмической техники.

Недостатками сплава являются низкие эксплуатационные характеристики при работе в условиях двухосного напряженного состояния.

Недостатком изделий является низкая эксплуатационная надежность.

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

алюминий2,0-6,8молибден0,5-3,8ванадий2,0-9,0хром0,4-1,6железо0,2-1,2цирконий0,02-0,3кислород0,04-0,14углерод0,02-0,09водород0,003-0,014азот0,008-0,04кремний0,04-0,14титаностальное

(Патент РФ №1131234)

Из известного сплава изготавливают листовые конструкции (типа обшивки, носовых обтекателей и других узлов) авиакосмической и ракетной техники.

Недостатками сплава и изделия из него являются пониженные характеристики конструкционной прочности и трещиностойкости.

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

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

(Патент РФ №2082802)

Из сплава-прототипа изготавливают листовые детали и узлы авиакосмической и ракетной техники.

Недостатками сплава и изделия из него являются пониженные конструкционная прочность и трещинностойкость.

Технической задачей изобретения является повышение конструкционной прочности и трещиностойкости.

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

алюминий2,0-6,8ванадий3,0-6,0молибден1,0-5,6хром0,2-1,6цирконий0,6-2,0железо0,1-1,2медь0,001-0,4азот0,01-0,05ниобий0,2-2,0кремний0,03-0,15титаностальное

и изделие, выполненное из него

Авторами было установлено, что дополнительное введение в предлагаемый сплав ниобия и кремния при заявленном содержании и соотношении остальных заявляемых компонентов обеспечивает повышение конструкционной прочности и трещиностойкости.

Примеры конкретного осуществления

Вакуумно-дуговым методом выплавляли слитки предлагаемого сплава и сплава-прототипа. Слитки ковали на прессах, после чего подвергали горячей, а затем холодной прокатке и изготавливали листы толщиной 2,0 мм. Из листов изготавливали образцы для испытаний.

В таблице 1 приведены составы, а в таблице 2 - свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

В предлагаемом сплаве предел прочности при двухосном растяжении (σ_вк) повысился на 20%, предел прочности при двухосном растяжении образцов с надрезом (σ_вк ^н) повысился на 30%, ударная вязкость образцов с трещиной (КСТ) повысилась на 40%.

Таким образом, применение предлагаемого сплава позволит снизить массу деталей и узлов на 20% за счет повышения уровня конструкционной прочности (σ_вк) и повысить эксплуатационную надежность работы конструкций.

Таблица 1№Химический состав, мас.%AlVMoCrZrFeCuNbSiNОСНNiTi12,03,01,00,20,60,10,0010,20,030,01----Осн.23,84,52,81,01,20,70,230,80,100,03----"-"36,86,05,61,62,01,20,42,00,150,05----"-"45,34,94,70,90,250,90,080,25-0,040,100,120,160,07"-"

Таблица 2№п/пσ_вк, МПаσ_вк ^н, МПаσ_вк ^н/σ_вкКСТ, МДж/м²1138013520,980,352142013630,960,303141013670,970,324 прототип118010270,870,21σ_вк - конструкционная прочность при двухосном растяжении;
σ_вк ^н - конструкционная прочность при двухосном растяжении образцов с надрезом;
σ_вк ^н/σ_вк - чувствительность к надрезу при двухосном растяжении;
КСТ - удельная работа разрушения образца с трещиной при ударном изгибе.

Группа изобретений относится к титановым сплавам. Предложены сплав и изделие, выполненное из него. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: алюминий 2,0-6,8, ванадий 3,0-6,0, молибден 1,0-5,6, хром 0,2-1,6, цирконий 0,6-2,0, железо 0,1-1,2, медь 0,001-0,4, азот 0,01-0,05, ниобий 0,2-2,0, кремний 0,03-0,15, титан - остальное. Изобретение направлено на повышение трещиностойкости и конструкционной прочности при двухосном растяжении сплава. Предложенный сплав может быть использован для изготовления деталей авиационной, космической и ракетной техники. Применение предлагаемого сплава позволяет снизить массу изготавливаемых деталей и узлов на 20%. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

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

алюминий2,0-6,8ванадий3,0-6,0молибден1,0-5,6хром0,2-1,6цирконий0,6-2,0железо0,1-1,2медь0,001-0,4азот0,01-0,05ниобий0,2-2,0кремний0,03-0,15титаностальное