СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА Российский патент 2013 года по МПК C22C14/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

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

Al 5,35-6,1 Sn 3,5-4,5 Zr 3,0-4,5 Mo 0,20-0,70 Nb 0,5-1,0 Si 0,2-0,6 С 0,03-0,10 Ti остальное

(Патент США №4770726)

Из известного сплава изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе диски, лопатки и другие детали компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

Недостатком сплава на основе титана является относительно низкая прочность полуфабрикатов и деталей в отожженном состоянии. Поэтому указанный сплав применяется преимущественно после упрочняющей термической обработки (закалка в масло и последующее старение). Сплав в термоупрочненном состоянии обладает пониженными характеристиками пластичности и вязкости разрушения и прочности при температурах более 600°С, что ограничивает его применение.

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

Al 5,5-6,5 Sn 2,0-4,0 Zr 3,5-4,5 Mo 0,3-0,5 Fe ≤0,03 Si 0,35-0,55 O ≤0,14 Ti остальное

(Патент ЕР №0269196)

Из известного сплава изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе диски компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

Недостатками сплава являются низкий уровень прочностных характеристик при температурах более 600°С, низкая технологичность при горячей деформации и повышенная чувствительность сплава к примеси железа из-за низкого содержания элементов, что ограничивает применение сплава.

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

Al 6,2-7,0 Sn 2,2-3,5 Zr 3,5-4,5 Mo 0,4-1,0 Nb 0,5-1,5 Si 0,1-0,22 О 0,05-0,12 С 0,02-0,1 Ti остальное

(Патент РФ №2039112)

Из известного сплава на основе титана изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе диски, лопатки и статорные детали компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

Недостатками сплава являются низкий уровень термической стабильности из-за высокого суммарного содержания алюминия, олова и циркония, что приводит к охрупчиванию материала после длительных воздействий рабочих температур, относительно низкий уровень прочностных характеристик в интервале рабочих температур.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:

Al 5,8-6,6 Sn 2,5-4,5 Zr 2,0-4,0 Mo 0,8-1,5 Nb 0,8-2,5 W 0,35-0,8 Fe 0,06-0,13 Si 0,25-0,45 С 0,05-0,1 О 0,05-0,12 Ti остальное

(Патент РФ №2259414)

Из известного сплава изготавливают детали и узлы авиакосмической техники, в том числе диски компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.

Недостатком сплава является низкий уровень прочностных характеристик при температурах более 600°С из-за относительно большого содержания бета-стабилизирующих элементов, что ограничивает применение сплава температурным диапазоном 550-600°С.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава на основе титана, обладающего повышенными прочностными характеристиками при температурах более 600°С.

Поставленная техническая задача достигается тем, что сплав на основе титана, содержащий алюминий, олово, цирконий, молибден, ниобий, вольфрам, железо, кремний, углерод, кислород, дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al 5,7-6,7 Sn 3,0-4,5 Zr 3,0-4,5 Mo 0,5-1,4 Nb 0,2-0,6 W 0,01-0,3 Fe 0,01-0,07 Si 0,3-0,52 С 0,03-0,10 O 0,03-0,14 V 0,3-0,9 Ti остальное

при суммарном содержании (V+Nb)≤1,1.

Установлено, что введение в состав сплава ванадия при суммарном его содержании с ниобием ≤1,1, а также ограничение содержания вольфрама (до 0,3%), железа (до 0,07%) при заявленном содержании и соотношении других компонентов, позволяют снизить содержание стабильной бета-фазы в сплаве до 1,5%, в то время как в сплаве-прототипе содержание β-фазы составляет 3%.

Снижение доли стабильной бета-фазы позволяет повысить прочностные свойства сплава при температурах более 600°С. Ограничение содержания вольфрама до 0,3% также способствует повышению эффективности твердорастворного упрочнения углеродом.

Примеры осуществления

Пример 1. Предлагаемый сплав в виде слитков выплавляли методом тройного вакуумно-дугового переплава. Затем слитки подвергали многопереходной ковке. Полученную поковку отжигали по режиму двухступенчатого отжига.

Примеры 2-5 аналогичны примеру 1.

В таблице 1 приведено содержание компонентов выплавленных слитков предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

В таблице 2 приведены механические свойства поковок из предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

Технический результат : в предлагаемом сплаве пределы текучести и прочности повышены на 10-15,8% при температуре испытания 650°С и на 15-20,4% при температуре испытания 700°С с сохранением высоких показателей механических свойств при комнатной температуре.

Предлагаемый сплав можно использовать для изготовления статорных деталей газотурбинных двигателей, работающих длительно при температурах до 650°С и кратковременно до 700°С.

Использование предлагаемого сплава на основе титана повысит рабочую температуру применения деталей из титановых сплавов (в том числе статорных деталей КВД - направляющих лопаток, колец, проставок, корпусов авиационных газотурбинных двигателей) на 50°С.

Таблица 1 № п/п Ti Al Sn Zr Mo Nb W V Fe Si С O (V+Nb) 1 ост. 5,7 3,0 3,0 0,5 0,2 0,01 0,9 0,01 0,3 0,03 0,03 1,1 2 ″-″ 6,4 3,8 3,8 1,2 0,2 0,15 0,3 0,05 0,4 0,07 0,10 0,5 3 ″-″ 6,7 4,5 4,5 1,4 0,4 0,3 0,6 0,07 0,52 0,10 0,14 1,0 4 ″-″ 6,5 4,0 4,0 1,2 0,6 0,2 0,3 0,06 0,45 0,07 0,10 0,9 Прототип ″-″ 6,2 3,5 3,5 1,6 1,2 0,5 - 0,1 0,35 0,08 0,08 -

Таблица 2 № п/п Предел текучести при 650°С, $${\sigma }_{\mathrm{0,2}}^{650}$$ , МПа Предел прочности при 650°С, $${\sigma }_B^{650}$$ , МПа Предел текучести при 700°С, $${\sigma }_{\mathrm{0,2}}^{700}$$ , МПа Предел прочности при 700°С, $${\sigma }_B^{700}$$ , МПа 1 642 738 585 628 2 654 736 612 645 3 678 747 624 661 4 648 744 590 630 Прототип 571 662 497 532

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей. Сплав на основе титана содержит, мас.%: Al 5,7-6,7, Sn 3,0-4,5, Zr 3,0-4,5, Mo 0,5-1,4, Nb 0,2-0,6, W 0,01-0,3, V 0,3-0,9, Fe 0,01-0,07, Si 0,3-0,52, С 0,03-0,10, O 0,03-0,14, Ti - остальное, при этом (V+Nb)≤1,1 мас.%. Сплав характеризуется повышенными прочностными характеристиками при температурах выше 600°С. Использование предлагаемого сплава повысит рабочую температуру применения деталей из титановых сплавов, в том числе статорных деталей КВД - направляющих лопаток, колец, проставок, корпусов авиационных газотурбинных двигателей, на 50°С. 2 табл., 5 пр.

Сплав на основе титана, содержащий алюминий, олово, цирконий, молибден, ниобий, вольфрам, железо, кремний, углерод, кислород, отличающийся тем, что дополнительно содержит ванадий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al 5,7-6,7 Sn 3,0-4,5 Zr 3,0-4,5 Mo 0,5-1,4 Nb 0,2-0,6 W 0,01-0,3 Fe 0,01-0,07 Si 0,3-0,52 С 0,03-0,10 O 0,03-0,14 V 0,3-0,9 Ti остальное