ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА Советский патент 1995 года по МПК C22C14/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к изысканию высокопрочных легких материалов для изготовления фасонного литья, поскольку преимущественно титановых сплавов как конструкционных материалов в наибольшей степени реализуется при высоком уровне прочности.

Целью изобретения является повышение предела прочности сплава и предела текучести.

Для достижения указанной цели в литейный титановый сплав, содержащий алюминий, цирконий, молибден, гафний, празеодим, дополнительно вводят олово и вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.

Алюминий 5,5-6,5
Цирконий 19,5-22,5
Молибден 3,0-4,5
Празеодим 0,01-0,02
Гафний 0,005-0,3
Олово 2,0-3,5
Вольфрам 0,5-1,5
Титан Остальное
Повышение предела прочности, предела текучести предлагаемого сплава достигается за счет легирования его оловом и вольфрамом в указанных пределах.

В связи с введением в предлагаемый сплав дополнительно олова и вольфрама, потребовалась корректировка пределов легирования в составе заявляемого сплава таких элементов, как алюминий, цирконий, молибден.

Нижний предел легирования (алюминий 5,5 мас. цирконий 19,5 мас. молибден 3,0 мас.) был определен с таким расчетом, чтобы в сочетании с нижним пределом легирования оловом и вольфрамом достигался требуемый уровень предела прочности сплава. Верхний предел легирования цирконием и молибденом оставлен на уровне прототипа, а верхний предел легирования алюминием (6,5 мас.) ниже, чем у прототипа.

Корректировку проводили с тем, чтобы сочетание верхних пределов легирования цирконием, молибденом и алюминием совместно с верхними пределами легирования оловом и вольфрамом не приводило к снижению пластических характеристик заявляемого сплава ниже требуемого уровня.

Преимуществом олова как легирующей добавки является то, что при легировании им титана пластические свойства сплава при комнатной температуре почти не снижаются и литейные свойства не ухудшаются.

Вольфрам, как и молибден, является довольно сильным упрочнителем. Выбор предела легирования вольфрамом осуществляется в пределах растворимости его в α -титане и несколько выше так, чтобы влияние этого β -стабилизатора не оказывалось заметно на пластических характеристиках и литейных свойствах сплава.

Нижний предел добавок (2,0 мас. олова и 0,5 мас. вольфрама) является минимальным, при котором обеспечивается требуемый уровень прочности. При увеличении в сплаве содержания олова до свыше 3,5 мас. и вольфрама до свыше 1,5 мас. прочностные свойства растут, но показатели пластичности и ударной вязкости снижаются (относительное удлинение, δ≥5 ударная вязкость КС_v≥196 кДж/м²). Опробование предлагаемого литейного сплава осуществляли в ЦНИИматериалов.

Для определения механических свойств заявляемого литейного титанового сплава в вакуумной дуговой гарниссажной печи ДВП-15 были выплавлены слитки сплава заявляемого состава, а также одновременно с ним предлагаемый литейный титановый сплав и литейный титановый сплав на основе заявляемого с содержанием основных легирующих элементов выше и ниже предлагаемого состава. Металл заливали в изложницу внутренним диаметром 85 мм и высотой 180 мм.

Механические свойства и химический состав выплавленных титановых сплавов приведены в таблице. Результаты изучения механических свойств заявляемого сплава показали его преимущества по сравнению со сплавом, взятым в качестве прототипа.

Лучшее сочетание свойств получено при введении в сплав олова в количестве 2,0-3,5% и вольфрама в количестве 0,5-1,5% В этом случае обеспечивается требуемый предел прочности в сочетании с хорошими пластическими свойствами (относительное удлинение δ≥ 5% ударная вязкость КС_v≥196 кДж/м²).

При введении в состав литейного титанового сплава олова и вольфрама в количестве ниже нижнего предела требуемый уровень значений предела прочности и предела текучести не обеспечивался. При введении в состав литейного титанового сплава олова и вольфрама в количестве выше верхнего предела пластические свойства его резко снижаются.

Жидкотекучесть и заполняемость формы сплавом предлагаемого состава, оцененная по длине спирали, залитой в пробу треугольного сечения с основанием 8 мм и высотой 26 мм, составляет 440 мм.

Объем концентрированной усадочной раковины, определенной на комплексной пробе, составляет 1,3% Сплав сваривается аргонодуговой сваркой.

С целью опробования заявляемого сплава на печи ВКЦУ-30 была изготовлена опытная партия отливок двух наименований с толщиной стенки 2-2,5 мм.

Преимущество использования предлагаемого литейного сплава на основе титана по сравнению с прототипом заключается в том, что благодаря высоким прочностным характеристикам и хорошим литейным свойствам заявляемый сплав может быть использован для изготовления более широкой номенклатуры фасонных отливок сложной формы, в том числе тонкостенных тяжелонагруженных деталей до сих пор изготавливающихся из поковок.

Сплав предназначен для изготовления фасонного литья. Сплав содержит, мас. % : алюминий 5,5- 6,5; цирконий 19,5 - 22,5; молибден 3,0 - 4,5; празеодим 0,01 - 0,02; гафний 0,005 - 0,3; олово 2,0 - 3,5; вольфрам 0,5 - 1,5; титан - остальное. Свойства сплава следующие: предел точности 1180 - 1280 МПа, предел текучести 1072 - 1170 МПа. 1 табл.

ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА, содержащий алюминий, цирконий, молибден, празеодим и гафний, отличающийся тем, что, с целью повышения предела прочности и предела текучести, он дополнительно содержит олово и вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.

Алюминий 5,5 6,5
Цирконий 19,5 22,5
Молибден 3,0 4,5
Празеодим 0,01 0,02
Гафний 0,005 0,3
Олово 0,2 3,5
Вольфрам 0,5 1,5
Титан Остальное