Патент на изобретение №2356977

(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО

(57) Реферат:

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 других деталей летательных аппаратов. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 5,3-6,8, ванадий 3,5-5,3, железо 0,02-0,6, цирконий 0,001-0,3, углерод 0,005-0,1, кремний 0,01-0,15, марганец 0,001-0,15, медь 0,001-0,095, хром 0,001-0,095, кислород 0,02-0,2, азот 0,005-0,05, водород 0,003-0,015, титан – остальное. Сплав обладает высокими прочностными характеристиками при двухосном растяжении, пониженной чувствительностью к надрезу и пониженной плотностью, обеспечивающими повышение надежности работы изделий. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала при изготовлении лонжеронов, шпангоутов, фюзеляжа, крыльев, агрегатов и других изделий авиационной техники, работающих в условиях двухосного растяжения. Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас.%:

(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 значения конструкционной и циклической прочности при комнатной температуре.

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

(патент РФ 2082803).

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

(патент РФ 2086695)

Сплавы могут быть использованы для изготовления лонжеронов и шпангоутов самолетов. Однако они обладают низкими характеристиками прочности при двухосном растяжении (_вд), прочности при двухосном растяжении в надрезе (_вд^Н), низким значением циклов до разрушения (N) при максимальном напряжении цикла 620 МПа и коэффициенте концентрации напряжений К_t=2,2 и низким значением _вд^H/_вд, т.е. повышенной чувствительности к надрезу.

Недостатками изделий, выполненных из него, являются повышенная масса и низкая эксплуатационная надежность, обусловленная повышенной чувствительностью к надрезу.

Наиболее близким по химическому составу к заявляемому является сплав на основе титана следующего состава, мас.%:

(патент РФ 2082802)

Из этого сплава изготавливают конструкции из прутков, плит и штамповок: лонжероны, шпангоуты и другой силовой набор агрегатов и фюзеляжа самолета.

Недостатками сплава и изделий, выполненных из него, являются пониженные характеристики прочности при двухосном растяжении, долговечности, повышенная плотность и большая чувствительность к надрезу при комнатной температуре.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава, обладающего высокими прочностными характеристиками при двухосном растяжении, пониженной чувствительности к надрезу, и пониженной плотностью, 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, ванадий, железо, цирконий, медь, хром, углерод, азот, кислород и водород, который дополнительно содержит кремний и марганец при следующем соотношении компонентов, мас.%:

и изделие, выполненное из него.

Предложенный сплав дополнительно содержит кремний и марганец, обеспечивающие эффективное упрочнение – и – твердых растворов и способствующие формированию текстуры базиса при деформации, что сопровождается повышением прочности при двухосном растяжении.

В сплаве уменьшено количество легирующих элементов – железа и хрома, что позволило снизить плотность сплава, а следовательно, и вес изделий из него. Кроме того, предлагаемый сплав не содержит дорогой и дефицитный легирующий элемент – молибден, что позволяет снизить стоимость сплава, примерно, на 30%.

Примеры конкретного осуществления:

Вакуумно-дуговым методом с двумя переплавами изготавливали слитки предлагаемого сплава и сплава-прототипа. Слитки расковывали при всесторонней ковке на поковки. Из поковок изготавливали образцы, которые испытывали при комнатной температуре.

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

В предлагаемом сплаве характеристики конструкционной прочности при двухосном растяжении гладких (_Вд) и надрезанных образцов (_Вд^H) повышены на 28 и 48%, соответственно, количество циклов до разрушения увеличено в семь раз, величина _вд^Н/_вд повышена на 20%, ударная вязкость образцов с надрезом в виде трещин повышена на 30-50%.

Таким образом, применение предлагаемого сплава позволит снизить массу деталей и узлов на 25-35% и повысит ресурс работы конструкций, работающих в условиях двухосного растяжения в семь раз при одновременном снижении их стоимости.

Таблица 1
п/п	Химический состав, мас.%
Ti	Al	V	Fe	Zr	Cu	Cr	С	N	Si	Mn	O2	Н	Ni	Mo
1	осн	5,3	3,5	0,02	0,001	0,001	0,001	0,005	0,005	0,01	0,001	0,02	0,003	–
2	осн	6,8	5,3	0,6	0,3	0,095	0,095	0,1	0,05	0,15	0,15	0,2	0,015	–
3	осн	6,0	4,0	0,1	0,01	0,01	0,005	0,01	0,01	0,04	0,10	0,11	0,007	–
4	осн	5,7	4,8	1,0	0,2	0,01	1,0	0,1	0,02	–	–	0,1	0,01	0,1	5,0
Примеры 1-3 – хим. составы предлагаемого сплава, пример 4 – хим. состав сплава-прототипа.

Таблица 2
п/п	ВД, МПа	ВДH, МПа	ВДH/ВД	NЦ при max=620 МПа и Kt=2,2	aту, МДж/м2	Плотность, кг/м3
1	1310	1420	1,08	15700	0,15	4410
2	1350	1467	1,12	17700	0,2	4420
3	1310	1445	1,1	16400	0,17	4420
4	1040	930	0,89	2150	0,1	4720

Формула изобретения

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

2. Изделие из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.