Патент на изобретение №2356978

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

(57) Реферат:

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов. Может использоваться для изготовления деталей и узлов авиакосмической и ракетной техники, материал которых работает в условиях высоких температур. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 3,0-7,0, молибден 1,5-3,0, хром 0,8-2,3, железо 0,2-0,7, цирконий 0,001-0,095, вольфрам 0,001-0,095, кремний 0,16-0,6, кислород 0,03-0,2, титан – остальное. Сплав обладает высокой прочностью и длительной прочностью при высокой температуре и высокой выносливостью, что позволяет снизить массу деталей и узлов и повысить ресурс работы конструкций. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к созданию титановых сплавов, предназначенных для изготовления кронштейнов, панелей, силовых элементов носовых обтекателей и других деталей, материал которых работает в условиях высоких температур в авиационной, космической и ракетной технике, а также цветной металлургии.

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

(Патент США 5759484).

Сплав может быть использован для изготовления силовых элементов конструкций, типа кронштейнов, балок и других деталей и узлов авиакосмической техники.

Недостатками сплава являются низкие эксплуатационные характеристики при работе в условиях высоких температур.

Недостатком изделий является низкая эксплуатационная надежность. Известен сплав на основе титана, имеющий химический состав, мас.%:

(Патент РФ 1131234).

Из сплава изготавливают конструкции авиакосмической и ракетной техники (типа подвесок двигателя).

Недостатками сплава и изделий из него являются пониженные характеристики кратковременной и длительной прочности при высоких температурах.

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

(Патент РФ 2082802).

Из этого сплава изготавливают детали и узлы авиакосмической и ракетной техники.

Недостатками сплава и изделий из него являются пониженные прочностные характеристики при высокой температуре и низкие значения предела выносливости.

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

(Патент РФ 1695696).

Из этого сплава-прототипа изготавливают детали и узлы ракетной и космической техники.

Недостатками сплава и изделий из него являются пониженные характеристики: предела прочности при 400°С (_В⁴⁰⁰) и 450°С (_В⁴⁵⁰); длительной прочности за 100 ч при 400°С (₁₀₀⁴⁰⁰) и 450°С (₁₀₀⁴⁵⁰) и предела выносливости на базе 10⁷ циклов гладкого образца (–₁) и образца с надрезом (^н–₁).

Технической задачей изобретения является создание сплава и изделий из него, обладающих повышенными характеристиками прочности при высокой температуре и предела выносливости.

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

и изделие, выполненное из него.

Авторами было установлено, что введение в предлагаемый сплав большого количества кремния (0,16-0,6 мас.%) и введение кислорода при заявленном содержании остальных компонентов обеспечивает повышение характеристик прочности при повышенных температурах и предела выносливости.

Кроме того, предлагаемый сплав дешевле, т.к. не содержит дорогостоящего и дефицитного ванадия.

Примеры конкретного осуществления

Вакуумно-дуговым методом выплавляли слитки предлагаемого сплава и сплава-прототипа. Слитки ковали на прессах, за несколько стадий после предварительных нагревов и получали прутки диаметром 25 мм. Из полученных прутков изготавливали образцы для испытаний.

В таблице 1 приведены составы, а в таблице 2 свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа. Как видно из таблицы 2, в предлагаемом сплаве предел прочности при 400-450°С (_В⁴⁰⁰, _В⁵⁰⁰) повысился на 24-28%, предел длительной (за 100 ч) прочности (₁₀₀⁴⁰⁰, ₁₀₀⁵⁰⁰) повысился на 23-27%, предел выносливости (–₁, ^н–₁) повысился на 15%.

Таким образом, применение предлагаемого сплава позволит снизить массу деталей и узлов на 20-25% за счет повышения уровня прочностных характеристик при высокой температуре и повысить ресурс работы конструкций за счет увеличения предела выносливости.

Таблица 1
	Химический состав, мас.%
Al	Mo	Cr	Fe	Zr	W	Si	O2	Ni	V	Cu	Ti
1	3,0	1,5	0,8	0,2	0,001	0,001	0,16	0,03				Осн.
2	5,5	2,0	1,5	0,4	0,03	0,1	0,3	0,1				”-”
3	7,0	3,0	2,3	0,7	0,095	0,095	0,6	0,2				”-”
4	5,0	2,2	1	0,7	0,1	0,15			0,02	4,5	0,02	”-”

Таблица 2
п/п	В400, МПа	В450, МПа	100400, МПа	100450, МПа	-1, МПа	н-1, МПа; r=0,75
1	1020	950	990	910	646	450
2	1027	954	995	916	647	470
3	1034	960	998	917	652	490
4 – прототип	820	740	806	715	568	260
В400 и В450 – пределы прочности при 400 и 450°С; 100400 и 100450 – пределы длительной (за 100 ч) прочности при 400 и 450°С; -1 – предел выносливости гладкого образца на базе 107 циклов; н-1 – предел выносливости образца с надрезом на базе 107 циклов при радиусе надреза r=0,75 мм.

Формула изобретения

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

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