Патент на изобретение №2175992

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

(57) Реферат:

Изобретение относится к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала, работающего при повышенных температурах. Сплав имеет следующий химический состав, мас.%: алюминий 4,5-7,3, молибден 0,4 – 3,8, цирконий 3,0-5,0, олово 1,5-3,5, ниобий 0,5-2,0, железо 0,04-0,28, кремний 0,05-0,5, гадолиний 0,01-0,2, углерод 0,01-0,3, кислород 0,04-0,2, водород 0,005-0,3, азот 0,005-0,04, титан остальное. Предлагаемый состав позволит повысить жаропрочные характеристики сплава и изделий, выполненных из него; предел длительной 100-часовой прочности при 500^oС – на 30%, при 600^oС – на 70%; предел ползучести (100 ч) при 500^oС – на 80%, при 600^oC – на 200%. Применение предложенного сплава позволит снизить массу деталей и узлов на 50% и более и повысить полезную нагрузку самолетов. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к авиационной технике и цветной металлургии, в частности к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала, работающего при повышенных температурах.

Известен сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%:
алюминий – 5,0-6,8
ванадий – 3,5-4,5
цирконий – 0,01-0,3
железо – 0,1-0,28
кремний – 0,01-0,11
хром – 0,0-0,15
марганец – 0,01-0,15
медь – 0,01-0,15
никель – 001-0,15
углерод – 0,01-0,09
азот – 0,005-0,04
титан – остальное /1/.

Из этого сплава изготавливают детали авиационной техники, работающие при повышенных температурах.

Недостатком этого сплава являются пониженные характеристики длительной прочности за 100 часов при температурах 500 и 600^oC ( и ) и предела ползучести за 100 часов при 500 и 600^oC ( и ). Изделия из этого сплава имеют низкие характеристики по жаропрочности и большую массу.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сплав на основе титана следующего состава, мас.%:
алюминий – 5,0-7,0
молибден – 2,0-4,0
цирконий – 2,5-6,0
олово – 3,0-5,0
ниобий – 0,3-2,0
железо – до 0,1
кремний – 0,005-0,8
углерод – 0,05-0,8
кислород – 0,05-0,2
титан – остальное /2/.

Этот сплав также обладает пониженными жаропрочными характеристиками ; ; ; . Изделия из него обладают большой массой, что утяжеляет конструкцию авиационной техники.

Технической задачей изобретения является повышение характеристик жаропрочности сплава и уменьшение массы изделий, выполненных из него.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, цирконий, олово, ниобий, железо, кремний, углерод и кислород, дополнительно содержащий гадолиний, водород и азот, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алюминий – 4,5-7,3
молибден – 0,4-3,8
цирконий – 3,0-5,0
олово – 1,5-3,5
ниобий – 0,5-2,0
железо – 0,04-0,28
кремний – 0,05-0,5
гадолиний – 0,01-0,2
углерод – 0,01-0,3
кислород – 0,04-0,2
водород – 0,005-0,3
азот – 0,005-0,04
титан – остальное
Сплав и изделие, выполненное из него, легирован комплексом -стабилизирующих элементов (Nb, Mo, Si, Fe, Н), -стабилизирующих (Al, O₂, N) и нейтральных упрочнителей (Zr, Sn), что обеспечивает эффективное упрочнение – и -твердых растворов и однородное участие их в нагружении.

Авторами было установлено, что введение в сплав азота (в пределах растворимости в -фазе) обеспечивает повышение жаропрочности -матрицы. Присутствие в сплаве модифицирующей добавки гадолиния обеспечивает однородное распределение интерметаллидов, ₂ -фазы и силицидов, что в свою очередь повышает жаропрочные характеристики.

Содержание регламентированного количества водорода, наряду с другими элементами предлагаемого сплава, обеспечивает получение требуемого комплекса механических свойств.

Были исследованы механические свойства сплавов трех составов, входящих в заявленный сплав (1, 2, 3).

Для получения сравнительных данных выплавляли слитки составов предлагаемого сплава и сплава-прототипа. Слитки ковали на плиты и прокатывали в листы толщиной 1,0 мм. Из заготовок листов изготавливали образцы, которые подвергали испытаниям при температуре 500 и 600^oC (таблица).

Предлагаемый состав позволит повысить жаропрочные характеристики сплава и изделий, выполненных из него: предел длительной 100-часовой прочности при 500^oC – на 20%, при 600 – на 35%; предел ползучести (100 часов) при 500^oC – на 35%, при 600^oC – на 40%.

Применение предложенного сплава позволит снизить массу деталей и узлов на 50% и более и повысить полезную нагрузку самолетов.

Литература
1. Патент РФ N 2086695, кл. C 22 C 14/00.

2. Патент US 5922274, кл. C 22 C 14/00.

Формула изобретения

1. Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, цирконий, олово, ниобий, железо, кремний, углерод и кислород, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гадолиний, водород и азот при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Алюминий – 4,5-7,3
Молибден – 0,4 – 3,8
Цирконий – 3,0 – 5,0
Олово – 1,5-3,5
Ниобий – 0,5-2,0
Железо – 0,04 – 0,28
Кремний – 0,05 – 0,5
Гадолиний – 0,01-0,2
Углерод – 0,01-0,3
Кислород – 0,04 – 0,2
Водород – 0,005 – 0,3
Азот – 0,005 – 0,04
Титан – Остальное
2. Изделие, выполненное из сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, маc.%:
Алюминий – 4,5 – 7,3
Молибден – 0,4 – 3,8
Цирконий – 3,0 – 5,0
Олово – 1,5 – 3,5
Ниобий – 0,5 – 2,0
Железо – 0,04 – 0,28
Кремний – 0,05 – 0,5
Гадолиний – 0,01 – 0,2
Углерод – 0,01 – 0,3
Кислород – 0,04 – 0,2
Водород – 0,005 – 0,3
Азот – 0,005 – 0,04
Титан – Остальное

РИСУНКИ