СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
(51) 7 C22C14/00
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Статус: по данным на 09.07.2007 - действует
--------------------------------------------------------------------------------
(14) Дата публикации: 2001.11.20
(21) Регистрационный номер заявки: 2000112830/02
(22) Дата подачи заявки: 2000.05.24
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.05.24
(45) Опубликовано: 2001.11.20
(56) Аналоги изобретения: US 5922274 A, 13.07.1999. RU 2044094 C1, 20.09.1995. RU 2086695 C1, 10.08.1997. EP 0243056 A, 28.10.1987.
(71) Имя заявителя: Государственое предприятие "Всероссийский научно- исследовательский институт авиационных материалов"
(72) Имя изобретателя: Каблов Е.Н.; Хорев А.И.
(73) Имя патентообладателя: Государственое предприятие "Всероссийский научно- исследовательский институт авиационных материалов"
(98) Адрес для переписки: 107005, Москва, ул. Радио, 17, ВИАМ
(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
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 500oС - на 30%, при 600oС - на 70%; предел ползучести (100 ч) при 500oС - на 80%, при 600oC - 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.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
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 600oC ( и ) и предела ползучести за 100 часов при 500 и 600oC ( 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 600oC (таблица).
Предлагаемый состав позволит повысить жаропрочные характеристики сплава и изделий, выполненных из него: предел длительной 100-часовой прочности при 500oC - на 20%, при 600 - на 35%; предел ползучести (100 часов) при 500oC - на 35%, при 600oC - 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
Независимый научно технический портал
На главную страницу раздела
