C22C14 - Сплави на основі титану
Власники патенту RU 2471880:
Товариство з обмеженою відповідальністю "КОММЕТПРОМ" (ТОВ "КОММЕТПРОМ" "COMMETPROM") (RU)
Винахід відноситься до галузі металургії титанових сплавів і може бути використано для виготовлення деталей вузлів ракетних двигунів, що працюють в умовах високих навантажень при температурах до 800 ° С, в тому числі тривалий час. Жароміцний і жаростійкий титановий сплав, який містить, мас.%: Алюміній 6,0-7,5, цирконій 3,0-5,0, вольфрам 6,0-7,5, гафній 2,5-4,0, ніобій 2 , 5-4,0, титан - інше. Технічний результат полягає в поліпшенні вагових характеристик виробів, в яких застосовується заявляється сплав, в забезпеченні надійності роботи виробів при температурах до 800 ° С протягом тривалого часу, забезпеченні високої міцності і опору повзучості при відсутності охрупчивания в процесі роботи. 1 з.п. ф-ли, 1 табл.
Винахід відноситься до галузі металургії титанових сплавів і може бути використано для виготовлення деталей вузлів ракетних двигунів, що працюють в умовах високих навантажень при температурах до 800 ° С, в тому числі тривалий час.
При використанні сплавів в зазначених конструкціях слід враховувати такі обов'язкові вимоги:
- сплави повинні мати достатньо стабільним фазовим складом, що виключає можливість охрупчивания в процесі в процесі тривалого навантаження і забезпечувати високу міцність і опір повзучості при робочих температурах;
- сплави повинні мати високу жаростійкістю, що забезпечує виключення проникаючого окислення в процесі тривалої експлуатації, при робочих температурах.
Дане збільшення вмісту гафнію і введення ніобію в сплав дозволяє підвищити жароміцність сплаву за рахунок того, що обидва ці елементи значно більш тугоплавкі, ніж титан і, отже, додатково підвищують рівень міжатомних зв'язків і знижують диффузионную рухливість атомів при високих температурах. Одночасно обидва елементи помітно підвищують стійкість титанових сплавів проти окислення. Той же ефект підсилює підвищення нижніх меж змісту алюмінію і вольфраму до 6,0 мас.%.
Слід також зазначити, що гафній, будучи нейтральним упрочнителем, а ніобій β-ізоморфні елементом, що має підвищити технологічну пластичність сплаву як при нормальних, так і при підвищених температурах, що важливо для титанових сплавів, що містять досить високу кількість алюмінію.
Ніобій, що міститься в жароміцних титановому сплаві поряд з вищезазначеним цирконієм і вольфрамом, дозволяє сплаву досягти і збільшити ефект придушення поглинання водню (ефект запобігання водневої крихкості) і поліпшеною корозійної стійкості в порівнянні з титановим сплавом, що містить тільки цирконій і гафній, а також сприяє підвищенню технологічної пластичності сплаву.
Сплав може виплавлятися за загальноприйнятою для серійних титанових сплавів технології методом потрійного переплавки в вакуумно-дугових печах, в тому числі і гарнісажних.
Для експериментальної перевірки заявляється складу методом потрійного переплавки в вакуумно-дугового печі були виплавлені кілька композицій сплаву у вигляді злитків, з яких були виготовлені вільним куванням прутки ⌀16 мм, які потім були отожжени при температурі 800 ° С протягом 1 години з наступним охолодженням на повітрі. З прутків були виготовлені зразки для механічних випробувань при кімнатній і підвищеній температурах, а також для оцінки жаростійкості на дериватографе по максимальній температурі, до якої не спостерігалося окислення металу (по приросту).
У таблиці 1 представлені результати проведених випробувань на розтяг, ударний вигин, тривалу міцність, повзучість і жаростійкість розробленої композиції, з різним рівнем легування, в тому числі більш низьким і більш високим. Для порівняння наведені властивості сплаву-прототипу.
Крім того, виходячи з фазового складу сплаву, на основі досвіду використання подібного типу сплавів в промисловості можна очікувати, що сплав є зварюються.
Результати проведених випробувань сплавів представлені в таблиці.
З таблиці видно, що пропонований сплав помітно перевершує відомі титанові сплави по рівню міцності і жароміцності при температурі до 800 ° С. Одночасно сплав забезпечує досить високий рівень пластичних і в'язких властивостей, що обумовлює його надійну роботу в високонавантажених конструкціях.
Використання заявленого технічного рішення дозволить:
- знизити вагові характеристики вузлів виробів, що працює при температурах ≥800 ° С, в 1,5-1,8 рази за рахунок заміни високонавантажених деталей з жароміцних нікелевих сплавів;
- забезпечити підвищення надійності роботи титанових виробів при температурі ≥800 ° С за рахунок виключення процесу проникаючого окислення металу;
- оптимізувати технологію виготовлення деталей і вузлів, в тому числі зварних, за рахунок можливості термічної обробки на повітрі, виключивши вакуумне й із захисною атмосферою термічне встаткування.
Таким чином, даний винахід забезпечує поліпшення вагових характеристик за рахунок заміни високонавантажених деталей з жароміцних нікелевих сплавів, підвищення міцності і опір повзучості при відсутності охрупчивания в процесі роботи при підвищених температурах до 800 ° С. Крім того, при реалізації пропонованого винаходу забезпечується стабільна висока жаростійкість і жаростійкість при підвищених температурах.
1. Жароміцний і жаростійкий титановий сплав, який містить алюміній, цирконій, вольфрам, гафній, титан, який відрізняється тим, що він додатково містить ніобій при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: