RU2436858C2 - Secondary titanium alloy and procedure for its production - Google Patents
Secondary titanium alloy and procedure for its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2436858C2 RU2436858C2 RU2010106730/02A RU2010106730A RU2436858C2 RU 2436858 C2 RU2436858 C2 RU 2436858C2 RU 2010106730/02 A RU2010106730/02 A RU 2010106730/02A RU 2010106730 A RU2010106730 A RU 2010106730A RU 2436858 C2 RU2436858 C2 RU 2436858C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aleq
- moeq
- titanium
- alloy
- structural
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения титановых сплавов из вторичного сырья и может быть использовано в металлургии, энергетике, химической промышленности, машиностроении, судостроении и пр. областях техники, где востребованы уникальные свойства титановых сплавов.The invention relates to the field of production of titanium alloys from secondary raw materials and can be used in metallurgy, energy, chemical industry, mechanical engineering, shipbuilding and other fields of technology where unique properties of titanium alloys are claimed.
Основным недостатком титановых сплавов, препятствующих его широкому распространению, является высокая стоимость производства. В то же время в отличие от большинства металлов недостаточно используются титановые отходы. Их использование позволяет удешевить стоимость вторичных сплавов на 30 и более процентов при сохранении основных конструкционных свойств, присущих титановым сплавам.The main disadvantage of titanium alloys that prevent its widespread distribution is the high cost of production. At the same time, unlike most metals, titanium waste is not used enough. Their use allows to reduce the cost of secondary alloys by 30 percent or more while maintaining the basic structural properties inherent in titanium alloys.
Известно, что в себестоимости титановых слитков до 90% всех затрат составляют затраты на дорогостоящие компоненты шихты. Каждые 10% отходов снижают ее стоимость на 5-8%. При вовлечении в шихту 10% отходов на 1 т выплавляемых слитков на основе титана экономится в среднем 100 кг губки и 10 кг легирующих элементов (В.А.Гармата и др. Титан. М.: Металлургия, 1983, стр.526).It is known that in the cost of titanium ingots up to 90% of all costs are the costs of the expensive components of the charge. Every 10% of waste reduces its cost by 5-8%. When 10% of waste per 1 ton of smelted ingots based on titanium is involved in the charge, an average of 100 kg of sponge and 10 kg of alloying elements are saved (V.A. Garmata et al. Titan. M .: Metallurgy, 1983, p. 526).
Из титана и его сплавов изготовляют те же виды полуфабрикатов, что и из других промышленных металлов и сплавов (листы полосы, ленты, плиты, поковки, прутки и другие). Поэтому при производстве полуфабрикатов и изделий из сплавов титана образуются и все традиционные виды отходов - кусковые отходы, стружка, листовая обрезь. Общее количество отходов, ежегодно образующихся при производстве и применении титановых сплавов, весьма велико, оно составляет около 70% к шихте, потребляемой при плавке, причем эта цифра с течением времени изменяется очень мало (Андреев А.Л., Аношкин Н.Ф. и др. Плавка и литье титановых сплавов. М.: Металлургия, 1994, стр.128-135).The same types of semi-finished products are made from titanium and its alloys as from other industrial metals and alloys (strip sheets, ribbons, plates, forgings, rods and others). Therefore, in the production of semi-finished products and products from titanium alloys, all traditional types of waste are generated - lumpy waste, shavings, sheet trimmings. The total amount of waste generated annually in the production and use of titanium alloys is very large, it amounts to about 70% of the charge consumed during smelting, and this figure changes very little over time (A. Andreev, N.F. and Anoshkin, N.F. etc. Melting and casting of titanium alloys. M: Metallurgy, 1994, p.128-135).
Дополнительным источником дешевого шихтового материала потенциально является низкосортная титановая губка (которая традиционно причисляется к отходам и имеет ограниченное применение для выплавки слитков титановых сплавов). Ее образование связано со специфическими особенностями аппаратурного оформления магнийтермической технологии ее получения. Выход такой губки колеблется в пределах 6-12%. Губка характеризуется повышенным содержанием примесей железа, кремния, азота, кислорода, углерода.An additional source of cheap charge material is potentially low-grade titanium sponge (which is traditionally classified as waste and has limited use for smelting ingots of titanium alloys). Its formation is associated with specific features of the hardware design of the magnesium thermal technology for its production. The output of such a sponge ranges from 6-12%. The sponge is characterized by a high content of impurities of iron, silicon, nitrogen, oxygen, carbon.
Как известно, структура титановых сплавов формируется в процессе горячей деформации, и в отличие от стали тип структуры не претерпевает существенных изменений в процессе термической обработки. В связи с этим особое внимание уделяется схемам и режимам деформации, обеспечивающим получение требуемой структуры в полуфабрикатах. Схемы и режимы термомеханической обработки титановых сплавов зависят от фазовых превращений, связанных с полиморфизмом титана. Структура промышленных сплавов титана - это твердые растворы легирующих элементов в α- и β-модификациях титана.As is known, the structure of titanium alloys is formed during hot deformation, and, unlike steel, the type of structure does not undergo significant changes in the process of heat treatment. In this regard, special attention is paid to schemes and modes of deformation, providing the desired structure in semi-finished products. Schemes and thermomechanical treatment of titanium alloys depend on phase transformations associated with titanium polymorphism. The structure of industrial titanium alloys is solid solutions of alloying elements in α- and β-modifications of titanium.
По влиянию на стабильность α- и β-твердых растворов легирующие элементы в сплавах титана разделяются на три группы: α-стабилизаторы, β-стабилизаторы и нейтральные упрочнители.According to the effect on the stability of α- and β-solid solutions, alloying elements in titanium alloys are divided into three groups: α-stabilizers, β-stabilizers and neutral hardeners.
α-стабилизаторы (Al, С, N, О) повышают температуру полиморфного превращения и расширяют область твердых растворов на основе Ti. Введение α-стабилизаторов в сплавы титана удешевляет их, снижает их плотность (алюминий легче титана), повышает удельную прочность, жаростойкость и жаропрочность, уменьшает склонность сплавов к водородной хрупкости, повышает модуль упругости.α-stabilizers (Al, C, N, O) increase the temperature of polymorphic transformation and expand the range of Ti-based solid solutions. The introduction of α-stabilizers in titanium alloys makes them cheaper, reduces their density (aluminum is lighter than titanium), increases specific strength, heat resistance and heat resistance, reduces the tendency of alloys to hydrogen embrittlement, and increases the elastic modulus.
β-стабилизаторы (Мо, V, Сr, Мn, Fe, Si и др.) понижают температуру полиморфного превращения титана и расширяют область твердых растворов на основе Ti. Легирующие элементы, являющиеся β-стабилизаторами, повышают прочность, жаропрочность и термическую стабильность титановых сплавов.β-stabilizers (Mo, V, Cr, Mn, Fe, Si, etc.) lower the temperature of polymorphic transformation of titanium and expand the range of solid solutions based on Ti. Alloying elements, which are β-stabilizers, increase the strength, heat resistance and thermal stability of titanium alloys.
Кроме этого сплавы, легированные элементами, повышающими стабильность β-фазы, значительно упрочняются в результате термической обработки.In addition, alloys alloyed with elements that increase the stability of the β phase are significantly hardened as a result of heat treatment.
Нейтральные упрочнители (Zr, Sn и др.) мало влияют на температуру полиморфного превращения и на стабильность α- и- β-фаз. Добавка олова упрочняет титановые сплавы, повышает их сопротивление окислению и ползучести. Цирконий увеличивает сопротивление ползучести и длительную прочность сплава.Neutral hardeners (Zr, Sn, etc.) have little effect on the temperature of the polymorphic transformation and on the stability of the α and β phases. The addition of tin strengthens titanium alloys, increases their resistance to oxidation and creep. Zirconium increases creep resistance and long-term strength of the alloy.
В изобретении учитывается то, что промышленные титановые сплавы в основном получают путем легирования титана следующими элементами (числа в скобках - максимальная для промышленных сплавов концентрация легирующей добавки в % по массе): Al (8), V (16), Мо (30), Mn (8), Sn (13), Zr (10), Cr (10), Cu (3), Fe (5), W (5), Ni (32), Si (0,5); реже применяется легирование Nb (2) и Та (5). Многообразие сплавов и соотношений их количества затрудняют выплавку в промышленных масштабах дешевых вторичных сплавов титана с химическим составом, определенным узкими рамками. Это препятствует их широкому рыночному распространению.The invention takes into account the fact that industrial titanium alloys are mainly obtained by alloying titanium with the following elements (the numbers in brackets are the maximum concentration of alloying additive for industrial alloys in mass%): Al (8), V (16), Mo (30), Mn (8), Sn (13), Zr (10), Cr (10), Cu (3), Fe (5), W (5), Ni (32), Si (0.5); less commonly used is doping with Nb (2) and Ta (5). The variety of alloys and the ratios of their number make it difficult to smelting on an industrial scale cheap secondary titanium alloys with a chemical composition defined by narrow frames. This prevents their widespread market distribution.
Поскольку прослеживается определяющее влияние α и β групп легирующих элементов на свойства титановых сплавов, то, учитывая, что они при большом количестве отходов могут сочетаться в различных весовых комбинациях, целесообразно при выплавке вторичных сплавов учитывать соотношения α-стабилизаторов по алюминиевому эквиваленту, β-стабилизаторов по молибденовому эквиваленту.Since the determining influence of α and β groups of alloying elements on the properties of titanium alloys is traced, given that they can be combined in different weight combinations with a large amount of waste, it is advisable to take into account the ratios of α-stabilizers in aluminum equivalent and β-stabilizers in smelting secondary alloys molybdenum equivalent.
Известен сплав на основе титана (JP 2006034414 A, 09.02.2006) - прототип, сплав имеет следующий состав, мас.%:Known alloy based on titanium (JP 2006034414 A, 02/09/2006) - prototype, the alloy has the following composition, wt.%:
Данный сплав относится к сложнолегированным, его свойства обеспечиваются влиянием порядка 7 легирующих элементов, относящихся к 3 группам, влияющим на полиморфизм титана. Содержание легирующих элементов в сплаве колеблется от 0,1% до 15,0%. В прототипе, как и в известных на сегодняшний день сплавах, отсутствует точное количественное регулирование химического состава титанового сплава в процессе его изготовления, поэтому бессистемное совмещение легирующих элементов, величина введения в сплав которых подвержена изменению в широких пределах, приводит к большому разбросу прочностных, пластических и структурных свойств в границах данного сплава. Вследствие этого его реальное техническое применение ограничено областью изготовления неответственных изделий и характеризуется нерациональным использованием дорогостоящих легирующих элементов. Этот недостаток становится критическим, т.к. соотношение требуемого содержания легирующих элементов во вторичном сплаве и их наличие в реально существующих отходах вступают в противоречие. Поэтому на сегодняшний день количество вовлекаемых отходов в ответственные сплавы не превышает более 30%.This alloy belongs to complex alloyed, its properties are provided by the influence of about 7 alloying elements belonging to 3 groups, affecting titanium polymorphism. The content of alloying elements in the alloy ranges from 0.1% to 15.0%. In the prototype, as in the alloys known today, there is no exact quantitative control of the chemical composition of the titanium alloy in the process of its manufacture, therefore, the unsystematic combination of alloying elements, the amount of introduction into the alloy of which is subject to change over a wide range, leads to a large spread of strength, plastic and structural properties within the given alloy. As a result of this, its actual technical use is limited to the area of manufacture of non-responsible products and is characterized by the irrational use of expensive alloying elements. This drawback becomes critical because the ratio of the required content of alloying elements in the secondary alloy and their presence in actually existing waste come into conflict. Therefore, today the amount of waste involved in critical alloys does not exceed more than 30%.
Известен способ получения слитков, включающий подготовку шихты, получение при первом переплаве в гарнисажной печи расплава и формирование из него в изложнице цилиндрического слитка-электрода, который используют при втором переплаве в вакуумной дуговой печи (Патент РФ №2263721, МПК С22В 9/20, опубл. 10.11.2005 - прототип). Способ позволяет организовать стабильный технический процесс получения качественных слитков. В процессе плавки гарнисажной плавки создается и достаточно продолжительное время поддерживается ванна расплава. В результате этого химический состав металла усредняется, рафинируется от газовых и летучих включений, а тугоплавкие частицы или растворяются, или, имея более высокую плотность, вмораживаются в гарнисаж и не попадают в отливаемый слиток. Второй переплав в ВДП позволяет получить слитки с плотной, мелкозернистой, однородной структурой.A known method of producing ingots, including the preparation of the charge, obtaining at the first remelting in the skull furnace melt and forming from it in the mold a cylindrical ingot electrode, which is used for the second remelting in a vacuum arc furnace (RF Patent No. 2263721, IPC С22В 9/20, publ. 10.11.2005 - prototype). The method allows to organize a stable technical process for producing high-quality ingots. In the process of melting skull melting, a melt bath is created and for a sufficiently long time. As a result, the chemical composition of the metal is averaged, refined from gas and volatile inclusions, and refractory particles either dissolve or, having a higher density, freeze into the skull and do not fall into the cast ingot. The second remelting in the VDP allows you to get ingots with a dense, fine-grained, homogeneous structure.
Недостатком данного способа является то, что получение сложнолегированных сплавов на основе титана с точно регламентированными прочностными свойствами вызывает значительные затруднения вследствие непредсказуемого сочетания отходов, имеющихся в наличии на период плавки, что приводит к большому разбросу механических и технологических свойств материала.The disadvantage of this method is that the production of highly alloyed titanium-based alloys with precisely regulated strength properties causes significant difficulties due to the unpredictable combination of waste available for the smelting period, which leads to a large spread of the mechanical and technological properties of the material.
Задачей изобретения является создание вторичного титанового сплава с регламентируемыми свойствами, в котором вовлекается до 100% отходов титановых сплавов произвольного химического состава, при этом учитывается, что свойства сплавов титана зависят от фазового состояния в большей степени, чем от химического состава.The objective of the invention is to create a secondary titanium alloy with regulated properties, which involves up to 100% of waste titanium alloys of arbitrary chemical composition, taking into account that the properties of titanium alloys depend on the phase state to a greater extent than on the chemical composition.
Техническим результатом является получение регламентированных стабильных прочностных и технологических свойств вторичного титанового сплава за счет контроля алюминиевого и молибденового эквивалентов при использовании широкого спектра титановых отходов различного химического состава, экономия дорогостоящих химических элементов, увеличение технологической гибкости производства вторичных титановых сплавов.EFFECT: obtaining regulated stable strength and technological properties of secondary titanium alloy due to control of aluminum and molybdenum equivalents using a wide range of titanium waste of various chemical composition, saving expensive chemical elements, increasing the technological flexibility of the production of secondary titanium alloys.
Указанный технический результат достигается тем, что вторичный титановый сплав для изготовления листовых полуфабрикатов, или изделий конструкционного назначения, или конструкционной брони, содержащий алюминий (Al), ванадий (V), молибден (Мо), хром (Cr), железо (Fe), никель (Ni), цирконий (Zr), азот (N), кислород (О), углерод (С) и остальное титан (Ti), что сплав дополнительно содержит кремний (Si) при следующем содержании компонентов, мас.%:The specified technical result is achieved in that the secondary titanium alloy for the manufacture of semi-finished products, or products for structural purposes, or structural armor containing aluminum (Al), vanadium (V), molybdenum (Mo), chromium (Cr), iron (Fe), nickel (Ni), zirconium (Zr), nitrogen (N), oxygen (O), carbon (C) and the rest is titanium (Ti), the alloy additionally contains silicon (Si) with the following components, wt.%:
где величины молибденового Moeq и алюминиевого Aleq эквивалентов определены по формулам:where the values of molybdenum Moeq and aluminum Aleq equivalents are determined by the formulas:
и составляют:and make up:
Moeq=3,1-7,0; Aleq=5,4-7,1 для листовых полуфабрикатов, илиMoeq = 3.1-7.0; Aleq = 5.4-7.1 for sheet semi-finished products, or
Moeq=3,1-7,0; Aleq=7,11-9,7 для изделий конструкционного назначения, илиMoeq = 3.1-7.0; Aleq = 7.11-9.7 for structural products, or
Moeq=7,0-13,40; Aleq=5,3-9,20 для конструкционной брони.Moeq = 7.0-13.40; Aleq = 5.3-9.20 for structural armor.
Технический результат обеспечивается способом получения вторичного титанового сплава для изготовления листовых полуфабрикатов, или изделий конструкционного назначения, или конструкционной брони, включающим подготовку шихты, получение при первом переплаве в гарнисажной печи расплава и формирование из него в изложнице цилиндрического слитка-электрода, который используют при втором переплаве в вакуумной дуговой печи, шихту готовят из отходов титановых сплавов, состав которой компонуют в зависимости от заданных молибденового (Moeq) и алюминиевого (Aleq) эквивалентов величины, которые рассчитываются по формулам:The technical result is provided by the method of producing a secondary titanium alloy for the manufacture of semi-finished products, or structural products, or structural armor, including preparing the charge, obtaining a melt at the first remelting in the skull furnace and forming a cylindrical ingot from it in the mold, which is used for the second remelting in a vacuum arc furnace, the mixture is prepared from waste titanium alloys, the composition of which is composed depending on the specified molybdenum (Moeq) and al minievogo (Aleq) quantities equivalents, which are calculated by the formulas:
переплав ведут с получением сплава по п.1.remelting lead to obtain the alloy according to claim 1.
В заявленном сплаве при практически одинаковом молибденовом эквиваленте (определенном экономическими, прочностными и технологическими свойствами) для листовых полуфабрикатов и сплавов конструкционного назначения алюминиевый эквивалент для листовых полуфабрикатов устанавливается в пределах от 5,4 до 7,1, а для сплавов конструкционного назначения от 7,11 до 9,7. Это ограничение обусловлено тем, что при увеличении Aleq возрастает легированность твердого раствора и, как следствие, возрастает твердорастворное упрочнение, что, в свою очередь, приводит к снижению технологической пластичности. При превышении величины прочностного алюминиевого эквивалента свыше 6,5 возникают предпосылки для образования трещин в процессе прокатки.In the claimed alloy with almost the same molybdenum equivalent (determined by economic, strength and technological properties) for sheet semi-finished products and structural alloys, the aluminum equivalent for sheet semi-finished products is set in the range from 5.4 to 7.1, and for structural alloys from 7.11 up to 9.7. This limitation is due to the fact that with an increase in Aleq, the alloying of the solid solution increases and, as a result, the solid solution hardening increases, which, in turn, leads to a decrease in technological plasticity. If the strength aluminum equivalent exceeds 6.5, prerequisites arise for the formation of cracks in the rolling process.
Напротив, в сплавах конструкционного назначения Aleq в пределах от 7,11 до 9,7, являясь наиболее эффективным инструментом упрочнения сплава, позволяет сохранить его приемлемые технологические свойства.On the contrary, in Aleq structural alloys ranging from 7.11 to 9.7, being the most effective tool for hardening the alloy, it maintains its acceptable technological properties.
Для сплавов, преимущественно предназначенных для использования в качестве конструкционной брони, молибденовый эквивалент определен гораздо выше и находится в пределах Moeq=7,0-13,40. Это обусловлено тем, что титановые сплавы с заданной твердостью за счет легирования имеют уровень противопульной стойкости выше и склонность к тыльным отколам меньше, чем термически обработанные на такую же твердость.For alloys primarily intended for use as structural armor, the molybdenum equivalent is much higher and is in the range of Moeq = 7.0-13.40. This is due to the fact that titanium alloys with a given hardness due to alloying have a level of bulletproof resistance higher and a tendency to back spalls less than heat-treated for the same hardness.
В качестве противопульной брони наиболее целесообразно использовать титановые сплавы с α+β структурой после отжига, при котором уровень механических свойств определяется свойствами α и β фаз, степенью гетерогенности и типом структуры.As bulletproof armor, it is most advisable to use titanium alloys with an α + β structure after annealing, in which the level of mechanical properties is determined by the properties of the α and β phases, the degree of heterogeneity and the type of structure.
Применение закалки и упрочняющей термической обработки ведет к снижению противопульной стойкости титановых сплавов и повышенной склонности к срезу пробки, что связано с максимальным упрочнением α+β титановых сплавов и резким снижением пластических свойств. Химический состав сплава подобран с учетом присутствия легирующих элементов в титановых отходах.The use of hardening and hardening heat treatment leads to a decrease in bulletproof resistance of titanium alloys and an increased tendency to cut the plug, which is associated with maximum hardening of α + β titanium alloys and a sharp decrease in plastic properties. The chemical composition of the alloy is selected taking into account the presence of alloying elements in titanium waste.
Группа - α-стабилизаторов.Group - α-stabilizers.
Алюминий, который применяется практически во всех промышленных сплавах, является наиболее эффективным упрочнителем, улучшая прочностные и жаропрочные свойства титана. Содержание алюминия в сплаве принято от 0,01 до 6,5%, при содержании алюминия более 6,5% происходит нежелательное снижение пластичности.Aluminum, which is used in almost all industrial alloys, is the most effective hardener, improving the strength and heat-resistant properties of titanium. The aluminum content in the alloy is taken from 0.01 to 6.5%, with an aluminum content of more than 6.5%, an undesirable decrease in ductility occurs.
Азот, кислород и углерод повышают температуру аллотропического превращения титана и в основном присутствуют в промышленных титановых сплавах в виде примесей. Влияние этих примесей на свойства изготовляемых из титана сплавов столь значительно, что должно специально учитываться при расчете шихты, чтобы получить механические свойства в нужных пределах. Наличие в сплаве азота ≤0,07%, кислорода ≤0,3%, углерода ≤0,1% не оказывает заметного влияния на снижения термической стабильности, сопротивления ползучести и ударной вязкости.Nitrogen, oxygen and carbon increase the temperature of the allotropic conversion of titanium and are mainly present in the form of impurities in industrial titanium alloys. The influence of these impurities on the properties of alloys made from titanium is so significant that it must be specially taken into account when calculating the charge in order to obtain mechanical properties within the required limits. The presence of nitrogen in the alloy ≤0.07%, oxygen ≤0.3%, carbon ≤0.1% does not significantly affect the decrease in thermal stability, creep resistance and toughness.
Группа нейтральных упрочнителей.Group of neutral hardeners.
В последнее время в качестве легирующих элементов применяют цирконий. Цирконий образует с α-титаном широкий ряд твердых растворов, относительно близок к нему по температуре плавления и плотности, повышает коррозионную стойкость. Микролегирование цирконием в диапазоне 0,05-0,5% обеспечивает сочетание высокой прочности и пластичности как для крупногабаритных штамповок и поковок, так и для полуфабрикатов малого сечения, таких как прутки, плиты листы, позволяет производить теплую и холодную деформацию со степенью осадки до 60%.Recently, zirconium has been used as alloying elements. Zirconium forms a wide range of solid solutions with α-titanium, is relatively close to it in terms of melting point and density, and increases corrosion resistance. Microalloying with zirconium in the range of 0.05-0.5% provides a combination of high strength and ductility for large stampings and forgings, as well as for semi-finished small sections, such as rods, plate sheets, which allows for warm and cold deformation with a degree of settlement up to 60 %
Группа β-стабилизаторов, которые широко применяются в промышленных сплавах (V, Мо, Cr, Fe, Ni, Si).A group of β-stabilizers that are widely used in industrial alloys (V, Mo, Cr, Fe, Ni, Si).
Ванадий и железо являются β-стабилизирующими элементами, повышающими прочность сплава, практически не снижая пластичности. Содержание ванадия в заявляемом сплаве по сравнению с прототипом изменено в сторону меньших концентраций от 0,01 до 5,5%, что позволяет использовать отходы титановых сплавов в различных комбинациях. При содержании ванадия более 5,5% происходит нежелательное снижение пластичности.Vanadium and iron are β-stabilizing elements that increase the strength of the alloy, practically without reducing ductility. The vanadium content in the inventive alloy compared to the prototype is changed in the direction of lower concentrations from 0.01 to 5.5%, which allows the use of waste titanium alloys in various combinations. When the vanadium content is more than 5.5%, an undesirable decrease in ductility occurs.
При содержании железа менее 0,1% не обеспечивается достаточный эффект, а при содержании более 2,5% происходит нежелательное снижение пластичности сплава.When the iron content is less than 0.1%, a sufficient effect is not provided, and when the content is more than 2.5%, an undesirable decrease in the ductility of the alloy occurs.
В заявляемом сплаве в небольшом количестве присутствует β-стабилизирующий элемент - хром, который также направлен на повышение прочности сплава. При содержании хрома менее 0,01% не обеспечивается достаточный эффект, а верхний предел хрома 1,5% обусловлен содержанием его в титановых отходах.In the claimed alloy in a small amount there is a β-stabilizing element - chromium, which is also aimed at increasing the strength of the alloy. When the chromium content is less than 0.01%, a sufficient effect is not provided, and the upper limit of chromium of 1.5% is due to its content in titanium waste.
Введение молибдена в пределах 0,01-2,0% обеспечивает полную растворимость его в α-фазе, что позволяет получать необходимые прочностные характеристики без снижения пластических свойств. Если содержание молибдена превышает 2,0%, увеличивается удельный вес сплава вследствие того, что молибден является тяжелым металлом, и пластические свойства сплава снижаются.The introduction of molybdenum in the range of 0.01-2.0% ensures its complete solubility in the α phase, which allows to obtain the necessary strength characteristics without reducing the plastic properties. If the molybdenum content exceeds 2.0%, the specific gravity of the alloy increases due to the fact that molybdenum is a heavy metal, and the plastic properties of the alloy are reduced.
Предлагаемый сплав содержит никель. Повышенные содержания алюминия и ванадия усиливают стойкость сплава к окислению и эрозии при работе в условиях направленного потока агрессивных газов. Присутствие в составе сплава никеля также усиливает сопротивление коррозии. При содержании никеля менее 0,05% не обеспечивается достаточный эффект, а верхний предел никеля 0,5% обусловлен содержанием его в составе титановой губки низших сортов.The proposed alloy contains Nickel. The increased contents of aluminum and vanadium enhance the resistance of the alloy to oxidation and erosion when operating in a directed flow of aggressive gases. The presence of nickel in the alloy also enhances corrosion resistance. When the nickel content is less than 0.05%, a sufficient effect is not provided, and the upper limit of 0.5% nickel is due to its content in the lower grade titanium sponge.
По сравнению с прототипом в сплав дополнительно введен еще один β-стабилизатор - кремний, который в заявленных пределах полностью растворяется в α-фазе, обеспечивая упрочнение α-твердого раствора и образование небольшого количества β-фазы в сплаве. Кроме того, добавка кремния в сплав повышает его жаропрочность.Compared with the prototype, another β-stabilizer is additionally introduced into the alloy — silicon, which completely dissolves in the α-phase within the stated limits, providing hardening of the α-solid solution and the formation of a small amount of β-phase in the alloy. In addition, the addition of silicon to the alloy increases its heat resistance.
Важнейшее отличие от прототипа заключается в том, что предлагаемое изобретение позволяет с большой точностью получить необходимые технологические свойства вторичных титановых сплавов путем гибкого подбора величин легирующих элементов исходя из их наличия в титановых отходах сплавов различных марок.The most important difference from the prototype is that the invention allows to obtain with great accuracy the necessary technological properties of secondary titanium alloys by flexible selection of alloying elements based on their presence in titanium waste alloys of various grades.
Изобретение основано на возможности разделения эффектов от легирования β-стабилизаторов и α-стабилизаторами, и нейтральными упрочнителями. Их количественные величины поддаются точному расчету по формулам соответственно 1 и 2, где их величины указаны в % мас. (%).The invention is based on the possibility of separating effects from doping of β-stabilizers and α-stabilizers, and neutral hardeners. Their quantitative values can be accurately calculated by the formulas 1 and 2, respectively, where their values are indicated in% wt. (%).
В основу формул положен учет эффективности влияния конкретного легирующего элемента относительно влияния такого же количества молибдена в Moeq, мас.% (Moeq) и алюминия в Aleq, мас.% (Aleq) на структуру титановых сплавов. Аккумулированный эффект в зависимости от количества легирующих элементов подсчитывается по вышеприведенным формулам, величины которых в свою очередь позволяют гибко регулировать механические и технологические свойства выплавляемого сплава. Коэффициенты в вышеуказанных формулах подбирались в соответствии со справочником (Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. А.А.Ильин, Б.А.Колачев, И.С.Полькин, ВИЛС-МАТИ, Москва, 2009, стр.33-35).The formulas are based on taking into account the effectiveness of the influence of a particular alloying element with respect to the effect of the same amount of molybdenum in Moeq, wt.% (Moeq) and aluminum in Aleq, wt.% (Aleq) on the structure of titanium alloys. The accumulated effect, depending on the number of alloying elements, is calculated according to the above formulas, the values of which, in turn, allow flexible control of the mechanical and technological properties of the melted alloy. The coefficients in the above formulas were selected in accordance with the reference book (Titanium alloys. Composition, structure, properties. A.A. Ilyin, B. A. Kolachev, I. S. Polkin, VILS-MATI, Moscow, 2009, pp. 33-35 )
Примеры конкретного осуществления.Examples of specific implementation.
Пример 1.Example 1
Для экспериментальной проверки свойств заявленного сплава методом двойного дугового переплава были выплавлены 16 сплавов различного химического состава (слитки массой по 23 кг). Исходными данными для их шихтовки являлись прогнозируемые прочностные свойства в отожженном состоянии, которые соответствуют прочностным свойствам наиболее распространенных конструкционных сплавов класса Ti-6Al-4V. Слитки были выплавлены методом двойного переплава с использованием имеющихся отходов, доля которых достигала 50%. Из полученных слитков методом ковки и последующей прокатки были изготовлены прутки диаметром 30-32 мм. Химический состав сплавов приведен в таблице 1.For experimental verification of the properties of the claimed alloy by the method of double arc remelting, 16 alloys of various chemical composition were melted (ingots weighing 23 kg each). The initial data for their blending were the predicted strength properties in the annealed state, which correspond to the strength properties of the most common structural alloys of the Ti-6Al-4V class. The ingots were smelted using the double remelting method using existing waste, the proportion of which reached 50%. From the obtained ingots by forging and subsequent rolling, rods with a diameter of 30-32 mm were made. The chemical composition of the alloys is given in table 1.
ваNo.
wa
Исследование механических свойств прутков при растяжении было проведено после отжига (730°С, выдержка 1 час, охлаждение на воздухе). Прочностные эквиваленты, реальная и расчетная прочность на разрыв, а также относительное удлинение приведены в таблице 2.The study of the mechanical properties of the bars under tension was carried out after annealing (730 ° C, holding for 1 hour, cooling in air). Strength equivalents, real and estimated tensile strength, as well as elongation are shown in table 2.
Как видно из таблицы 2, разработанный экономичный сплав по уровню прочности, относительного удлинения и относительного сужения эквивалентен сплаву Ti-6Al-4V.As can be seen from table 2, the developed economical alloy in terms of strength, elongation and relative narrowing is equivalent to Ti-6Al-4V alloy.
Пример 2.Example 2
По 3 заданным величинам пределов прочности были подобраны варианты химических составов из имеющихся в наличии отходов, осуществлена выплавка сплавов за два переплава: первый в вакуумно-дуговой гарнисажной печи и второй переплав - в вакуумно-дуговой печи и получение заготовки под прокатку и изготовление тонколистового проката (толщиной 2 мм) с последующим отжигом.Based on 3 specified values of tensile strengths, variants of chemical compositions from available waste were selected, alloys were smelted for two remelting: the first in a vacuum arc skull furnace and the second remelting in a vacuum arc furnace and obtaining a billet for rolling and sheet metal production ( 2 mm thick) followed by annealing.
Подбор шихты был выполнен по вышеприведенной схеме, результаты которой показаны в таблице 3.The selection of the mixture was performed according to the above scheme, the results of which are shown in table 3.
Al 0,2%Alloy waste VST5553 0.9%
Al 0.2%
Al 0,3%Alloy waste VST5553 1.1%
Al 0.3%
Al 0,4%Master Alignment 2.8%
Al 0.4%
Химический состав сплавов приведен в таблице 4.The chemical composition of the alloys is given in table 4.
Механические свойства полученных образцов приведены в таблице 5.The mechanical properties of the obtained samples are shown in table 5.
Пример 3.Example 3
Для изготовления листового материала с целью применения в качестве брони были выплавлены опытные слитки массой 23 кг. Слитки были выплавлены методом двойного переплава. В качестве шихты слитков использованы следующие материалы: титановая губка марки ТГ-ТВ, отходы сплава VST5553, отходы сплава Ti-10V-2Fe-3Al Соотношение шихтовых материалов при выплавке слитков с учетом Aleq и Moeq приведено в таблице 6.For the manufacture of sheet material for the purpose of use as armor, experimental ingots weighing 23 kg were smelted. The ingots were smelted by double remelting. The following materials were used as the charge of the ingots: titanium sponge of the ТГ-TV brand, waste of the VST5553 alloy, waste of the Ti-10V-2Fe-3Al alloy The ratio of charge materials for ingot smelting taking into account Aleq and Moeq is given in table 6.
Химический состав сплавов приведен в таблице 7.The chemical composition of the alloys is given in table 7.
Механические свойства сплавов №1 и №2, испытанные на листах толщиной 6 мм, приведены в таблице 8.The mechanical properties of alloys No. 1 and No. 2, tested on sheets with a thickness of 6 mm, are shown in table 8.
Как видно из приведенных примеров, производство дешевых вторичных титановых сплавов в соответствии с данным изобретением позволяет решить задачу вовлечения широкого спектра отходов титановых сплавов с получением конечного продукта, обладающего заданными технологическими и конструкционными свойствами. Таким образом, данное изобретение обеспечивает высокую эффективность промышленного применения.As can be seen from the above examples, the production of cheap secondary titanium alloys in accordance with this invention allows us to solve the problem of involving a wide range of titanium alloy waste with the receipt of the final product with the desired technological and structural properties. Thus, this invention provides high efficiency industrial applications.
Следует понимать, что в данном описании были проиллюстрированы те аспекты изобретения, которые необходимы для его ясного понимания. Некоторые аспекты изобретения, которые будут очевидны для рядовых специалистов в данной области техники и которые поэтому не будут способствовать облегчению понимания настоящего изобретения, представлены не были, чтобы упростить данное описание. Несмотря на то что были описаны варианты воплощения настоящего изобретения, рядовым специалистам в данной области техники после изучения описания будет ясно, что в него может быть внесено множество модификаций и изменений. Все такие изменения и модификации настоящего изобретения считаются подпадающими под объем представленного выше описания и прилагаемой формулы изобретения.It should be understood that in this description have been illustrated those aspects of the invention that are necessary for its clear understanding. Some aspects of the invention that will be apparent to those of ordinary skill in the art and which therefore would not contribute to facilitating the understanding of the present invention have not been presented to simplify this description. Although embodiments of the present invention have been described, it will be apparent to those of ordinary skill in the art after studying the description that many modifications and changes can be made to it. All such changes and modifications of the present invention are considered to fall within the scope of the above description and the attached claims.
Claims (2)
где величины молибденового Moeq и алюминиевого Aleq эквивалентов определены по формулам:
и составляют:
Moeq=3,1-7,0, Aleq=5,4-7,1 для листовых полуфабрикатов или
Moeq=3,1-7,0, Aleq=7,11-9,7 для изделий конструкционного назначения, или
Moeq=7,0-13,40, Aleq=5,3-9,20 для конструкционной брони.1. A secondary titanium alloy for the manufacture of semi-finished sheet products, or structural products, or structural armor, containing aluminum (Al), vanadium (V), molybdenum (Mo), chromium (Cr), iron (Fe), nickel (Ni), zirconium (Zr), nitrogen (N), oxygen (O), carbon (C) and titanium (Ti), characterized in that it additionally contains silicon (Si) in the following ratio, wt.%:
where the values of molybdenum Moeq and aluminum Aleq equivalents are determined by the formulas:
and make up:
Moeq = 3.1-7.0, Aleq = 5.4-7.1 for sheet semi-finished products or
Moeq = 3.1-7.0, Aleq = 7.11-9.7 for structural products, or
Moeq = 7.0-13.40, Aleq = 5.3-9.20 for structural armor.
переплав ведут с получением сплава по п.1. 2. A method of producing a secondary titanium alloy for the manufacture of semi-finished products, structural products and structural armor, including the preparation of the charge, obtaining the melt during the first remelting in the skull furnace and forming a cylindrical ingot from it in the mold, which is used for the second remelting in a vacuum arc furnace, characterized in that the mixture is prepared from waste titanium alloys, the composition of which is composed depending on the specified values of the strength of molybdenum
remelting lead to obtain the alloy according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010106730/02A RU2436858C2 (en) | 2010-02-24 | 2010-02-24 | Secondary titanium alloy and procedure for its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010106730/02A RU2436858C2 (en) | 2010-02-24 | 2010-02-24 | Secondary titanium alloy and procedure for its production |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010106730A RU2010106730A (en) | 2011-08-27 |
| RU2436858C2 true RU2436858C2 (en) | 2011-12-20 |
Family
ID=44756368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010106730/02A RU2436858C2 (en) | 2010-02-24 | 2010-02-24 | Secondary titanium alloy and procedure for its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2436858C2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2583556C2 (en) * | 2014-09-16 | 2016-05-10 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Sparingly alloyed titanium alloy |
| RU2657892C2 (en) * | 2014-02-13 | 2018-06-18 | Титаниум Металс Корпорейшн | High strength titanium alloy with alpha-beta structure |
| RU2695852C2 (en) * | 2015-03-26 | 2019-07-29 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.) | α-β TITANIUM ALLOY |
| RU2702887C1 (en) * | 2016-03-10 | 2019-10-11 | Титаниум Металс Корпорейшн | Alpha-beta-titanium alloy, having improved high-temperature properties and superplasticity |
| RU2710703C1 (en) * | 2019-07-19 | 2020-01-09 | Евгений Владимирович Облонский | Titanium-based armor alloy |
| CN112823218A (en) * | 2018-08-31 | 2021-05-18 | 波音公司 | High strength fastener stock of wrought titanium alloy and method of making same |
| RU2797351C2 (en) * | 2018-08-31 | 2023-06-02 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | High-strength titanium alloy for additive manufacturing |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3844313B8 (en) * | 2018-08-31 | 2023-04-05 | The Boeing Company | High-strength titanium alloy for additive manufacturing |
-
2010
- 2010-02-24 RU RU2010106730/02A patent/RU2436858C2/en active
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2657892C2 (en) * | 2014-02-13 | 2018-06-18 | Титаниум Металс Корпорейшн | High strength titanium alloy with alpha-beta structure |
| RU2725395C1 (en) * | 2014-02-13 | 2020-07-02 | Титаниум Металс Корпорейшн | High-strength titanium alloy with alpha-beta structure |
| US10837092B2 (en) | 2014-02-13 | 2020-11-17 | Titanium Metals Corporation | High-strength alpha-beta titanium alloy |
| US10837093B2 (en) | 2014-02-13 | 2020-11-17 | Titanium Metals Corporation | High-strength alpha-beta titanium alloy |
| RU2583556C2 (en) * | 2014-09-16 | 2016-05-10 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Sparingly alloyed titanium alloy |
| WO2016043625A3 (en) * | 2014-09-16 | 2016-05-26 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Economically alloyed titanium alloy with predictable properties |
| RU2695852C2 (en) * | 2015-03-26 | 2019-07-29 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.) | α-β TITANIUM ALLOY |
| RU2702887C1 (en) * | 2016-03-10 | 2019-10-11 | Титаниум Металс Корпорейшн | Alpha-beta-titanium alloy, having improved high-temperature properties and superplasticity |
| CN112823218A (en) * | 2018-08-31 | 2021-05-18 | 波音公司 | High strength fastener stock of wrought titanium alloy and method of making same |
| RU2797351C2 (en) * | 2018-08-31 | 2023-06-02 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | High-strength titanium alloy for additive manufacturing |
| US11920218B2 (en) | 2018-08-31 | 2024-03-05 | The Boeing Company | High strength fastener stock of wrought titanium alloy and method of manufacturing the same |
| RU2710703C1 (en) * | 2019-07-19 | 2020-01-09 | Евгений Владимирович Облонский | Titanium-based armor alloy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010106730A (en) | 2011-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2425164C1 (en) | Secondary titanium alloy and procedure for its fabrication | |
| RU2436858C2 (en) | Secondary titanium alloy and procedure for its production | |
| US6630103B2 (en) | Ultra-high-strength precipitation-hardenable stainless steel and strip made therefrom | |
| KR102356191B1 (en) | high strength titanium alloy | |
| JP2004010963A (en) | HIGH STRENGTH Ti ALLOY AND ITS PRODUCTION METHOD | |
| CN111826550A (en) | Moderate-strength nitric acid corrosion resistant titanium alloy | |
| JP2013049902A (en) | Ni-BASED ALLOY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME | |
| CN111349816A (en) | Novel Ti-1300F high-strength high-toughness titanium alloy and preparation method thereof | |
| JP2017036477A (en) | Austenitic heat resistant alloy member and manufacturing method therefor | |
| RU108037U1 (en) | PRODUCT FROM CORROSION-RESISTANT ALLOY BASED ON Fe-Cr-Ni | |
| CN106566953A (en) | Corrosion-resisting alloy forge piece and production method thereof | |
| JP4070695B2 (en) | Heat-resistant alloy parts material | |
| CN103045905B (en) | Low-cost titanium alloy and preparation method thereof | |
| EP3196321B1 (en) | Economically alloyed titanium alloy with predictable properties | |
| JP5554180B2 (en) | Austenitic stainless steel | |
| RU2569285C1 (en) | High strength alloy based on titanium and article made from high strength alloy based on titanium | |
| RU2774671C2 (en) | High-strength titanium alloys | |
| Polishko et al. | ALUMINUM ALLOY MODIFIERS | |
| WO2024123229A1 (en) | Nickel-based alloy | |
| JP2019019382A (en) | Low alloy steel | |
| CS211218B1 (en) | Corrosion resisting weldeable steel of the martensite type and method of making the same |