RU2592657C2 - Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него - Google Patents

Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него Download PDF

Info

Publication number
RU2592657C2
RU2592657C2 RU2014153689/02A RU2014153689A RU2592657C2 RU 2592657 C2 RU2592657 C2 RU 2592657C2 RU 2014153689/02 A RU2014153689/02 A RU 2014153689/02A RU 2014153689 A RU2014153689 A RU 2014153689A RU 2592657 C2 RU2592657 C2 RU 2592657C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
titanium
heat
tantalum
tungsten
Prior art date
Application number
RU2014153689/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014153689A (ru
Inventor
Евгений Николаевич Каблов
Надежда Алексеевна Ночовная
Евгений Борисович Алексеев
Анна Викторовна Новак
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
Priority to RU2014153689/02A priority Critical patent/RU2592657C2/ru
Publication of RU2014153689A publication Critical patent/RU2014153689A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2592657C2 publication Critical patent/RU2592657C2/ru

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию жаропрочных сплавов на основе титана, используемых для изготовления широкой номенклатуры деформированных полуфабрикатов и деталей. Жаропрочный сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 10,5-12,5; ниобий 38,5-42,0; молибден 0,5-1,5; ванадий 0,5-1,5; цирконий 1,0-2,5; вольфрам 0,3-1,0; тантал 0,3-1,0; кремний 0,1-0,25; гадолиний 0,02-0,6; титан и примеси - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями прочности при комнатной и повышенных температурах до 700°С. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию жаропрочных сплавов на основе титана, используемых для изготовления широкой номенклатуры деформированных полуфабрикатов и деталей (в том числе лопаток, дисков, проставок, корпусов, листов), которые могут быть использованы в силовых конструкциях авиационной и космической техники, энергетических установок, ракет, длительно работающих при температурах до 700°С. Известен жаропрочный сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. % (см. Патент ЕР №0924308 В1, опубл. 02.05.2002 г.):
алюминий 8,2-11,81
ниобий 31,7-43,8
молибден 0-3,2
тантал 0-6,1
цирконий 0-3,0
кремний 0-0,38
титан остальное
Из известного сплава изготавливают элементы конструкций двигателей, работающих при температуре до 650°С.
Недостатками известного сплава из-за повышенной плотности являются: невысокие значения удельной кратковременной прочности при комнатной температуре и при температуре 650°С, а также длительной прочности при температурах до 650°С. В следствие повышенного окисления известного сплава элементы конструкции имеют ограниченный ресурс.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. % (см. Патент РФ №2 405 849, опубл. 10.12.2010 г.):
алюминий 10,5-12,5
ниобий 38,0-42,0
молибден 0,3-0,6
цирконий 1,5-2,5
кремний 0,1-0,25
углерод 0,03-0,08
вольфрам 0,5-1,0
тантал 0,7-1,5
титан остальное
Из известного сплава изготавливают полуфабрикаты для деталей компрессора газотурбинного двигателя. Данный сплав обладает повышенной жаростойкостью при температурах до 700°С.
Недостатками известного сплава являются: повышенная плотность сплава, обусловленная введением «тяжелого» тугоплавкого тантала в количестве до 1,5 мас. %, и недостаточно высокие значения пластичности при комнатной температуре.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. % (см. Патент РФ №2210612, опубл. 20.08.2003 г.):
алюминий 10,0-12,0
ниобий 38,0-42,0
молибден 0,5-1,0
ванадий 1,0-1,5
цирконий 1,0-1,5
кремний 0,1-0,25
углерод 0,05-0,08
титан остальное
Сплав, известный из прототипа, относится к сплавам на основе титана. Он обладает высокими значениями пластических свойств при комнатной температуре, что позволяет изготавливать из него тонкие листы и фольгу, а также различные деформируемые полуфабрикаты.
Недостатками сплава являются низкие значения прочности при комнатной температуре, кратковременной и длительной прочности при повышенных температурах. Рабочая температура сплава ограничена 650°С, что связано с отсутствием таких тугоплавких элементов, как тантал и вольфрам.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание жаропрочного сплава на основе титана, легированного редкоземельными металлами (РЗМ), обладающего повышенной прочностью при температурах 20 и 700°С и предназначенного для изготовления полуфабрикатов широкого сортимента (листы, плиты, прутки, поковки, штамповки) и сложнопрофильных конструкций, в том числе лопаток сложной геометрии.
Технический результат - повышение прочностных характеристик при комнатной и повышенных температурах до 700°С.
Поставленный технический результат достигается с помощью жаропрочного сплава на основе титана, содержащего алюминий, ниобий, молибден, ванадий, цирконий, кремний, дополнительно содержащий вольфрам, тантал и гадолиний, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
алюминий 10,5-12,5
ниобий 38,5-42,0
молибден 0,5-1,5
ванадий 0,5-1,5
цирконий 1,0-2,5
вольфрам 0,3-1,0
тантал 0,3-1,0
кремний 0,1-0,25
гадолиний 0,02-0,6
титан и примеси остальное
Авторами было установлено, что для реализации высокой прочности сплава и конечных изделий из этого сплава необходимо дополнительное введение «бета»-стабилизирующих элементов вольфрама и тантала, обеспечивающих твердофазное упрочнение и стабилизацию фазового состава.
Предпочтительно, суммарное содержание вольфрама и тантала составляет 0,6-1,6 мас. %.
В связи с высокой удельной плотностью «бета»-стабилизирующих элементов вольфрама (19,3 г/см3) и тантала (16,65 г/см3) превышение их суммарного содержания в сплаве более 2,0 мас. % нежелательно, поскольку приводит к повышению плотности сплава и снижению удельных прочностных свойств.
Указанное содержание алюминия в сплаве обеспечивает сочетание прочностных и пластических свойств. Превышение содержания алюминия 12,5 мас. % приводит к увеличению количества α2-фазы и, как следствие, к снижению технологичности сплава.
Отсутствие дополнительного легирования углеродом, который способствует к образованию карбидов, позволяет повысить пластические свойства сплава, а также прочностные характеристики.
Дополнительное легирование гадолинием при заявленном соотношении и содержании компонентов приводит к образованию дисперсных частиц тугоплавких соединений с гадолинием, усиливающих границы зерен, в том числе при высокотемпературных выдержках в процессе деформационной и термической обработки и приводит к повышению прочностных характеристик. Превышение указанного интервала легирования приводит к снижению технологических свойств, в результате выделения большого количества дисперсных частиц. По этой же причине содержание кремния не должно превышать 0,35 мас. %, поскольку происходит образование большого количества силицидов.
Разработанный состав жаропрочного сплава на основе титана в сочетании с упрочняющей двухступенчатой термической обработкой, обеспечивает формирование тонкопластинчатой (Q+β)-структуры с дисперсными частицами α2-фазы и оксидов гадолиния, которые позволяют достичь высоких значений заявленных прочностных и пластических свойств.
Примеры осуществления
Слитки предлагаемого сплава изготавливали по технологии производства титановых сплавов, включающей изготовление расходуемого электрода и выплавку слитков многократным вакуумно-дуговым переплавом для получения однородного химического состава.
Составы предлагаемого сплава (№1-3) и сплава, известного из прототипа (№4), приведены в таблице 1.
Механически обточенные слитки подвергались осадке, всесторонней ковки в обычных или квази-изотермических условиях на плиты. Плиты обтачивались по всем поверхностям «как чисто» и прокатывались на сутунку с целью изготовления лопаточных заготовок. Лопаточные заготовки термически обрабатывались по двухступенчатому режиму, включающему выдержку заготовок в двухфазной (β+α2)-области и трехфазной (Q+β+α2)-области, после чего из них вырезались образцы для механических испытаний. Свойства предполагаемого сплава (№1-3) и сплава, известного из прототипа (№4) представлены в таблице 1.
Предлагаемый сплав превосходит сплав, известный из прототипа по пределу прочности при температуре 20°С на 6-9%, и по пределу прочности при 700°С на 9-12%.
Использование предлагаемого жаропрочного сплава на основе титана позволяет изготавливать детали различного сортамента и сложнопрофильных конструкций, в том числе лопаток сложной геометрии, что позволить снизить их вес за счет более высокого уровня прочности и повысить надежность по сравнению с традиционно применяемыми титановыми сплавами.
Figure 00000001

Claims (3)

1. Жаропрочный сплав на основе титана, содержащий алюминий, ниобий, молибден, ванадий, цирконий, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, тантал и гадолиний, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алюминий 10,5-12,5 ниобий 38,5-42,0 молибден 0,5-1,5 ванадий 0,5-1,5 цирконий 1,0-2,5 вольфрам 0,3-1,0 тантал 0,3-1,0 кремний 0,1-0,25 гадолиний 0,02-0,6 титан и примеси остальное
2. Жаропрочный сплав на основе титана, отличающийся тем, что суммарное содержание вольфрама и тантала составляет 0,6-1,6 мас.%.
3. Изделие, выполненное из жаропрочного сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.
RU2014153689/02A 2014-12-29 2014-12-29 Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него RU2592657C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014153689/02A RU2592657C2 (ru) 2014-12-29 2014-12-29 Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014153689/02A RU2592657C2 (ru) 2014-12-29 2014-12-29 Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014153689A RU2014153689A (ru) 2016-07-20
RU2592657C2 true RU2592657C2 (ru) 2016-07-27

Family

ID=56413275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014153689/02A RU2592657C2 (ru) 2014-12-29 2014-12-29 Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2592657C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2627304C1 (ru) * 2016-10-19 2017-08-07 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Интерметаллидный сплав на основе титана и изделие из него
RU2660461C1 (ru) * 2017-04-25 2018-07-06 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ ПСЕВДО - α - СПЛАВОВ

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113981297B (zh) * 2021-12-28 2022-03-22 北京钢研高纳科技股份有限公司 铸造用Ti2AlNb基合金及其制备方法和铸件

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3441407A (en) * 1964-03-11 1969-04-29 Imp Metal Ind Kynoch Ltd Titanium-base alloys
US5082624A (en) * 1990-09-26 1992-01-21 General Electric Company Niobium containing titanium aluminide rendered castable by boron inoculations
RU2203339C2 (ru) * 1997-08-19 2003-04-27 Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх Сплав на основе алюминидов титана
RU2008149177A (ru) * 2007-12-13 2010-06-20 Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх (De) Титаналюминидные сплавы
CN103334032A (zh) * 2013-07-01 2013-10-02 昆山乔锐金属制品有限公司 高温高强铌基钛合金

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3441407A (en) * 1964-03-11 1969-04-29 Imp Metal Ind Kynoch Ltd Titanium-base alloys
US5082624A (en) * 1990-09-26 1992-01-21 General Electric Company Niobium containing titanium aluminide rendered castable by boron inoculations
RU2203339C2 (ru) * 1997-08-19 2003-04-27 Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх Сплав на основе алюминидов титана
RU2008149177A (ru) * 2007-12-13 2010-06-20 Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх (De) Титаналюминидные сплавы
CN103334032A (zh) * 2013-07-01 2013-10-02 昆山乔锐金属制品有限公司 高温高强铌基钛合金

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2627304C1 (ru) * 2016-10-19 2017-08-07 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Интерметаллидный сплав на основе титана и изделие из него
RU2660461C1 (ru) * 2017-04-25 2018-07-06 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ ПСЕВДО - α - СПЛАВОВ

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014153689A (ru) 2016-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9945019B2 (en) Nickel-based heat-resistant superalloy
CN105143482B (zh) 镍-钴合金
JP6839401B1 (ja) Ni基超耐熱合金及びNi基超耐熱合金の製造方法
US20220380867A1 (en) Precipitation Hardenable Cobalt-Nickel Base Superalloy And Article Made Therefrom
RU2657892C2 (ru) Высокопрочный титановый сплав с альфа-бета-структурой
RU2592657C2 (ru) Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него
JP2020105634A (ja) TiAl合金及びその製造方法
EP3844314B1 (en) Creep resistant titanium alloys
RU2484166C1 (ru) Сплав на основе титана
JP5747410B2 (ja) 耐熱チタン合金
JP5645054B2 (ja) アニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金と耐熱超合金部材
RU2631066C1 (ru) Жаропрочный высокоэнтропийный сплав
RU2614356C1 (ru) Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него
RU2690768C1 (ru) Сплав на основе титана и прутковая заготовка из сплава на основе титана
RU2507289C1 (ru) Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него
JP2013053361A (ja) 耐熱強度に優れた飛翔体用アルミニウム合金
RU2434068C1 (ru) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al
RU2627304C1 (ru) Интерметаллидный сплав на основе титана и изделие из него
RU2659546C1 (ru) Термостойкий сплав на основе алюминия
RU2396366C1 (ru) Жаропрочный титановый сплав
RU2471879C1 (ru) Жаропрочный и жаростойкий титановый сплав
RU2614355C1 (ru) Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него
RU2586947C1 (ru) Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него
RU2434067C1 (ru) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al
RU2772153C1 (ru) Стойкие к ползучести титановые сплавы

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180524

Effective date: 20180524