Сплав на основі титану

Сплав на основі титану, що містить алюміній, 38805 тання такого дуже дорогого та дефіцитного легуючого елементу, як ніобій, робить значною вартість сплаву. Технічною задачею винаходу, який пропонується є створення сплаву на основі титану з високою міцністю (понад 1250 МПа) та пластичністю (d не менше 6%) після зміцнювальної термічної обробки на основі дешевих та широко розповсюджених в Україні легуючих елементів. Вищезазначена технічна задача вирішується за рахунок того, що в сплав на основі титану, який містить алюміній, цирконій та залізо, додатково вводять марганець, а вказані компоненти беруть у співвідношенні (у вагови х %): Компоненти Al Zr Fe Mn Ti При вмісті заліза вище 4,0 ваг. % фактично не досягається подальше підвищення міцності, але при цьому утворюються крихкі інтерметаліди, перш за все - титан-залізо, що призводить до небезпечного зниження характеристик пластичності (d менше 2 %). При вмісті марганцю менше 1,7 ваг.% при гартуванні замість метастабільної бета-фази фіксується малолегований мартенсит, який при наступному старінні розпадається з утворенням відносно крупнорозмірної (a+b)-суміші, внаслідок чого не досягається рівень міцності, вищий за 10501100 МПа. При вмісті марганцю вище 2,5 ваг. % фактично не досягається подальше підвищення міцності, але при цьому утворюються крихкі інтерметаліди, що призводить до небезпечного зниження характеристик пластичності (d менше 2 %). При вмісті алюмінію менше 3,5 % альфа-фаза має недостатнє твердо-розчинне зміцнення, внаслідок чого, навіть при високій концентрації бета стабілізуючих легуючи х елементів, максимальна міцність сплаву після термічної обробки не перевищує 1000-1050МПа. При вмісті алюмінію вище 5,0 % в умовах високого вмісту бета-стабілізаторів (заліза та марганцю) при наступному старінні утворюються крихкі алюмініди титану (Ті Аl та Ті 3 Аl), що катастрофічно знижує пластичність сплаву (d стає меншою 1%). Цирконій вводиться до сплаву як нейтральний твердорозчинно-зміцнюючий елемент, який, завдяки деякому спотворенню кристалічної ґратки, сприяє підвищенню характеристик міцності і при цьому зберігає характеристики пластичності. Крім того, цей елемент ефективно підвищує температурні межі використання титанових сплавів. При вмісті менше 0,3 % цирконій не оказує помітного впливу на характеристики міцності. При вмісті цирконію більше 1,0% росту характеристик міцності не спостерігається. Приклад. Були виплавлені та надалі оброблені за нижченаведеними режимами зливки сплавів зі складом, що відповідає середньому та крайнім значенням, які пропонуються, а також вище та нижче запропонованого діапазону, і сплавупрототипу (див. таблицю 1). Ваг.% 3,5-5,0 0,3-1,0 2,8-4,0 1,7-2,5 основа Введення марганцю дозволяє за рахунок адитивного впливу др угого стабілізуючого бета-фазу легуючого елементу підвищити загальний рівень бета-стабілізаторів (заліза та марганцю) до рівня вище критичного, при якому під час гартування від температур однофазної бета області фіксується метастабільна бета-фаза, що робить технологію термічної обробки найбільш ефективною та при заключному старінні дозволяє досягти рівня міцнісних характеристик понад 1250 МПа при збереженні достатньої пластичності (d не менше 6%). Поєднання двох легуючи х елементів (заліза та марганцю) є більш ефективним, ніж введення еквівалентної кількості одного з цих елементів, завдяки їх різній дифузійній рухливості в твердому розчині титану, яка відповідає за процеси фіксації (при гартуванні) та розпаду (при старінні чи відпалі) метастабільних фаз. При вмісті заліза менше 2,8 ваг.% при гартуванні замість метастабільної бета-фази фіксується малолегований мартенсит, який при наступному старінні розпадається з утворенням відносно крупнорозмірної (a+b)-суміші, внаслідок чого не досягається рівень міцності, вищий за 1050-1100 МПа. Таблиця 1 Хімічний склад виплавлених сплавів №№ сплаву 1 2 3 4 5 6 7 Вміст легуючи х елементів нижче мінімального мінімальний середній середній максимальний вище максимального прототип Al 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,2 4,5 Fe 2,0 2,8 3,0 3,5 4,0 4,3 2,0 2 Хімічний склад, ваг. % Mn Zr 1,2 0,2 1,7 0,3 2,0 0,5 2,3 0,6 2,5 1,0 2,8 1,3 0,6 Nb 6,0 Ti основа основа основа основа основа основа основа 38805 Зливки всіх сплавів були піддані термомеханічній обробці - прокатці з загальним ступенем деформації 70% при температурі 800-850°С з наступним відпалом при температурі 800°С протягом 2 годин, для формування однорідної глобулярної мікроструктури. Як наступну зміцнюючу термічну обробку було використано обробку за наступним режимом: пічне нагрівання 880°С з витримкою 0,5 години, гартування в воду та старіння 550°С, 8 годин. Результати механічних випробувань зразків сплавів наведено в таблиці 2. Таблиця 2 Ме ханічні властивості сплавів після ТМО та териічної обробки № сплаву 1 2 3 4 5 6 7 s0,2 , МПа 965 1210 1240 1254 1238 1235 980 Ме ханічні властивості sв , МПа d, % 1035 10,4 1275 9,3 1290 8,2 1290 8,1 1285 7,6 1255 1,5 995 10,1 Як видно з наведених у таблиці даних при вмісті легуючи х елементів меншому ніж той, що пропонується, сплав у термозміцненому стані має низьку міцність (сплав № 1). Приблизно такий же низький рівень міцності має і сплав-прототип (сплав № 7). Перевищення вмісту легуючих елементів призводить до небезпечного зниження характеристик пластичності (сплав № 6). В той же y, % 26,3 28,5 25,2 24,5 21,7 5,2 24,5 час запропонований сплав на основі титану після термічної обробки забезпечує високі, понад 1250 МПа, характеристики міцності при достатньо високому рівні характеристик пластичності. Запропонований сплав може бути реалізований як у лабораторних, так і в промислових умовах. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3