Сплав на основі титану

Титановый сплав, який містить алюміній, цирконій, молібден і ванадій, який відрізняється тим, что Винахід відноситься до металургійної галузі, зокрема, до розробки складів термічно стабільних корозійностійких титанових сплавів з підвищеною пластичністю, які працюють примусово в агресивних середовищах Відомий склад термічно зміцненого корозійностійкого титанового сплаву (патент України 7385 С1, МПК С22С 14/00 Термічно зміцнений корозійностійкий титановий сплав / Б Є Патон, В М Замков, В П Топольский, А М Петрунькота інш — № 9301087, Заявлено 12 10 92, Опубл 29 05 95, Бюл № 3 — С 3 1 41), який містить, мас % мою легування титан - алюміній - марганець Представник цієї групи сплавів ВТ-4 (ГОСТ 19807-91 Титан и сплавы новые деформируемые Марки — М Изд-во стандартов 1991 — 5 с), містить, мас % АЛЮМІНІЙ 4,0 - 5,5 Ніобій 5,0-7,0 Цирконій 0,3-0,8 Молібден 0,5-1,5 Залізо 0,8-2,3 Титан Решта До недоліків відомого рішення можна віднести те, що присутність заліза у сплаві більш ніж 1%, значно знижує пластичність, особливо зварних з'єднань сплавів на основі титану Крім того, залізо справляє негативний вплив на корозійну СТІЙКІСТЬ сплаву Додавання ніобію в КІЛЬКОСТІ 5,0 - 7,0% частково анігілює негативний вплив заліза, але у той же час підвищує КІЛЬКІСТЬ другої фази, що сприяє зниженню термічної стабільності сплаву, а підвищення гетерогенності структури збільшує вірогідність локальної корозії Тому відомий сплав не може використовуватися для виробництва виробів, до конструкційного матеріалу яких ставляться підвищені вимоги відносно пластичності Відомо також конструкційні високопластичні титанові сплави загального призначення з систе додатково СПІВВІДНОШНЄННІ алюміній цирконій молібден ванадій ітрій титан АЛЮМІНІЙ містить ітрій при елементів, масс % наступному 1,5-3,0 0,3-0,8 0,5-1,5 0,5-2,0 0,01-0,12 решта 4,0 - 5,5 Марганець 0,8-2,0 Титан Решта Поданій сплав має вдале поєднання межі МІЦНОСТІ І пластичності Недоліком цього сплаву є підвищений вміст марганцю, що суттєво знижує його корозійну СТІЙКІСТЬ, що робить неможливим використання цього сплаву для роботи у високоагресивних середовищах Відомий також сплав на основі титану (сплав ВТ 20, ГОСТ 19807-91 Титан и сплавы титановые деформируемые Марки — М Изд-во стандартов 1991 — 5 с ), який містить, мас % АЛЮМІНІЙ 5,5 - 7,0 Цирконій 1,5-2,0 Молібден 0,5-2,0 Ванадій 0,5-2,0 Ніобій 0,5-2,0 Титан Решта Основним недоліком відомого технічного рішення є низька пластичність, що виключає можливість його використання з високою ефективністю при виробництві листового прокату Найближчим за технічною сутністю до заявлюваного рішення є відомий склад титанового сплаву ВТ-20 - 1 (ГОСТ 27265 - 87 Проволока сварочная из титана и титановых сплавов — М Изд-во стандартов 1987 — 9 с), який і використано як прототип Сплав містить, мас % АЛЮМІНІЙ 2,0-3,0 (О 00 ю 58671 Цирконій 1,0-2,0 Молібден 0,5-1,5 Ванадій 0,5 -1,5 Титан Решта Відомий склад використовується для виготовлення зварювального дроту, який забезпечує а в = 590 - 785МПа при відносному подовженні 5 = 12% МІЦНІСТЬ зварного шва не перевищує а в = 850МПа Такі механічні характеристики не забезпечують необхідних показників МІЦНОСТІ І пластичності, що не дозволяє використати відомий сплав для виготовлення листового прокату та тонкостінних труб із титанових сплавів Тому з критики аналогів і прототипу випливає завдання створення корозійного титанового сплаву з підвищеною пластичністю а в > 15 - 20% і МІЦНІСТЮ а в > 900 -10ООМПа Поставлене завдання вирішується таким чином Титановий сплав, що містить алюміній, цирконій, молібден, ванадій, відрізняється тим, що додатково містить ітрій, при наступному співвідношенні компонентів, мас % АЛЮМІНІЙ 1,5 - 3,0 Цирконій 0,3-0,8 Молібден 0,5-1,5 Ванадій 0,5-2,0 Ітрій 0,01-0,12 Титан Решта Саме така сукупність відомих та нового елемента та їх співвідношення, що заявляються, забезпечують досягнення нового технічного результату - підвищення показників МІЦНОСТІ І пластичності титанового сплаву при достатньо високій корозійній СТІЙКОСТІ у розчинах сірчаної та соляної кислот Так як заявлюване рішення містить нові ознаки, то воно відповідає критерію "новизна" У заявленому рішенні алюміній у межах 1,5 3,0% забезпечує твердорозчинне зміцнення титанового сплаву, стабілізує а-фазу, зменшує питому вагу титанового сплаву Нижча межа прийнята за таких обставин, що при зменшеній КІЛЬКОСТІ алюмінію відсутній ефект зміцнення При ВМІСТІ алюмінію вище 3% зменшується пластичність титанових сплавів та підвищується ризик утворення, внаслідок дії термічних циклів зварювання, крихкої штерметалідної о^-фази (ТізАІ) Крім того, алюміній знижує корозійну СТІЙКІСТЬ, починаючи з 2% Цирконій прийнятий у межах 0,3 - 0,8% як нейтральний зміцнювач для зменшення шкідливого впливу газових домішок, особливо кисню, а також як зв'язуючий елемент між алюмінієм та титаном, який сприяє зменшенню викривлення кришталевої ґратки від легування алюмінієм Цирконій підвищує корозійну СТІЙКІСТЬ титану При ВМІСТІ нижче 0,3% він не забезпечує достатнього розкислення Збільшення його КІЛЬКОСТІ більше 0,8% не забезпечує подальшого зниження вмісту газових домішок Молібден - сильний стабілізатор р-фази та найбільш сильний зміцнювач титану, який не утворює штерметалідних поєднань з ним, що добре впливає на пластичність та зварюваність титану Нижча межа 0,5% обумовлена тим, що при більш низькому ВМІСТІ молібден не спричиняє зміцнюючої дії Межа більше за 1,5% прийнята з урахуванням розчинення його у а-фазі, при більших концентраціях ефект зміцнення знижується внаслідок вичерпання можливості твердорозчиненого зміцнення, а пластичність різко знижується Молібден підвищує корозійну СТІЙКІСТЬ титану Навіть при малих концентраціях він підвищує корозійну СТІЙКІСТЬ за рахунок катодної пасивацм Вміст ванадію 0,5 - 2,0% відповідає межі розчину його у а-фазі Він діє аналогічно молібдену, при спільному додаванні з молібденом за рахунок комплексного ефекту взаємодії додатково підвищує МІЦНІСТЬ Ванадій єдиний елемент, який одночасно підвищує МІЦНІСТЬ та пластичність титанових сплавів у межах розчину в а-титан фазі Такі властивості пояснюються тим, що ванадій покращує співвідношення параметрів гексагональної кристалічної ґратки титану с/а (який збільшує відстань "а"), що, в свою чергу, сприяє сковзанню по призматичних та пірамідальних площинах а-титану Додаток р-стабілізуючих у межах максимального розчину у а-фазі (Кр < 0,25) дозволяє одержувати найкраще співвідношення МІЦНОСТІ та пластичності Ітрій додається в межах 0,01 - 0,12% як модифікатор для здрібнення литої структури титану та покращення її морфології При ВМІСТІ менш ніж 0,01%, він не впливає на структуру, а більше за 0,12% призводить до розтріскування литих злитків Він ДІЄ ЯК поверхнево активний елемент, який адсорбується на поверхні кристалів (зерен), не дає їм збільшуватися в розмірах Ітрій має більшу спорідненість з киснем, ніж титан, що дає можливість знизити КІЛЬКІСТЬ кисню в титані Він покращує зварюваність титану Аналоги, що містять ознаки, які відрізняють заявлюване рішення від прототипу, не виявлені На підставі цього можна зробити висновок про те, що заявлюване рішення відповідає критерію "винахідницький рівень" Відливки З титанового сплаву отримані шляхом вакуумно-дугового переплаву електрода з титанової губки, який витрачається Електрод, що витрачається, має циліндричну форму діаметром 40мм, висотою 250мм та вагою 1,3кг, його отримано з титанової губки марки ТГ100 (СТУ 3-25-22-94) Плавлення проводили в лабораторних умовах на вакуумно-дуговій печі при наступних параметрах ступінь розрядження 10 4 мм рт ст, сила струму ЗКА, напруга 30В Шихтовку матеріалів робили за допомогою порційного метода при пресуванні електрода, що витрачається, наступними елементами алюміній (ДСТУ 3753-98), молібден (ММ-2 ТУ 48-19-73-78), ванадій (ОСТ 48-20-72), цирконій (ТУ 95-46-76), ітрій (ТУ 48-4208-72) Злитки одержували циліндричної форми діаметром 70мм, висотою 85мм і вагою 1,3кг Отримані результати досліджень показані в таблиці 58671 Таблиця Результати порівняльних досліджень титанових сплавів Номер складу алюміній 1 2 3 4 5 6 Прототип BT20-1CB цирконій молібден ванадій ітрій титан 1,23 1,65 2,24 3,16 3 93 5,24 0,34 0,57 0,62 0,91 0 94 1,35 0,25 0,43 0,93 1,02 1,53 1,85 0,12 0,73 1,33 1,82 2,014 3 05 0,00 0,011 0,042 0,072 0,103 0,121 Решта Решта Решта Решта Решта Решта МПа 692 744 862 1021 1012 1106 2,0-3,0 1,0-2,0 0,5- 1,5 0,5- 1,5 Решта 1102 Результати досліджень показують, що заявлений склад титанового сплаву, у порівнянні з відомими, має більш високі показники пластичності і МІЦНОСТІ при достатньо високій корозійній СТІЙКОСТІ В умовах виробництва це дозволить отримати листовий прокат з достатньо високими показника Комп'ютерна верстка А Крулевський Швидкість корозії, 2 г/м годину (120 годин) Механічні властивості ХІМІЧНИЙ склад, мас % МПа 623 700 7930 946 922 939 951 5,% У, % 23,3 21,3 18,2 19,9 15,8 12,3 53,2 47,1 34,9 40,6 36,1 29,3 KCU, 2 МДж/м 0,96 0,82 0,77 0,81 0,55 0,33 15,1 24,1 0,55 40% H2SO4 1,31 1,26 1,15 1,05 0,94 1,12 1,25 ми механічних властивостей На підставі вищевказаного можна зробити висновок, що заявлюване технічне рішення може бути використане в техніці та відповідає критерію "промислова придатність" Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна