Титановий сплав

Титановий сплав на основі титану, який відрізняється тим, що він додатково містить залізо при наступному співвідношенні компонентів, % по масі: залізо 0,3-4,0 титан решта. (19) (21) 20031213170 (22) 30.12.2003 (24) 15.11.2004 (46) 15.11.2004, Бюл. № 11, 2004 р. (72) Шаповалова Оксана Михайлівна, Шаповалов Олексій Вікторович 3 71465 4 Таблиця 1 Хімічний склад титанової губки і сталі 08ЮТ Матеріал Титанова губка Стружка сталі 08ЮТ Хімічний склад,% мас. Si О N Ті Fe A1 Mn 99,41 0,2 0,2 0,03 0,1 0,03 99,47 0,03 0,25 0,07 0,006 Шихтову суміш вигото вляли із розрахунку о тримання сплавів титану з вмістом заліза від 0,3 до 6,0% мас. Шихту різного складу, кожна масою до 2кг, пресували на вертикальному пресі з зусиллям 100т для отримання витратного електроду з пористістю ~15%. Витратний електрод переплавляли до зливків Æ0,07м вакуум-дуговим методом у печі типу ВДЛП при вакуумі Рзалиш=3´10-4мм рт.ст. За кожним складом виплавляли 2 зливки: один - для дослідження властивостей литого металу, другий для дослідження властивостей кованого металу. Від литого зливка відрізали темплет для дослідження структури і фазового складу, іншу частину розрізали на заготовки розмірами 0,01´0,01´Lм на фрезерувальному верстаті, з яких С Н S Р 0,03 0,03 0,0015 0,0025 0,09 0,0002 0,035 0,02 виготовляли зразки для механічних досліджень на токарному верстаті. Після механічної обробки сплави відпалювали для зняття мікронапружень. Випробування і визначення характеристик міцності, пластичності і ударної в'язкості зразків сплавів проводили за методиками, згідно існуючих стандартів для даного металу. Механічні випробування проводили на машині типу INSTRONG з навантаженням З000кгс, динамічні випробування на ударну в'язкість - на маятниковому копрі на зразках з U - образним надрізом. Результати механічних випробувань надані в табл.2. Таблиця2 Ме ханічні властивості сплавів системи Ti-Fe у литому стані Ме ханічні властивості* Вміст Fe,% в сплавах системи Ti-Fe Межа міцності sВ , МПа** Відносне подовження, d** 0,1 0,3 0,5 0,7 1,0 1,5 2,0 4,0 5,0 6,0 330\360 390\410 410\436 460\469 480\500 530\567 800\816 900\935 1080\1100 1201\1210 33,2\42,0 32,0\33,0 30,8\32,0 31,0\31,0 20,0\23,0 15,0\20,0 12,0\15,0 10,0\12,0 8,0\10,0 7,0\8,0 Ударна в'язкість KCU, МДж/м 2** 2,90\3,00 2,80\2,90 2,15\2,50 1,05\1,80 1,00\1,60 0,88\1,30 0,79,90 0,60,72 0,35,40 0,25,30 *середні значення для 3-х зразків; **литий \ кований стан металу. Хімічний склад сплавів титану, що виплавлені з різним вмістом заліза, надано в табл.3. Таблиця 3 Хімічний склад сплавів титана з залізом, що виплавлені Сплави 1 Ti-0,1Fe Ti-0,3Fe Ti-0,5Fe Ti-0,7Fe Основні елементи,% мас. Ті Fe Al 2 3 4 Основа 0,11 0,30 -«0,33 0,29 -«0,48 0,30 -«0,73 0,30 O 5 0,09 0,10 0,08 0,06 Домішки,% мас. N С 6 7 0,03 0,012 0,03 0,013 0,02 0,014 0,03 0,012 Н 8 0,005 0,003 0,004 0,003 5 71465 6 Продовження таблиці 3 1 Ti-1,0Fe Ti-1,5Fe Ti-2,0Fe Ti-4,0Fe Ti-5,0Fe Ti-6,0Fe 2 -«-«-«-«-«-« 3 1,02 1,56 2,03 4,10 5,01 5,92 4 0,33 0,29 0,30 0,30 0,30 0,33 З табл.3 слідує, що вміст домішок в титанових сплавах значно не змінився при введені в титан лігатури у вигляді стр ужки сталі 08ЮТ і відповідав ГОСТ19807-91 на всі титанові сплави. Приклад 2 Виготовили дослідну партію (по 7 зразків кожного складу) сплавів другої партії зливків шляхом кування на молоті в 3т при tпоч.~900°С і tкінц.~700°С на прутки розмірами 0,02´0,02´Lм. Механічні випробування проводили на тому ж приладі після зняття мікронапружень на кованих зразках. Результати механічних випробувань кованих зразків приведено в знаменнику кожної з характеристик механічних властивостей сплавів титана з залізом (табл.2). Із порівняльного аналізу даних слідує, що ковані зразки мали більш високу (на 9-7%) міцність, в порівнянні з литими зразками, проте, характер зміни міцності не змінювався. Після введення 4%Fe істотно зростала межа міцності і знижувалися характеристики пластичності і ударної в'язкості. При легуванні титану, більш ніж на 4%, сплав різко зміцнювався (на 20%) при істотній втраті пластичних і, особливо, ударних властивостей (відповідно на 20% і 38,5%). За абсолютним значенням характеристики пластичності й ударної в'язкості при введенні 4%Fe цілком прийнятні, забезпечують ту деформуємість сплавів Ti-Fe, що вимагається. При більш високому вмісті Fe (>4-5%) всі параметри механічних властивостей змінюються різко: зрос Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 5 0,08 0,10 0,09 0,10 0,08 0,07 6 0,02 0,02 0,03 0,04 0,03 0,03 7 0,013 0,011 0,013 0,012 0,011 0,014 8 0,004 0,004 0,005 0,004 0,004 0,003 тає sв, падають d і KCU, тому за абсолютним значенням вони потрапляють у зону ризику. Отже, верхньою межею вмісту Fe слід вважати 4%. При зменшенні вмісту заліза нижче 0,3% сильно знижується межа міцності, тому такий сплав не може використовува тися як конструкційний. Вміст 0,3% Fe є нижньою межею по залізу в сплавах Ti-Fe. Таким чином, значні переваги сплаву, що заявляється, полягають в: - достатньо високій міцності, що зростає зі збільшенням концентрації заліза; - можливості широкого варіювання комплексу механічних властивостей відповідно до вимог споживача шляхом термічної обробки сплаву; - бездефіцитності і економічності лігатур, що використовуються, при виплавці сплавів титану з залізом; - енерго- і ресурсозбереженні за рахунок більш низьких температур нагрівів під обробку тиском і термічну обробку; - відмінному поєднанні властивостей міцності і пластичності сплаву, завдяки утворенню (b-фази, що збагачена залізом. Використані джерела інформації: 1. Глазунов С.Г., Моисеев Б.Н. Конструкционные титановые сплавы. -М.: Металлургия, 1974. 364с. 2. ГОСТ 19807-91. Титановые сплавы. Підписне Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601