Сплав на основі титану для виготовлення присадного матеріалу

Реферат: Сплав на основі титану містить алюміній, ітрій. Він додатково містить лантан і бор UA 71627 U (12) UA 71627 U UA 71627 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до металургії, а саме до розробки титанових сплавів, що можна використовувати як присадний матеріал для зварювання жароміцних титанових сплавів. Відомий склад титанового дроту СПТ - 2 [1], який містить, мас. %: алюміній 3,5-4,5 ванадій 2,5-3,5 цирконій 1,0-2,0 титан решта. Даний дріт широко застосовується як присадний матеріал для аргонодугового зварювання неплавким вольфрамовим електродом титанових сплавів, у тому числі жароміцних двофазних дисперсійно твердіючих титанових сплавів (ВТЗ-1, ВТ8, ВТ8М та ін.). Недоліком цього сплаву є низька міцність зварних швів, отриманих з використанням даного сплаву у вигляді присадки, через утворення великих структурних складових внаслідок відсутності у складі сплаву модифікаторів. Також відомий сплав на основі титану [2], який містить, мас. %: алюміній 5,8 - 6,8 молібден 2,8 - 3,8 цирконій 1,0 - 1,5 лантан 0,3 - 0,5 бор 0,01 - 0,05 титан решта. Недоліком цього сплаву є те, що підвищення вмісту алюмінію понад 4,0 % призводить до зниження пластичності металу зварного шва. Вміст молібдену в кількостях вище його розчинності в α-фазі сприяє збільшенню кількості β-фази і підвищує ймовірність утворення крихкої ω-фази. Відомий також сплав на основі титану, що вибрано за прототип [3], який містить, 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. Недоліком цього сплаву є низька пластичність зварних швів, отриманих з використанням даного сплаву у вигляді присадки, через те, що ітрій практично не впливає на розмір первинних β-зерен. Також додавання ванадію суттєво обмежує номенклатуру титанових сплавів, що можуть бути зварені з використанням даного сплаву внаслідок неоднорідності хімічних складів зварного з'єднання та основного металу. В основу корисної моделі поставлено задачу отримання сплаву на основі титану, який може бути використано як універсальний присадний матеріал для зварювання жароміцних титанових сплавів, а також для підвищення пластичності зварного шва при достатньому рівні міцності. Поставлена задача вирішується додатковим введенням лантану і бору у сплав на основі титану, який містить алюміній та ітрій, при такому співвідношенні мас. %: алюміній 2,0 - 4,0 лантан 0,05 - 0,25 ітрій 0,02 - 0,08 бор 0,01 - 0,05 титан решта. Саме таке співвідношення елементів забезпечує досягнення нового технічного результату отримання сплаву на основі титану, який може бути використаний як універсальний для зварювання жароміцних титанових сплавів, а також підвищує пластичність зварного шву при достатньому рівні міцності. Досягається це тим, що при введені одного легуючого елемента - алюмінію, та модифікаторів даний сплав можна використовувати як присадний матеріал для зварювання більшості жароміцних титанових сплавів. Наявність ітрію спільно з лантаном і бором дозволяє модифікувати як α-, так і β-фази структури зварних швів. Ітрій зменшує розміри пластин α-фази. Лантан і бор зменшують розміри первинної β-фази, а їх спільний вплив забезпечує більший ефект, ніж окремо вплив кожного елемента. Вміст алюмінію до 2,0 % не забезпечує необхідного рівня міцності і жароміцності. Вміст алюмінію більше 4,0 % призводить до зменшення пластичності титанових сплавів та підвищення ризику утворення крихкої інтерметалідної α2-фази (Ті3Аl). Вміст лантану до 0,05 % не впливає на розміри β-фази. 1 UA 71627 U 5 10 15 20 25 30 35 Вміст лантану більше 0,25 % зменшує розміри β-фази, але призводить до утворення оксиду лантану і, як наслідок, зниження пластичності зварних швів. Вміст ітрію до 0,02 % не впливає на розміри α-фази. Вміст ітрію більше 0,08 % зменшує розміри α-фази, але може викликати розтріскування злитків. Вміст бору до 0,01 % не впливає на розміри β-фази. Вміст бору більше 0,05 % зменшує розміри β-фази, але призводить до утворення боридів титану і, як наслідок, зниження пластичності зварних швів. Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками забезпечують виявлення нових технічних властивостей - отримано сплав на основі титану, що може бути використаний як універсальний для зварювання жароміцних титанових сплавів, а також для підвищення пластичності зварного шву при достатньому рівні міцності. Це забезпечує заявленій сукупності ознак відповідності критерію "новизна" та призводить до нових технічних результатів. Аналоги, які містять ознаки, що відрізняються від прототипу, не знайдені, рішення явним чином не випливає з рівня техніки. Для експериментальної перевірки пропонованого складу сплаву аналогів і прототипу, виготовили дріт, яким зварювали пластини товщиною 2 мм із сплаву марки ВТ8. Зварні з'єднання отримували способом аргонодугового зварювання титану неплавким електродом в камері з контрольованою атмосферою У6872-5306. Як присадний матеріал використовували дріт, виготовлений з виплавлених злитків дослідного складу. Сплави для присадного матеріалу виплавлялися шляхом вакуумно-дугового переплаву витратних електродів. Витратні електроди виготовлялися методом пресування у розбірну матрицю шихтових матеріалів. Як основу шихти використовували титан губчастий фракції 2-12 марки ТГ100, алюміній електролітичний, модифікатори: ітрій, лантан і бор у вигляді лігатур на основі алюмінію. Режими зварювання: струм зварювання 150 А; напруга 16 В; діаметр вольфрамового електрода 2 мм; діаметр присадного дроту 2 мм; швидкість зварювання 0,15 м/хв. Після зварювання пластини шліфувалися до чистоти R 3.2. Механічні випробування проводили за ГОСТ 6996-87. Зразки зварних з'єднань випробували за стандартними методиками з визначенням межи міцності, відносного подовження і кута загину. Результати дослідження наведені у таблиці. Аналіз проведених досліджень показав, що використання запропонованого сплаву як присадного дроту при зварюванні жароміцних титанових сплавів дозволяє одержувати зварні з'єднання з високими механічними властивостями, а також дозволяє зробити висновок про відповідність критерію "Промислова придатність". Таблиця Властивості зварних з'єднань в залежності від типу присадки 1 2 3 4 5 6 7 8 Механічні властивості 1 Υ В Zr Mo V Ті σΒ, МПа. δ, % φ, град. - 1,2 - 3,4 решта 888,0 5,9 48,0 - 0,04 1,5 2,9 - решта 1148,3 4,7 23,0 0,03 - 0,6 1,0 1,5 решта 1083,2 5,4 31,3 0,01 0,005 - - - решта 870,0 4,5 47,0 0,02 0,01 - - - решта 940,0 4,8 50,0 0,05 0,03 - - - решта 1083,2 6,3 61,0 0,08 0,05 - - - решта 1115,0 8,5 72,0 0,11 0,07 - - - решта 900,0 3,5 15,0. Хімічний склад, мас. % № СПТ2 Аналог Прототип Дослідний сплав Аl 4,0 6,5 2,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 La 0,5 0,03 0,05 0,15 0,25 0,35 Джерела інформації: 1. Проволока сварочная из титана и титановых сплавов. Технические условия ГОСТ 2726540 87 2. Пат. 2330079 Российская Федерация, МПК С22С 14/00. Сплав на основе титана [Текст] / Щепочкина Ю.А.; заявитель и патентообладатель Щепочкина Ю.Α… - № 2006128335/02; заявл. 03.08.2006; опубл. 27.07.2008. 2 UA 71627 U 3. Деклараційний патент 58671 A UA, МПК С22С 14/00 Сплав на основі титану [Текст] / Овчинников О.В., Волчок І.П.; заявник і патентовласник Запорізький національний технічний університет. - № 2002042848; заявл. 09.04.2002; опубл. 15.08.2003, Бюл. № 8. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Сплав на основі титану, який містить алюміній, ітрій, який відрізняється тим, що додатково містить лантан і бор, при такому співвідношенні мас. %: алюміній 2,0 - 4,0 лантан 0,05 - 0,25 ітрій 0,02 - 0,08 бор 0,01 - 0,05 титан решта. Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3