Сплав на основі титану

Реферат: UA 77262 U UA 77262 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до галузі кольорової металургії, а саме до розробки сплавів на основі титану, які використовують для виробництва деталей конструкційного призначення з високими жаростійкими та жароміцними властивостями. Відомий сплав [1] на основі титану, що містить, мас. %: алюміній 5,0 - 6,5 ванадій 3,5 - 4,5 титан решта. Відомий сплав використовується за температур до 400 °C та має задовільні жаростійкі та жароміцні властивості, оскільки є (+) - сплавом мартенситного класу з низьким вмістом алюмінію та містить ванадій, що негативно впливає на високотемпературні властивості титанових сплавів. Найбільш близьким аналогом, взятим за найближчий аналог, є сплав [2] на основі титану що містить, мас. %: алюміній 34,0 - 46,0 титан решта. Недоліком цього сплаву є те, що підвищення алюмінію понад 37 % призводить до збільшення кількості -TiAl фази та зниження жаростійкості та жароміцності. Це не забезпечує надійної та довготривалої роботи деталей, отриманих з використанням даного сплаву, що працюють за температур застосування до 900 °C. В основу корисної моделі поставлена задача розробки сплаву на основі титану з підвищеними жаростійкими та жароміцними властивостями, з якого можна отримати виливки, що будуть працювати в умовах довготривалого впливу високих температур до 900 °C. Поставлена задача вирішується наступним чином. Запропонований сплав на основі титану, що містить алюміній, ітрій та титан при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: алюміній 34,0-37,0 ітрій 0,4-0,5 титан решта. Саме сукупність цих компонентів та їх співвідношення забезпечують досягнення нового технічного результату - отримання сплаву на основі титану, що має підвищенні жаростійкі та жароміцні властивості, та в цілому довговічну та надійну роботу деталей з цих сплавів за температур застосування до 900 °C. Досягається це тим, що мікролегувальні добавки ітрію в кількості 0,4-0,5 % до титанового сплаву спричинюють виділення інтерметалідних вкраплень Al2Y, яки підвищують жаростійкі та жароміцні властивості за температури до 900 °C. При вмісті ітрію менше 0,5 % сплав має пластинчасту -фазу з прошарками 2-фази з виділеннями невеликої кількості неметалевих вкраплень з ітрієм. При вмісті ітрію більш 0,5 % відбувається пересичення матриці сплаву евтектичними вкрапленнями інтерметалідів Al2Y та Al3Y. Вміст алюмінію було знижено до 37,0 % для утворення в сплаві поряд з фазою (2-ТiАl фази -TiAl з упорядкованою тетрагональною гранецентрованою структурою типу Ll0 з високою температурою плавлення, що складає 1456 °C. Якщо в сплаві міститься більше 37,0 % алюмінію, утворюється велика кількість -TiAl фази, що не призводить до підвищення окислювальних характеристик цього матеріалу. Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками забезпечують виявлення нових технічних властивостей - розроблено сплав на основі титану з підвищеними жаростійкістю та жароміцністю за температур застосування до 900 °C. Аналоги, які містять ознаки, які відрізняють рішення, що заявляється, від відомого, не виявлені, рішення явним чином не випливає з рівня техніки. Для експериментальної перевірки сплав пропонованого складу й аналога виплавляли у лабораторній вакуумно-дуговій печі марки ЭДВ-НЭ при силі струму близько 2-2,5 кА та напрузі 40-50 В методом сплавлення чистих матеріалів (губчатий титан марки ТГ 90 ГОСТ 17746-79 фракції 5-12 мм, гранульований алюміній марки А8 ГОСТ 11070-74, лігатура Ті-Υ з вмістом ітрію 5 %). Перед початком плавки вакуумуванням у камері печі досягали залишкового тиску 0,12 Па, після чого камера заповнювалася аргоном до тиску 50 кПа. Виливки масою 200 г і розмірами 050 × 10 мм одержували в мідному циліндричному водоохолоджуваному кристалізаторі. Із виливків виготовляли зразки для досліджень структури, механічних, жароміцних та жаростійких властивостей. Для дослідження стійкості сплавів до окислення (жаростійкості) за допомогою метода термогравіметрії знежирені та промиті зразки зважували на аналітичних вагах з наступним розміщенням кожного в окремому попередньо прожареному впродовж 4 год. за 1200 °C 1 UA 77262 U 5 10 корундовому тиглі. Вивчення кінетики окислення здійснювалося на приборі "Derivatograph" Q1500D з безперервним записом зміни маси впродовж нагрівання та витримки впродовж 6 год. Переривчасте окислювання з вимірюванням зміни маси зразків на аналітичних вагах з точністю до±0,0001 г. через визначені інтервали часу (2, 5, 10, 20 год.) виконано в печі опору зі швидкістю нагрівання до 20°/хв. Гарячу твердість (жароміцність) визначали методом тривалої твердості з вдавленням сапфірового індентору у формі усіченої чотиригранної піраміди з квадратною основою і з кутом при вершині між протилежними гранями, рівними 136°, за температур 500, 700 та 900 °C. Перед випробуваннями для зняття термічних напружень литі зразки відпалювались за 900 °C впродовж 1 год. Дослідні сплави, що представлені в таблиці 1, містили компоненти в кількості, відповідно: нижній границі, що заявляється, відповідає сплав №2; верхній границі, що заявляється, відповідає сплав №4; оптимальному складу, відповідає сплав №3; нижче за нижню границю сплав №1; вище за верхню границю - сплав №5. 15 Таблиця 1 Хімічний склад дослідних сплавів № Вміст компонентів, мас. % Алюміній Ітрій Титан 36,0 0 решта 36,0 0,1 решта 36,0 0,4 решта 36,0 0,5 решта 36,0 0,6 решта 36,0 1,0 решта Сплав Прототип 1 Запропонований 2 3 4 5 Результати порівняльних досліджень сплаву, що відомий та сплаву, що заявляється, наведені в таблиці №2. Таблиця 2 Результати порівняльних досліджень Сплав № НV 1, Гпа за температур, °C -2 -2 q2, мгсм q5, мгсм 500 700 900 сплав найближчого аналога сплав, що 1 заявляється 2 3 4 5 q10, -2 мгсм q20, Vq, -2 -2• -1 мгсм мгсм г 2,19 1,48 0,47 1,54 2,70 4,80 6,10 0,30 2,00 1,55 0,70 1,43 1,67 1,67 2,01 0,10 1,82 1,79 1,83 1,90 1,48 1,39 1,49 1,49 0,66 0,50 0,60 0,68 0,81 0,76 0,79 0,96 1,04 0,92 1,01 1,80 1,16 1,01 1,10 1,92 1,39 1,14 1,21 2,23 0,07 0,05 0,06 0,20 20 25 30 Результати досліджень вказують, що титановий сплав, склад якого заявляється, забезпечує більш високі показники жаростійкості та жароміцності за високих температур. Це дозволило підвищити термін експлуатації деталей, які були з нього виготовлені на 25-30 %, а також заощадити при цьому значні фінансові ресурси за рахунок зменшення кількості запасних частин і ремонтів. Виходячи з вищевикладеного, можна зробити висновок, що запропоноване технічне рішення може бути застосовано для виробництва деталей конструкційного призначення з високими жаростійкими та жароміцними властивостями та відповідає критерію "промислова придатність". Джерела інформації: 1. Патент 2906654, США, МПК C22F1/18, C22F1/18, Heat treated titanium-aluminum vanadium alloy [електронний ресурс] /Stanley Abkowitz -№US 19540458032 19540923; опубл. 29.09.1959. Режим доступу: http.7/ http://ru.espacenet.com. 2 UA 77262 U 2. Патент 3203794, США, МПК7 С22С14/00, Titanium-high aluminium alloys [електронний ресурс] / Robert Jaffee; Horace Ogden; Daniel Maykuth - № US19570652697 19570415; заявл. 15.04.1957; опубл. 31.10.1965. - Режим доступу: http://www.google.com/patents?printsec=description&id=MVReAAAAEBAJ&out put=ext. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Сплав на основі титану, що містить алюміній, який відрізняється тим, що додатково містить ітрій у наступному співвідношенні компонентів, мас. %: алюміній 34,0-37,0 ітрій 0,4-0,5 титан решта. 10 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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