Порошковий сплав на основі титану

Сплав предназначен для применения в качестве конструкционного материла. Сплав содержи; час % алюминии 4 0 6,0 кремний 1 5-9,0, цирконии 3 0-8 0 церий 0.1-0,7 титан-остальное Свойства сплава следующие длительная прочность зз 100 ч при 600°С 465 МПа. при 700°С 430 МПа пріл 800°С - 364 МПа, прочность на изгиб Оизг при 20°С 500 МПа, при 600°Г 1040 МПа, при 800°С 780 МПР 1 БЯЗКОСГЬ разрешения Кіс при 20°С - ЗОЛ К1па VM пр^ 600°С 42,0 МПа vfo~ пои 80С°С 31,7 МПа УтЯ окисляемое и мг/см^ ч при ?0°С 0, п Р и600 3 С~0;при800°С- 0,05г^ Зтабл Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению конструкционных материалов на основе титана, которые могут быть использованы в различных областях народного хозяйства и особенно перспективны в автомобильном и сельскохозяйственном машиностроении для изготовления деталей, работающих в условиях повышенных температур и нагрузок Целью изобретения является повышение жаропрочности, жаростойкости и вязкости разрушения Поставленная цель достигается тем, что порошковый сплав на основе титана, содержит церий при следующем соотношении компонентов, мае % Алюминий 4 0-6.0 Кремний 1 5-9.0 Цирконий 30 80 Церии 0 10-0 70 Титан Остальное В идентичных условиях был проведен сопоставительный анализ свойств заявляемого сплава и сплйва-прототипа' В связи с тем -*то сплав-протогип вы плавлен методом индукционной плавки (ИП) а заявляемый сплав методом элект ронно лучевой плавки (ЭЛП) ниже будут сопоставлены физико механические свойства сплава-прототипа, выплавленного обоими способами Порошки {гранулы) получали способом центробежного распыления вращающейся литой заготовки при оплавлении ?орца плазменной струей Образование І ранул из оплавляемой вращающейся ^ЙГоточив происходило в результате распылени?жидкого металла на топце заготовки Ох лаждение капель жидкого металла проис ходило из металличегкои подложке со скоростью —10 град/с В pf зульг^т*» рас 0 пыления образуются сферически го идеальной формы (21)4927654/02 (22)16.04 91 20-93 0, 4 вого сплавов не значительны (табл.3, сплавы Для получения загсіовок из гранул 19-20). пользовались методом горячего прессоваНиже приведен сравнительный анализ ния химического состава и физико-механичеИз отливок и прессованных заготовок ских свойств экспериментальных порошкобыли изготовлены образцы для исследовавых сплавов и составов, соответствующих ния макро- и микрострукгуры, определений сплаву-прототипу (табл.3) фзэовоге состава, для испытаний на растяжение изгибную прочность, вязкость разПри содержании алюминия ниже 4% рушения Кіс. ИСПЬП&НИР сопротивления (табл.3, плавка 1) аюо и жаростойкость ниокислению. 10 же, a CW и Кіс выше, чем у сплавэ-прототипа (плавка 19). При содержании алюминия Металлографические исследования выше 6% (плавка 2) начинает проявляться проводили на специально подготовленных склонность сплава к охрупчиванию вследстшлифах с помошью микроскопа Neophot-30. вие образования щ -фазы, представляющей Для выявления микроструктуры сплавов на основе титана пспользомл^ разные трзви- 15 собой твердый раствор на основе ТІзАІ. В соязи с этим (Аізг и Кіс ниже, а чем у тели. сплава-прототипа. Длительная прочность Уточнение фагового состягэ проводили аюо и окиелчемость выше, чем у еллзвзметодами микрорєктіаноспектрзльного и прототипз. рентгеноструктурного анализа 20 Сплав-прототип и экспериментальные При содержании кремния менее 1,5% сплавы были исследовзиь! следующим обра(плавка 5 ) жаропрочность и жаростойкость зом: определено содержание элементов хименьше, чем у порошкового сплава-протомического состава стандартными методами типа. Изгибная прочность Сизг и К і с - выхимическою анализа; проведены гиеханевше. При содержании кремния более 9% ские испытания нз растяжение на стендар - 25 наряду с понижением склонности сплава к тных о б р а з ц а х п р и нормальной и окислению увеличивается хрупкость сплаповышенных (500, 600, 700, 800, 900°С) темвов, что приводит к понижению изгибной пературах (t«cn) по ГОСТ 1497-84 и ГОСТ прочности и вязкости разрушения по срав9651-31 соответственно, мельчания на длинению со сплавом-прототипом (сплав 6) тельную прочносі ь проводили на машине 30 При концентрации в сплаве циркония АИМА при температуре 600, 700 si 800°C в доЗ% не достигается необходимый уровень точение 100 ч; испытания на статический длительной прочности и жаростойкости изгиб проводили по ГОСТ 14.019-80 при (сплаа 9). 8 то же время, ОйзГ и Кіс выше, темпера гуррх 20-800°С; вязкость разрушечем у сплава-прототипа. При 800°С в сплания Кіс определяли по ГОСТ 75.506-85 (Ме- 35 вах, легированных цирконием, образуются тоды механических испытаний. тонкие оксидные пленки, а газонасыщенОпределение характеристик трещиносюйные слои отсутствуют. Нарастание степени кости (вязкости разрушения) при статичеокисления сплавов по мере увеличения конском нагружении) при температурах 20, 200, центрации циркония до 9,5% (более 8%) 400, 500, 600, 700, 800, 900°С; испытания на обусловлено приближением границы пере окисльемость в атмосфере воздуха методом сечения двухфазной ( a +fi )-области непрерывного взвешивания в течение 25 ч. (сплав 10). Для этого сплава характерны выРезультати указанных 5^спьггэний присокий уровень жаропрочности dioo и низведены в габл.1-3. і' кий по сравнению со сплавом-прототипом В табл. 1-2 приведены результаты испыуровень (Лізг и Кіс. таний физмко-механичесгих свойств заявСовместное легирование сплавов алюляемого сплава и сплава-прототипа в литом минием, кремнием и цирконием способстсостоянии. Из этих табпиц видно, что при вует увеличению ж а р о п р о ч н о с т и и получении сплавов методом ЭЛП исследожаростойкости титановых сплавов. ванные свойства несколько выше, чем в слу- 50 При содержании церия менее 0,10% чае ИП. Следует также отметить, что влитом (сплав 13) не наблюдается изменения хараксостояние физико-мехзнические свойства тера разрушения и исследованные физикозаявляемого сплава выше чем сплавз-промеханические свойства этого сплава тотипа Сплав-прототип, полученный методами 55 несколько ниже соответствующих свойств еплааа-прототипа. При содержании церия порошковой металлургии, имеет более выбольше 0,7% (сплав 14) количество образусокие Оизг и К 1с, чем сплач того же химичеющихся оксидов церия СегОз становится ского состава в литом состоянии. Различия больше оптимального, что приводит к охостальных характеристик литого и порошкорупчиванию. Поэтому Оизг и Кіс этого спла 1818867 ва ниже, чем у сплава-прототипа, В то же низкий уровень жаропрочности и жаростойвремя, характеристики жаропрочности и кости, при содержании этих элементов выжаростойкости сплава 14 (7ioo выше, чем у ше верхнего предела не обеспечивается сплава-прототипа. необходимое сопротивление хрупкому разТаким образом, наибольшие жаропроч- 5 рушению. При легировании цирконием выше 8% повышается окисляемость сплавов. ность, жаростойкость и вязкость разрушеПрименение метода порошковой металния в исследованном интервале температур лургии при производстве заявляемого сплаи. в частности при 700-950°С, имеют порошва дает возможность устранить дендритную ковые сплавы, содержащие 4,0-6,0% алюминия, 1,5-9,0 кремния,3,0-8,0% циркония, 10 и зональную ликвацию, предотвратить вы0,05-0,7% церия (плавки 17-18). деление грубых скоплений избыточных фаз, имеющих место в слитках из сложнолегироСравнение значений характеристик жаванных сплавов. Кроме того, высокие скороропрочности, жаростойкости и сопротивлести охлаждения при кристаллизации гранул ния хрупкому разрушению заявляемого сплава оптимального состава и порошково- 15 позволяют получать пересыщенные тверго сплава-прототипа показало следующее. дые растворы и, таким образом, не только расширить пределы леїнрования, но и исЖаропрочность заявляемого сплава оппользовать для достижения желаемою эфтимального состава (Лоо в исследованном фекта легирующие компоненты, которые не интервале температур значительно выше жаропрочности сплава-прототипа: при тем- 20 удается применить при традиционных метопературах испытания 700-800°С в 3~5 раз. дах производства отливок. Повышение сопротивления хрупкому Изгибная прочность