Сплав на основе алюминидов титана

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминида титана, изготовленным с применением технологии литья или порошковой металлургии. Сплав содержит титан, алюминий, ниобий с содержанием ниобия в диапазоне 5х10 ат.% и углерод в количестве меньше 0,5 ат.% Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости сплава, что позволит использовать сплав в качестве замены сплавов на основе никеля. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к сплаву на основе алюминидов титана.

Известно применение сплавов на основе алюминидов титана для тех целей, когда, с одной стороны, требуется очень небольшой вес, а с другой стороны, высокая прочность материала. Поэтому сплавы на основе алюминидов титана уже во многих случаях заменяют обычные жаропрочные сплавы на основе никеля, которые в настоящее время находят применение для изготовления отдельных элементов, например в турбинах, в частности, лопастей турбин.

Хотя сплавы на основе алюминидов титана имеют сами по себе незначительный вес при высокой прочности, однако они не всегда обладают всеми свойствами, которые имеют вышеназванные жаропрочные сплавы, и до сих пор не полностью отвечают высокотехнологическим стандартам, установленным для этих жаропрочных сплавов. Существенным недостатком ранее известных сплавов на основе алюминидов титана является то, что они имеют начиная с рабочей температуры, равной 700^oС, заметное снижение свойств прочности. Это происходит, в частности, при низких скоростях деформации, которые характерны для нагрузок на материал в условиях ползучести.

Поэтому задачей изобретения является создание сплава на основе алюминадов титана, не имеющего этих недостатков, то есть сплава, который имеет высокую термостойкость, благодаря чему он подходит и в качестве замены сплавов на основе никеля, причем сплав согласно изобретению должен просто и экономично изготавливаться и сравнительно просто обрабатываться.

Эта задача решается в сплаве на основе алюминида титана, изготовленного с применением технологии литья или порошковой металлургии, содержащем титан, алюминий и ниобий, за счет того, что содержание ниобия xNb лежит в диапазоне 5х10 ат.%, причем сплав дополнительно содержит углерод в количестве меньше 0,5 ат.%.

Согласно предпочтительной форме выполнения сплав может содержать бор, в частности, в количестве меньше 0,5 ат.%.

Кроме того, содержание алюминия в сплаве может составлять 45 ат.%.

Преимущество решения согласно изобретению состоит в том, что как, показывают испытания, могут достигаться значительно более высокая прочность в температурном диапазное вплоть до 900^oС и выше, то есть при таких рабочих температурах, которым подвержен сплав согласно изобретению, а именно по сравнению с ранее известными сплавами на основе применявшихся до сих пор смесей алюминида титана.

Другим существенным преимуществом, создаваемым предлагаемым решением согласно изобретению, является то, что сопротивление окислению сплава значительно больше по сравнению с известными до сих пор легирующими смесями такого типа, который упомянут в ограничительной части формулы изобретения, то есть, в общей сложности, сплавы, предлагаемые согласно изобретению, могут применяться благодаря своей значительно более высокой термостойкости по сравнению с ранее известными сплавами такого типа для тех технических решений, для которых ранее не были приемлемы ни жаропрочные сплавы на основе никеля, ни сплавы на основе алюминидов титана.

Для еще большего повышения прочности сплава является предпочтительным добавить в сплав из титана, алюминия и ниобия еще и компоненты из углерода и бора, благодаря чему сплав подходит для других дополнительных случаев применения, например, для применения в высокопроизводительных турбинах для реактивных двигателей в гражданских и военных самолетах.

Ниже изобретение поясняется с помощью чертежей, где: на фиг. 1 показано изменение сопротивления течению в зависимости от температуры замеренного при испытании на сжатие сплава согласно изобретению, а также известных сплавов на основе алюминидов титана, и на фиг. 2 - взаимный активационный объем (1/V) после 1,25% пластической деформации различных сплавов под давлением согласно изобретению, а также уже известных сплавов на основе алюминида титана с другим составом.

Как показано на приведенных фигурах, сплавы согласно изобретению имеют значительно более высокие значения прочности, чем обычные сплавы. Но одновременно взаимный активационный объем сплавов согласно изобретению сопоставим с обычными сплавами. Это означает, что более высокая прочность сплавов, содержащих наряду с титаном и алюминием также ниобий, сохраняется и при высоких температурах, и при низких скоростях деформации.

Сплавы согласно изобретению с составом Ti-45Al-xNb, где 5х и 10, можно получать с использованием обычных металлургических способов литья или известного способа порошковой металлургии и можно обрабатывать горячей ковкой, горячим прессованием или горячим выдавливанием и горячей прокаткой.

Наряду с основными компонентами сплава из титана, алюминия и ниобия для повышения прочности при высоких температурах деталей, изготовленных из сплавов, то есть вплоть до 900^oС, может, кроме того, добавляться углерод в количестве меньше 0,5 ат.% и бор в количестве меньше 0,5 ат.% .

Сплавы согласно изобретению с составом Ti-45Al-xNb, где 5х10 можно получать с использованием обычных металлургических способов литья или известного способа порошковой металлургии и можно обрабатывать горячей ковкой, горячим прессованием или горячим выдавливанием и горячей прокаткой.

Наряду с основными компонентами сплава из титана, алюминия и ниобия, для повышения прочности при высоких рабочих температурах деталей, изготовленных из сплавов, то есть вплоть до 900^oС, могут, кроме того, добавляться бор и/или углерод в количестве, меньшем чем 0,5 ат.%.

Формула изобретения

1. Сплав на основе алюминида титана, изготовленного с применением технологии литья или порошковой металлургии, содержащий титан, алюминий и ниобий, отличающийся тем, что содержание ниобия xNb лежит в диапазоне 5х10 ат. %, причем сплав дополнительно содержит углерод в количестве меньше 0,5 ат.%.

2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит бор.

3. Сплав по п.2, отличающийся тем, что содержание бора в сплаве менее 0,5 ат.%.

4. Сплав по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что содержание алюминия в сплаве составляет 45 ат.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2