Дешевий альфа-бета-сплав титану з хорошими балістичними та механічними властивостями

 

Ця заявка є Міжнародною РСТ заявкою, яка заявляє переваги безумовної заявки на патент США №12/850691, зареєстрованої 5 серпня 2010, яка тим самим включена посиланням повністю.

Область техніки, до якої належить винахід

Це винахід відноситься головним чином до сплавів титану (Ti). Зокрема описані альфа-бета-сплави Ti, мають поліпшену комбінацію балістичних і механічних властивостей, що досягаються з відносно дешевим складом, а також способи виробництва сплавів Ti.

Рівень техніки

Сплави Ti знайшли широке використання в застосуваннях, що вимагають високого відношення межі міцності до ваги, хорошою корозійної стійкості та збереження цих властивостей при підвищених температурах. Незважаючи на ці переваги, більш дорога сировина і витрати на переробку сплавів Ti, в порівнянні зі сталлю та іншими сплавами, сильно обмежили їх використання в застосуваннях, де потреба в покращеної ефективності і робочих характеристиках переважує їх порівняно високу вартість. Деякі типові застосування, які отримали перевагу від включення сплавів Ti в різні обсяги включають, наприклад, елементи конструкції самолетЀта і військові застосування.

Звичайною титанової основою сплаву, яка успішно використовувалася у військових системах, є Ti-6A1-4V, яка також відома як Ti64. Як назва передбачає, ці сплави Ti зазвичай включають 6 вага.% алюмінію (Al) і 4 вагу.% ванадію (V) і до 0,30 вага.% заліза (Fe) і до 0,30 вага.% кисню (O).

Розробка Ti64 пропонує сплав, який має привабливу комбінацію балістичних і механічних властивостей для військових наземних транспортних систем. Військові застосування, що забезпечує зварюваний деформований титановий сплав, такий як Ti64, такі як структурний броньовий лист, зазвичай мають строгі композиційні та експлуатаційні вимоги. Наприклад, у документі, названому "Детальна Специфікація: Броньовий лист, Титановий Сплав, що Зварюється," M1L-DTL-46077G, 2006, Міністерство оборони США ідентифікувало умови для чотирьох класів Ti64, броні деформівного титанового сплаву, визначені суворим інтервалом елементного складу та вимогами щільності так само, як мінімальними механічними і балістичними властивостями. Що стосується броньового листа на основі сплаву Ti, то мета, отже, полягає в тому, щоб надати сплави Ti, які відповідають встановленим стандартам або перевищує їх, минимизир�щие задану комбінацію властивостей при зниженій вартості. Наприклад, сплави Ti були зроблені одноразовим електронно-променевим плавленням (ОЭЛП). Цей підхід зробив виробництво сплавів Ti більш ефективним за вартістю і зробив можливим їх додаткову реалізацію у військових системах. Інший підхід зосередився на заміщення кількістю заліза (Fe) замість ванадію (V) в якості бета-стабілізатора в сплаві Ti, щоб знизити вартість сировини, як розкрито, наприклад, патент США №6786985 від Kosaka (Косака) та ін. (надалі "Kosaka"). Однак сплав Ti, розроблений Kosaka, вимагав включення молібдену (Mo).

Ще один підхід включав розробку складів сплаву Ti, які дозволяють переробку зливка металу в кінцевий прокатний продукт при температурах повністю в межах області бета-фази сплаву, як розкрито, наприклад, у патенті США №5342458 від Адамса та ін. ("Адамс"). Адамс стверджує, що більш висока пластичність і більш низька напруга, що викликає пластичну деформацію, яка існує при більш високих температурах в описаних сплавах, мінімізують поверхню і торцеві тріщини, отже, збільшуючи продуктивність. Патент США №5980655 від Йодзі Косаків і патент США №5332 45 від Вільяма Ст. Лава розкривають підходи, в яких сплави Ti64, мають улучшов, які були визначені стандартними військовими керівними принципами.

Ряд сплавів Ti, мають склади, аналогічні Ti64, але з додатковими включеними компонентами, також відомі технології. Ці сплави Ti розробили, щоб забезпечити, між іншим, дешеві високоміцні сплави Ti з допустимими рівнями пластичності. Приклад запропонований у патенті США №7008489 від Підлоги Дж. Бэнии, який, в одному варіанті здійснення, розкриває сплав Ti, має, щонайменше, 20% покращення пластичності при даному рівні міцності. Однак у доповнення до основних компонентів Ti-Al-V-Fe-O, присутніх в Ti64, розкритий сплав також включає концентрації олова (Sn), цирконію (Zr), хрому (Cr), молібдену (Mo) і кремнію (Si). Велика кількість елементів, присутніх в цих сплавах, неминуче збільшує вартість матеріалів, сформованого таким чином сплаву Ti.

Інший приклад запропоновано заявкою на патент США №2006/0045789 від Нассеррафи та ін. ("Нассеррафи"), спрямованої на сплави Ti, які можуть бути здійснені повторно використовуваного титану. В одному варіанті здійснення Нассеррафи розкриває сплав Ti, що включає Ti-Al-V; однак сплав також включає один або більше елементів, вибраних з групи, що складається з Cr, Fe �ичивают застосування сплаву для військових систем. Кожен з вищезазначених патентів і заявок на патент включений посиланням в їх повноті, як якщо б вони були повністю викладені в даному описі.

Незважаючи на удосконалення з точки зору складу, властивостей і витрат на переробку, які були досягнуті до цього часу, є триваюча потреба розробити нові і поліпшені сплави Ti і пов'язані способи виробництва, які досягають мінімальних механічних і балістичних рівнів ефективності при постійній більш низької вартості.

Сутність винаходу

Запропоновано сплав Ti, має хорошу комбінацію балістичних і механічних властивостей, які досягають, використовуючи дешевий складу. Такий сплав Ti є особливо корисним для використання в якості броньового листа у військових застосуваннях, але не настільки обмежений і може бути придатний для багатьох інших застосувань. В одному варіанті здійснення сплав Ti складається, по суті, у вагових відсотках, від 4,2 до 5,4% алюмінію, від 2,5 до 3,5% ванадію, від 0,5 до 0,7% заліза, від 0,15 до 0,19% кисню і титан до 100%. В певному варіанті здійснення сплав Ti складається по суті з, у вагових відсотках, приблизно 4,8% алюмінію, приблизно 3,0% ванадію, приблизно 0,трация будь-якого одного домішкового елемента, присутнього в сплаві титану, становить 0,1 ваг.%, і об'єднана концентрація всіх домішок становить 0,4 вага.% або менше.

Сплави Ti, мають розкриті склади, мають перевагу забезпечувати дешевий сплав Ti, який включає межа текучості при розтягуванні (ПТР) щонайменше приблизно 120000 фунтів на квадратний дюйм (приблизно 8440 кг/см2) і межа міцності при розтягуванні (ППР) щонайменше 128000 фунтів на квадратний дюйм (приблизно 9000 кг/см2як у поздовжньому, так і в поперечному напрямках в комбінації з звуженням поперечного перерізу (УПС) щонайменше приблизно 43% і подовженням щонайменше приблизно 12%. Сплав Ti можна сформувати в аркуш, який в певному варіанті здійснення має товщину від приблизно 0,425 дюймів до приблизно 0,450 дюймів (приблизно від 1,08 до приблизно 1,14 см) і балістичний межа V50щонайменше приблизно 1848 футів в секунду (563 м/сек). В певному варіанті здійснення лист сплаву Ti має товщину приблизно 0,430 дюймів (приблизно 1,09 см) і балістичний межа V50приблизно 1936 футів в секунду (590 м/с).

В одному варіанті здійснення сплбилизатору (βisoeut) від близько 0,9 до близько 1,7, де βisoeutвизначають як

βISOβEUT=Mo+V1.5Cr0.65+Fe0.35

У рівняннях, запропонованих в даному описі, Mo, V, Сг і Fe, відповідно, представляють ваговій відсоток молібдену, ванадію, хрому і заліза в сплаві Ti. В певному варіанті здійснення ставлення бета-изоморфного стабілізатора до бета-эвтектоидообразующему стабілізатора складає приблизно 1,2.

В іншому варіанті здійснення сплав Ti має молібденовий еквівалент (Moeq) приблизно від 3,1 до приблизно 4,4, в якому молібденовий еквівалент визначають як

Moeq=Mo+V1.5+Cr0.65+Fe0.35eq) приблизно від 8,3 до приблизно 10,5, в якому алюмінієвий еквівалент визначають як

Aleq=Al+27O

У цьому рівнянні Al і O представляють ваговій відсоток алюмінію і кисню, відповідно, в сплаві Ti. В певному варіанті здійснення алюмінієвий еквівалент становить приблизно 9,4.

В іншому варіанті здійснення сплав Ti має температуру бета-перетворення (Tβ) приблизно від 1732°F (783°C) до приблизно 1820°F (833°C), де температуру бета-перетворення, °F, визначають як

Tβ=1607+39,3 Al+330O+1145C+1020N-21,8 V-32,5 Fe-17,3 Mo-70Si-27,3 Cr.

У цьому рівнянні З, N і Si представляють ваговій відсоток вуглецю, азоту і кремнію, відповідно, в сплаві Ti. В певному варіанті здійснення температура бета-перетворення становить приблизно 1775°F (806°С). В одному варіанті здійснення щільність сплаву Ti змінюється від приблизно 0,161 фунтів на кубічний дюйм до приблизно 0,163 фунтів на кубічний дюйм (від приблизно 4,46 до приблизно 4,51 г/см3) і, в певному варіанті здійснення складає приблизно 0,162 фунта на кубічний дюйм (приблизно 4,48 г/см3).

� відсотках, від 4,2 до 5,4% алюмінію, від 2,5 до 3,5% ванадію, від 0,5 до 0,7% заліза, від 0,15 до 0,19% кисню і титан до 100%. В певному варіанті здійснення сплав Ti виробляють плавленням комбінації повторно використовуваних і/або свіжих матеріалів, що містить відповідні співвідношення алюмінію, ванадію, заліза і титану, холодної подової печі, щоб утворити розплавлений сплав, і відливанням зазначеного розплавленого сплаву у форму. Повторно використовувані матеріали можуть містити, наприклад, стружку Ti64 і технічно чисті (ТЧ) відходи титану. Свіжі сировинні матеріали можуть включати, наприклад, губчастий титан, порошок заліза і дріб алюмінію. В іншому визначеному варіанті здійснення повторно використовувані матеріали містять приблизно 70,4% стружки Ti64, приблизно 28,0% губчастого титану, приблизно 0,4% порошку заліза і приблизно 1,1% дробу алюмінію.

Ще В одному варіанті здійснення сплав Ti відливають в прямокутну форму, щоб формувати лист, має прямокутну форму, і склад, у вагових відсотках, від 4,2 до 5,4% алюмінію, від 2,5 до 3,5% ванадію, від 0,5 до 0,7% заліза, від 0,15 до 0,19% кисню і титан до 100%. В певному варіанті здійснення литий лист може бути підданий початкової куванні або �и бета-трансуса перш, ніж бути відпаленим при температурі нижче температури бета-трансуса.

Сплави Ti, розкриті в цьому описі, забезпечують порівняно дешеву альтернативу звичайним сплавів Ti64, відповідаючи механічних і балістичних властивостях, встановленим для сплавів Ti64. Це зниження дозволить більш широке прийняття сплавів Ti у багатьох військових і інших застосуваннях, які вимагають подібних комбінацій властивостей.

Короткий опис креслень

Супутні фігури, які включені і складають частину цього розкриття, ілюструють типові варіанти здійснення розкритого винаходи і служать для пояснення принципів розкритого винаходу.

Фіг.1 являє собою блок-схему, що пояснює спосіб отримання сплавів Ti у відповідності з прикладом здійснення розкритого винаходу.

Фіг.2A являє собою схему фактичного бронебійного калібру.30 патрона M2.

Фіг.2B являє собою фотографію фактичного бронебійного калібру.30 патрона M2, використовуваного у фактичному випробуванні.

Фіг.3 показує конфігурацію інтервалу випробувань, що використовується для випробування балістичної межі V50 броньових аркушів.

Фіг.4 являє собою приклад, який показує ймовірність пробивання �дставляет собою графік, показує балістичний межа V50як функцію товщини листа для типових сплавів Ti.

Фіг.6 являє собою збільшений вигляд фіг.5 в інтервалі товщини від 0,40 до 0,46 дюйма (від 1,0 до 1,16 см), що показує балістичний межа V50як функцію товщини листа для типових сплавів Ti.

Усюди в кресленнях е ж самі цифри і символи посилань, якщо інакше не зазначено, використовуються, щоб позначити аналогічні ознаки, елементи, компоненти або частини поясняемих варіантів здійснення. Хоча розкрите винахід описано детально з посиланнями на креслення, це зроблено так, у зв'язку з ілюстративними варіантами здійснення.

Детальний опис винаходу

Описані типові сплави Ti, мають хороші механічні та балістичні властивості, які отримували, використовуючи порівняно дешеві матеріали. Ці сплави Ti особливо придатні для використання в якості броньового листа у військових системах або для застосувань, де потрібно металевий сплав, що має чудове співвідношення міцність-вага і хорошу стійкість до пробиття боєприпасами після удару. Розкриті сплави Ti досягають комбінацій механічної міцності і балістичних властивостей, які відповідають мінімальним блегчать більш широке поширення прийняття розкритих сплавів Ti внаслідок їх все більш і більш сприятливих міркувань вартості.

У варіанті здійснення типовий сплав Ti включає, у вагових відсотках, від 4,2 до 5,4% алюмінію, від 2,5 до 3,5% ванадію, від 0,5 до 0,7% заліза, від 0,15 до 0,19% кисню і титан до 100% і випадкові домішки.

Алюміній як легирующий елемент в титані є альфа-стабілізатором, який збільшує температуру, при якій альфа-фаза є стійкою. В одному варіанті здійснення алюміній присутня в сплаві Ti, у вагових відсотках, від 4,2 до 5,4%. В певному варіанті алюміній присутній в кількості близько 4,8 вагу.%.

Ванадій як легирующий елемент в титані є изоморфним бета-стабілізатором, який знижує температуру бета-перетворення. В одному варіанті здійснення ванадій присутня в сплаві Ti, у вагових відсотках, від 2,5 до 3,5%. В певному варіанті ванадій присутній в кількості близько 3,0 вага.%.

Залізо як легирующий елемент в титані є эвтектоидообразующим бета-стабілізатором, який знижує температуру бета-перетворення, і залізо є зміцнюючим елементом в титані при температурах навколишнього середовища. В одному варіанті здійснення залізо присутнє в сплаві Ti, у вагових відсотках, від 0,5 до 0,1%. В певному варіанті здійснення залізо присутств цьому описі, то може статися надмірна сегрегація розчиненої речовини під час затвердіння злитка, яка матиме негативний вплив на балістичні і механічні властивості. З іншого боку, використання рівнів заліза нижче меж, розкритих у цьому описі, може виробляти сплав, який не в змозі досягати бажаної міцності і балістичних властивостей. Кисень як легирующий елемент в титані є альфа-стабілізатором, і кисень є ефективним зміцнюючих елементом в титанових сплавах при температурах навколишнього середовища. В одному варіанті здійснення кисень присутній в сплаві Ti, у вагових відсотках, від 0,15 до 0,19%. В певному варіанті здійснення кисень присутній в кількості близько 0,17 вагу.%. Якщо вміст кисню є занадто низьким, міцність може бути занадто низькою, температура бета-перетворення може бути дуже низькою, і вартість сплаву Ti може збільшитися, тому що металобрухт не придатний для використання в плавленні сплаву Ti. З іншого боку, якщо вміст кисню є занадто великим, стійкість до розтріскування після балістичного удару може бути погіршена. Згідно з деякими варіантами здійснюва, r, N, С, Nb, Sn, Zr, Ni, Co, Cu, Si і т. д., в концентраціях, пов'язаних з рівнем домішок. Азот (N) може також бути присутні в концентраціях до максимуму 0,05 вагу.%. В певному варіанті здійснення максимальна концентрація будь-якого домішкового елемента становить 0,1 ваг.%, і об'єднана концентрація всіх домішок не перевищує в цілому 0,4 вагу.%.

Згідно з одним варіантом здійснення сплав Ti має відношення бета-изоморфного (Piso) стабілізатора до бета-эвтектоидообразующему (βiso) стабілізатора до бета-эвтектоидообразующему (βeut) стабілізатору (βisoeut) від близько 0,9 до близько 1,7, де βisoeutвизначають як

βISOβEUT=Mo+V1.5Cr0.65+Fe0.35(1)

Згідно з іншим варіантом здійснення винаходу сплав Ti має молібденовий еквівалент (Moeq) від близько 3,1 до близько 4,4, в якому молібденовий еквівалент визначають в рівнянні (2)

Moeq=Mo+V1.5+Cr0.65+Fe0.35(2)

В певному варіанті здійснення молібденовий еквівалент становить близько 3,8. Хоча Mo і Cr не є первинними компонентами розкритого сплаву Ti, вони можуть бути у слідових концентраціях (наприклад, при рівні домішок або нижче) і, отже, можуть використовуватися, щоб обчислити βisoeutі Moeq. В іншому варіанті осуществленпределяют в рівнянні (3)

Aleq=Al+27O(3)

У цьому рівнянні Al і O представляють вагові відсотки алюмінію і кисню відповідно в сплаві Ti. В певному варіанті здійснення алюмінієвий еквівалент становить близько 9,4.

В іншому варіанті здійснення сплав Ti має температуру

бета-перетворення (Tβ) від близько 1732°F (783°C) до близько 1820°F

(833°C), де температуру бета-перетворення °F визначають по рівнянню (4)

Tβ=1607+39,3Al+330O+1145C+1020N-21,8V-32,5Fe-17,3Mo-70Si-27,3Cr(4)

В певному варіанті здійснення температура бета-перетворення становить близько 1775°F (806°С).

Сплави Ti досягають чудових механічних властивостей при розтягуванні, і мають, наприклад, межа текучості при розтягуванні (ПТР) щонайменше близько 120000 фунтів на квадратний дюйм (8440 кг/см2) і межа міцності при розтягуванні (ППР) щонайменше близько 128000 фунтів на квадратний дюйм (9000 кг/см2) як уздовж поперечних, так і вздовж поздовжніх напрямків. В іншому варіанті здійснення сплав Ti має подовження щонайменше близько 12%, і/або відносне звуження поперечного перерізу (УПС) щонайменше близько 43%. Як обчислено, щільність сплаву Ti становить від 0,161 фунтів на кубічний дюйм до близько 0,163 (від близько 4,46 до близько 4,51 г/см3) з номінальною щільністю близько 0,162 фунта на кубічний дюйм (близько 4,48 г/см3).

Сплав Ti також забезпечує чудові балістичні властивості. Міра ефективності балістичних листів забезпечується середньою швидкістю (V50) снаряда або боєприпасу, необхідної для пробивання листа сплав Ti має балістичний межа V50щонайменше близько 1848 футів в секунду (563 м/сек). В певному варіанті здійснення для листа товщиною близько 0,430 дюйма (1,09 см) сплав Ti має балістичний межа V50близько 1936 футів в секунду (590 м/сек). Методики, використовувані в тестуванні балістичних меж V50сплавів Ti, описані з посиланням на приклади, описані нижче.

Згідно з іншим варіантом здійснення запропоновано лист, що складається зі сплаву Ti, описаного в цьому описі. В певному варіанті здійснення сплав Ti, представлений тут, використовується в якості броньованого листа. Однак інші відповідні застосування для сплаву Ti включають, але не обмежуються ними, інші компоненти у військових системах, таких як частини автомобіля і літака, такі як направляючі крісла і захисні екрани від ерозії.

Ще В одному варіанті здійснення розкрито спосіб виробництва сплаву Ti, має хороші механічні та балістичні властивості. Спосіб включає плавлення комбінації вихідних матеріалів у відповідних співвідношеннях, щоб виробляти сплав Ti, складається по суті, у вагових відсотках, від 4,2 до 5,4% алюмінію, від 2,5 до 3,5% ванадію, від 0,5 до 0,7% заліза, від 0,15 до 0,19% кисню і титан до 100%подібні матеріали включають комбінацію повторно використовуваних і свіжих сировинних матеріалів, таких як відходи титану і губчатий титан в комбінації з невеликими кількостями заліза і алюмінію. При більшості станів ринку використання повторно використовуваних матеріалів пропонує значне зниження витрат. Застосовуються повторно використовувані матеріали можуть включати, але не обмежуються ними, Ti64, Ti-10V-2Fe-3Al, інші сплави Ti-Al-V-Fe, і титан CP. Повторно використовувані матеріали можуть бути у формі відходів машинної обробки (стружки), твердих шматків або переплавлених електродів. Використовуються свіжі сировинні матеріали можуть включати, але не обмежуються ними, губчастий титан, лігатура алюміній-ванадію, залізний порошок або алюмінієва дріб. Так як ніяка лігатура алюміній-ванадію не потрібно, значне зниження витрат може бути досягнуто. Це, однак, не перешкоджає використанню і додавання свіжого сировинного матеріалу, включаючи губчастий титан і легуючі елементи, а не повторно використовувані матеріали, якщо це бажано. В деяких варіантах здійснення спосіб виробництва включає виконання термічної обробки відпалу сплаву Ti при температурі субтрансуса (наприклад, нижче температури бета-перетворення). Використовується сплав Ti може мати будь-яке з власти�уумний електродугового переплав (ВЕП) сплаву і ковку і/або прокатку сплаву Ti вище температури бета-перетворення, за яким слід кування та/або прокатка нижче температури бета-перетворення. В певному варіанті здійснення спосіб виробництва сплаву Ti використовують, щоб виробляти компоненти військових систем, та ще більш виразно, щоб виробляти броньовий лист.

Блок-схема, яка показує типовий спосіб виробництва сплавів Ti, представлена на фіг.1. Спочатку, бажану кількість сировинних матеріалів, що мають відповідні концентрації і співвідношення, готують в стадії 100. В певному варіанті здійснення сировинні матеріали включають повторно використовувані матеріали, хоча вони можуть бути комбіновані зі свіжими сировинними матеріалами відповідного складу в будь-якій комбінації. Після підготовки сировинні матеріали плавлять і відливають, щоб виробляти злиток металу в стадії 110. Плавлення може бути досягнуто, наприклад, ВЕП, плазмової дугової плавкою, плавкою електронним променем, плавкою в гарнисажной печі або їх комбінацією. В певному варіанті здійснення злитки подвійний плавки одержують ВЕП і відливають прямо в круглу форму.

В стадії 120 злиток металу піддають початкової куванні і прокатці. Початкову ковку і прокатку виконують вище температури бета-�двергают кінцевої куванні і прокатці. Кінцеву ковку і прокатку виконують нижче температури бета-перетворення (бета-трансуса), причому прокатку виполненяют у поздовжньому і поперечному напрямках. Злиток металу потім отжигают в стадії 140, яку, в певному варіанті здійснення, виконують при температурі субтрансуса. Кінцевий прокат може мати товщину, яка змінюється, але не обмежується цим, від близько 0,1 дюйма до близько 4,1 дюйма (близько 0,25 см до близько 10,4 см).

В деяких варіантах здійснення прокатка до розміру нижче 0,4 дюйма (1 см) може бути досягнута гарячої прокаткою і необов'язково холодною прокаткою, щоб виробляти продукти рулон або смуга. Ще В одному варіанті здійснення прокатка до тонких листових продуктів може бути досягнута гарячої або холодної прокаткою листів до окремих аркушів або до багатьох листів, упакованих в сталеві пачки.

Додаткові подробиці по типовим титанових сплавів та способи їх виробництва описані в прикладах, які слідують нижче.

Приклади

Приклади, представлені в цій секції, служать, щоб проілюструвати використовувані стадії обробки, кінцеві склади і наступні властивості сплавів Ti, отриманих згідно варіантів здійснення даного �в і не є обмежуючими.

Порівняльні приклади

Кілька сплавів Ti, мають концентрації елементів поза інтервалів V, Fe і O, розкритих у цьому описі, спочатку були отримані, щоб вони служили порівняльними прикладами. Порівняльні сплави Ti отримували змішуванням разом сировинних матеріалів, щоб досягти відповідних співвідношень для кожного порівняльного сплаву Ti. Порівняльний сплав Ti №С1 отримували з номінальним складом близько 5,0 вага.% алюмінію, близько 4,0 вага.% ванадію, близько 0,03 вага.% заліза, близько 0,22 вага.% кисню і титан до 100%. Порівняльний сплав Ti №C2 отримували з номінальним складом близько 5,0 вага.% алюмінію, близько 4,0 вага.% ванадію, близько 0,03 вага.% заліза, близько 0,12 вага.% кисню і титан до 100%». Порівняльний сплав Ti №СЗ отримували з номінальним складом близько 5,0 вага.% алюмінію, близько 5,0 вага.% ванадію, близько 0,6 вагу.%) заліза, близько 0,19 вага.% кисню і титан до 100%.

Порівняльні сплави Ti №C1-C3 відливали в індивідуальні зливки металу, що мають круглу форму, і перетворювали в проміжні сляби вище температури бета-трансуса. Фінальну прокатку і поперечну прокатку виконували нижче температури бета-трансуса. Фінальний відпал виконували при температурі нижче температури бета-трансуса. Порівняльні сплави T�датися в повітрі.

Хімічний аналіз виконували на порівняльних сплавах Ti №C1-C3, і вимірювали їх механічні і балістичні властивості. Виміряні склади та обчислені значення Aleq, Moeq, Tβі щільності підсумовані в таблиці 1 нижче:

Таблиця 1. Хімічні склади і параметри порівняльних сплавів Ti №C1-C3
Сплав TiЕлемент (вага. %)Розрахований приклад
AlVFeONAleqMoeqTβ, °F (°C)ρ, фунт/кв. дюйм (г/см3)
C14,984,10,030,220,00311,02,81796 (980)0,161 (4,46)
0,120,0018,12,81761 (960,5)0,162(4,48)
C34,814,920,580,190,0029,95,01742 (950)0,163 (4,51)

Механічні властивості листів, що включають порівняльні сплави Ti №C1-C3, вимірювали і підсумовували в таблиці 2. Безліч вимірів отримували на одних і тих же злитках металу і результати наведені в окремих рядках у межах тієї ж самої групи в таблиці 2. Властивості розтягування листів вимірювали як в поперечному (Поп.), так і в поздовжньому (Прод.) напрямках. У таблиці 2 ksi має значення килофунти на квадратний дюйм (1 килофунт на квадратний дюйм=1000 фунтів на квадратний дюйм). Властивості розтягування, виміряні в таблиці 2, дають середні значення ППР, ПТР, СПС і Подовження 131 килофунтов на квадратний дюйм (9210,21 кг/см2), 122,3 килофунтов на квадратний дюйм (8598,54 кг/см2), 36% і 10,3% відповідно, для порівняльного сплаву Ti% і 11%, відповідно, для порівняльного сплаву Ti №C2; і 133,8 килофунтов на квадратний дюйм (9407,07 кг/см2), 124,3 килофунтов на квадратний дюйм (8739,16 кг/см2), 42% і 12,3%, відповідно, для порівняльного сплаву Ti №C3.

Таблиця 2. Зведення властивостей розтягування порівняльних сплавів Ti №С1-C3
Сплав TiНомінальний склад (мас.%)Властивості розтягування
ОрієнтаціяППР, килофунт/кв. дюйм (кг/см2)ПТР, килофунт/кв.
дюйм (кг/см2)
СПС (%)Подовження (%)
C1(a) C1(b) C1(c)5Al4V.03 Fe.22O 5Al4V.03 Fe.22O 5Al4V.03 Fe.22OПрод.133 (9350,83)124 (8718,07)3511
Прод.129 (9069,6)121 (8507,14)37369
C2(a) C2(b) C2(c)5Al4V.03 Fe.12O 5Al4V.03 Fe.12O 5Al4V.03 Fe.12OПрод.131 (9210,21)123 (8647,76)3511
Прод.131 (9210,21)123 (8647,76)3311
Поп.131 (9210,21)123 (8647,76)3411
С3(а) СЗ(b) С3(с) C3(d)5Al5V.6Fe.l9O 5Al5V.6 Fe.19 O 5Al5V.6Fe.19 O 5Al5V.6Fe.19 OПрод.135 (9491,44)125 (8788,37)4312
Прод.135 (9491,44)125 (8788,37)4313
Поп.133 (9350,83)124 (8718,07)132 (9280,52)123 (8647,76)4412

Мінімальні захисні балістичні межі V50листів порівняльних сплавів Ti вимірювали за допомогою.30 калібру (7,62 мм) 166-грановие бронебійні (ББ) боєприпаси М2. Схема поперечного перерізу.30 ББ патрона M2 показано на фіг.2A, тоді як фактичний зразок показано на фіг.2B. Боєприпаси калібру.30 включають ядро із загартованої сталі, склад для заповнення порожнини в головній частині оболонки кулі і позолочену металеву оболонку. Саме балістичне тестування було виконано у відповідності зі стандартними військовими процедурами тестування, як розкрито, наприклад, Міністерством оборони США в "Військовому Стандарті: Балістичний Тест V50для Броні," MIL-STD-662E, 2006.

Схема конфігурації інтервалів тестування, використовуваної для тестування балістичного межі V50броньового листа, показано на фіг.3. Перший і другий фотоелектричний екран використовували в поєднанні з хронографами, щоб обчислити швидкості боєприпасу в точці на півдорозі між стволом зброї і метою. Тестування виконували при нулі градусів відхилення в умовах навколишнього середовища (70-75°F (21-24°C) і 35-75глу листа. Лист-свідок алюмінію 2024-T3 товщиною 0,020 дюймів (0,51 мм) розміщували 6 дюймів (152 мм) позаду цільового листа. Будь-який отвір листа-свідка визначали як повне пробивання зразка для випробування броні.

Кожне випробування складалося з стрільби боєприпасами при різних швидкостях і потім оцінки, наводить певний ударну дію до повного пробивання (тобто отвору в аркуші-свідку) або до часткового пробиванню. Середні швидкості найнижчих повних пробиваний і найвищих часткових пробиваний потім використовували, щоб оцінити значення V50. Результати розрахунку зразка запропоновані на фіг.4, яка є графіком, що показує ймовірність пробивання (%) як функції швидкості удару (фут/сек) для товщини сплаву Ti 0,430 дюйма (1,09 см). Спосіб виробництва, склад і властивості аркуша сплаву Ti, випробуваного в фіг.4, представлені в прикладі №1 нижче. Суцільні ромби на фіг.4 являють патрони, які частково пробивали (ПП) лист, тоді як суцільні квадрати представляють повне пробивання (ПП) листа. Значення V50 обчислюють усередненням швидкостей зіткнень, що виробляють ПП, з зіткненнями, які виробляють ПП. Приклад на фіг.4 представляє значення V50=1936 фут/сек (580 м/сек). СледоЂь кількість балістичної захисту, передбаченої даним типом броні проти цієї загрози.

Порівняльні сплави Ti були оброблені так, щоб отримати листи, що мають товщину близько 0,440 дюйма (1,12 см) для порівняльного сплаву Ti №С1, близько 0,449 дюйма (1,14 см) для порівняльного сплаву Ti №С2 і близько 0,426 дюйма (1,08 см) для порівняльного сплаву Ti №C3. Балістичні властивості кожного з порівняльних сплавів Ti №С1-С3 вимірювали відповідно до стандартів Міністерства оборони США, як визначено вище стосовно фіг.2-4, і результати підсумовані в таблиці 3 нижче. Балістичний межа V50для порівняльних сплавів Ti №С1-С3, як виміряно, становить близько 1922 фут/сек (576,6 м/сек), близько 1950 фут/сек (585 м/сек) і близько 1888 фут/сек (566,4 м/сек), відповідно.

Дані балістики, обчислені для сплавів Ti64, мають товщини листа, ідентичні експериментальному значенню, отриманому для порівняльних сплавів Ti №С1-С3, також представлені в таблиці 3. Поліпшення V50, отримане між кожним порівняльним сплавом Ti і розрахунковим значенням V50 для Ti64 маркують як "А проти Ti64" і включають в праву колонку таблиці 3. Значення V50для сплавів Ti №С1-С3 перевищують обчислені значення для листів Ti64, мають ті ж самі товщини, 10, 12 та 16 фут/сек (3, 3,6 і 4,8 м/с),50необхідні Міністерством оборони США MIL-DTL-46077G, 2006 для зазначених товщин листів. Наприклад, товщина листа 0,440 дюйма (1,12 см) вимагає мінімального V50, рівного 1895 фут/сек (568,5 м/сек). Значення AV50, представлені в таблиці 3, представляють різницю між мінімальним V50і виміряними значеннями V50для кожного порівняльного сплаву Ti.

Таблиця 3
Зведення балістичних результатів для порівняльних сплавів Ti №C1-C3
Сплав TiНомінальний склад (мас.%)Результати V5()для зазначених сплавівРозрахований У50для Ti64Д
Товщина, дюйм (см)V50хв, фут/с (м/с)V50фут/с (м/с)AV50фут/с (м/с)Товщина, дюйм (см)V50хв, фут/с (м/с)V50фут/ек (м/с)
С15Al4V.03Fe.2200,440 (1,12)1895 (568,5)1922 (576,6)27 (8,1)0,440 (1,12)1895 (568,5)1912 (573,6)17 (5,1)10(3)
С25Al4V.03Fe.12O0,449 (1,14)1922 (576,6)1950 (585)28 (8,4)0,449 (1,14)1922 (576,6)1938 (581.4)16 (4,8)12(3,6)
СЗ5Al5V.6Fe.l9O0,426 (1,08)1851 (564,9)1888 (566,4)37 (ІЛ)0,426 (1,08)1851 (564,9)1872 (561,6)21 (6,3)16(4,8)

Приклад

Показовий сплав Ti, ідентифікований як сплав Ti №1, що має номинальо 100%, отримували початковим змішуванням разом сировинних матеріалів, щоб досягти правильних співвідношень. Аналіз витрат на вищезгаданий склад виявив, що вартість кінцевого сляба значно менше за фунт, ніж звичайних сплавів Ti64, отриманих одноразовим электроннолучевим переплавом. Сировинні матеріали отримували способом ВЕП в злитках подвійного переплаву діаметром 6,5 дюймів (16,51 см).

Сплав Ti №1 обробляли так само, як порівняльні сплави Ti №С1-С3. Сплав Ti №1 відливають у злиток металу і перетворюють у проміжний сляб вище температури бета-трансуса. Прокатку і поперечну прокатку потім виконують нижче температури бета-трансуса. Фінальний відпал виконують при температурі нижче температури бета-трансуса. У цьому варіанті здійснення фінальний відпал виконують при 1400°F (760°C) протягом двох годин, і зразком дозволяють охолоджуватися на повітрі.

Хімічний аналіз виконували на кінцевому аркуші сплаву Ti №1, і вимірювали механічні властивості. Як знайдено, сплав Ti №1 має склад 4,82 вага.% алюмінію, 2,92 вага.% ванадію, 0,61 вага.% заліза, 0,19 вага.% кисню і титан до 100%. Як також знайдено, азот присутній в концентрації 0,001 вагу.%. Лист сплаву Ti також мав відношення бета-изоморфного (βiso) стабилизат�sub>eq=10,0, молібденовий еквівалент Moeq=3,7, температуру бета-перетворення Тр=1786°F (974,44°C) і щільність 0,162 фунта на куб. дюйм (4,48 г/см3). Властивості розтягування листа вимірювали як в поперечному (Поп.), так і в поздовжньому (Прод.) напрямках, причому багато вимірів виконують на одному і тому ж зразку. Результати цих вимірювань представлені в таблиці 4 нижче. Властивості розтягування, виміряні в таблиці 4, мають значення в середньому ППР=129 килофунт на кв. дюйм (9069,6 кг/см2в середньому ПТР 121 килофунт на кв. дюйм (8507,14 кг/см2), в середньому СПС=47,5%, і середнє подовження 13%.

Таблиця 4
Зведення властивостей розтягування сплавів Ti №C1-C3
Номінальний склад (мас.%)Властивості розтягування
ОрієнтаціяППР, килофунт/кв. дюйм (кг/см2)ПТР, килофунт/кв.
дюйм (кг/см2)
СПС (%)Подовження (%)
5Al3V0.6Fe0.19 OПрод.14
5Al3V 0.6 Fe 0.19 ПроПрод.130 (9139,91)122 (8577,45)4513
5Al3V0.6Fe0.19 OПоп.128 (8999,29)120 (8436,84)4412
5Al3V0.6Fe0.19 OПоп.129 (9069,6)121 (8507,14)4313

Показовий сплав Ti №1, має склад 4,82 вага.% алюмінію, 2,92 вага.% ванадію, 0,61 вага.% заліза, 0,19 вага.% кисню і титан до 100%, обробляли з отриманням листа, що має товщину близько 0,430 дюйма (1,09 см). Значення V50 для сплаву Ti №1, як виміряно, становить близько 1936 фут/сек (580,8 м/сек). Це перевищує мінімум 1864 фут/сек (559,2 м/сек), встановлений Міністерством оборони США для броньового листа товщиною 0,430 дюйма (1,09 см), на ΔV50=72 фут/сек (21,6 м/с).

Дані балістики, отримані для порівняльних сплавів Ti №С1-С3 і сплаву Ti №1, нанесені на графік на фіг.5 і порівняні з попередніми результатами, п�щити від бронебійних снарядів» (J. С. Fanning in "Ballistic Evaluation of TIMETAL 6-4 Plate for Protection Against Armor Piercing Projectiles," Proceedings of the Ninth World Conference on Titanium, Vol.II, pp.1172-78 (1999)), яка включена посиланням повністю, як якщо б була викладена повністю в цьому описі. Сильна лінійна кореляція між V50і товщиною листа була показана для сплавів Ti64, як показує пунктир, який є методом найкращого наближення (R=0,9964) до даних по Ti64. Збільшений вигляд фіг.5, який показує значення V50, отримані для товщини листа в межах від 0,40 до 0,46 дюйма (від 1,02 до 1,12 см), представлений на фіг.6. Дані, отримані для показового сплаву Ti №1, показано як порожні трикутники в фіг.5-6. Хоча кожен з порівняльних сплавів Ti №C1-C3 і сплаву Ti №1 показав підвищення V50порівняно із звичайними сплавами Ti64 ідентичною товщини, результати фіг.5-6 показують, що найбільше збільшення було отримано для сплаву Ti №1. Таким чином, показовий сплав Ti №1 перевищив значення Ti64 на більшу величину, ніж для всіх інших сплавів. Він також перевищив передбачений значення V50=1883 фут/сек (564,9 м/с) для сплавів Ti64 на 53 фут/сек (15,9 м/сек), що є значним запасом.

Таким чином, типові сплави Ti, розкриті в цьому описі, мають склад, у вагових відсотках, по суті, 4,2-5,4% алюмінію, 2,5-3,5%) ванадію, 0,5-0,7%) заліза і 0,15-0,19%) кисню і титавойствам звичайних сплавів Ti64 або краще їх. Досягнуті механічні і балістичні властивості перевищують військові специфікації для броньованої плити класу 4 згідно специфікаціям Міністерства оборони США в "Докладної Специфікації: Броньовий лист, Титановий Сплав, що Зварюється," MIL-DTL-46077G, 2006. Типові сплави Ti, розкриті в цьому описі, мають перевагу забезпечення складу меншій вартості і способів виготовлення сплавів Ti, які особливо придатні для використання в якості броньового листа у військових системах.

В інтересах ясності в описі варіантів здійснення даного винаходу такі терміни визначають, як зазначено нижче. Всі випробування на розрив виконували згідно стандарту Е8 Американського товариств по випробуванню матеріалів (ASTM Е8), тоді як балістичне випробування виконували у відповідності з випробувальними методиками Міністерства оборони США у "Військовому Стандарті: Балістичне Випробування V50 на Броню," M1L-STD-662E, 2006.

Межа текучості при розтягуванні: Технічне напруга при розтягуванні, при якому матеріал показує граничне відхилення (0,2%) від пропорційності напруження і деформації.

Межа міцності при розтягуванні: максимальне технічне напруга при розтягуванні, яке матерго до розриву, і початкової площі поперечного перерізу зразка для випробування.

Модуль пружності: Під час випробування на розтяг, відношення напруги до відповідної деформації нижче межі пропорційності.

Подовження: Під час випробування на розтяг, збільшення розрахункової довжини (виражене як відсоток від початкової розрахункової довжини) після тріщини.

Зниження площі: Під час випробування на розтяг, зменшення площі поперечного перерізу растягиваемого зразка для випробування (виражене як відсоток від початкової площі поперечного перерізу) після тріщини.

Балістичний межа V50: Середня швидкість певного типу боєприпасу, яка потрібна для пробивання листа сплаву, що має певні розміри і встановленого відносно точки стрільби певним чином. V50обчислюють усередненням ударних швидкостей, що виробляють повне пробивання, і ударних швидкостей, які виробляють часткове пробивання.

Альфа-стабілізатор: Елемент, який, коли розчинений в титані, збільшує температуру бета-перетворення.

Бета-стабілізатор: Елемент, який, коли розчинений в титані, зменшує температуру бета-перетворення.

Температура бета-превраѸческой структури α+β в кристалічну структуру β. Це явище також відомо як бета-трансус.

Эвтектоидообразующее з'єднання: Інтерметалічна сполука титану і перехідного металу, яке отримують розкладанням β-фази, багатій на титан.

Изоморфний бета-стабілізатор: β-стабілізуючий елемент, який має фазові співвідношення, подібні β-титану, і не утворює интерметаллические з'єднання з титаном.

Эвтектоидообразующий бета-стабілізатор: β-стабілізуючий елемент, здатний утворювати интерметаллические з'єднання з титаном.

Фахівці в технології розуміють, що даний винахід не обмежується тим, що виразно показано описано вище. Швидше, обсяг даного винаходу визначається формулою винаходу, яка прямує далі. Крім того, слід розуміти, що вищезгадане опис є тільки представником ілюстративних прикладів варіантів здійснення. Для зручності читача вищезазначене опис зосередилося на типовому прикладі можливих варіантів здійснення прикладі, який навчає принципам даного винаходу. Інші варіанти здійснення можуть бути отримані з різної комбінації частин різних варіантів здійснення.

Опис не спробувало исче�дставлени для певної частини винаходи і можуть бути отримані з різної комбінації описаних частин, або що інші неописані варіанти здійснення можуть бути доступні частково, не повинні вважатися відмовою від таких додаткових варіантів здійснення. Слід розуміти, що багато з цих неописаних варіантів здійснення знаходяться в межах точного обсягу наступної формули винаходу, а інші є еквівалентними. Крім того, всі посилання, публікації, патенти США і опубліковані заявки на патент США, цитовані в цьому описі, тим самим включені посиланням в їх повноті, як якщо б вони були повністю викладені в цьому описі.

Всі представлені відсотки є ваговими відсотками (вага.%), в описі, так і у формулі винаходу.

1. Сплав титану з поліпшеними балістичними і механічними властивостями, що складається по суті з, у вагових відсотках, 4,2-5,4% алюмінію, 2,5-3,5% ванадію, 0,5-0,7% заліза, 0,15-0,19% кисню і титану до 100%.

2. Сплав титану з п. 1, в якому зазначений сплав по суті складається з, у вагових відсотках, близько 4,8% алюмінію, близько 3,0% ванадію, близько 0,6% заліза, близько 0,17% кисню і титану до 100%.

3. Сплав титану з п. 1, в якому зазначений сплав має відношення бета-изоморфного (βiso) стабілізатора до бета-эвтектоидообразующему (βeut) стаб�eight="19" width="40" />,
де Мо, V, Сг і Fе являють собою ваговій відсоток молібдену, ванадію, хрому і заліза відповідно в сплаві.

4. Сплав титану з п. 3, в якому зазначений сплав має відношення бета-изоморфного (βiso) стабілізатора до бета-эвтектоидообразующему (βeut) стабілізатору βisoeutблизько 1,2.

5. Сплав титану з п. 1, в якому зазначений сплав має молібденовий еквівалент Моeqвід близько 3,1 до близько 4,4, де Моeqвизначають як
,
де Мо, V, Сг і Fе являють собою ваговій відсоток молібдену, ванадію, хрому і заліза відповідно в сплаві.

6. Сплав титану з п. 5, в якому зазначений сплав має молібденовий еквівалент Моeqблизько 3,8.

7. Сплав титану з п. 1, в якому зазначений алюмінієвий сплав має еквівалент Аleqвід близько 8,3 до близько 10,5, де Аleqвизначають як
Аleq=Аl+27O,
де Аl і Про являють собою ваговій відсоток алюмінію і кисню відповідно в сплаві.

8. Сплав титану з п. 7, в якому зазначений алюмінієвий сплав має еквівалент Aleqблизько 9,4.

9. Сплав титану з п. 1, в якому зазначений сплав має температуру бета-перетворення (Тβ) від близько 1732°F (944°С) до близько 1820°F (993°С).

<°С).

11. Сплав титану з п. 1, в якому максимальна концентрація будь-якого одного домішкового елемента, присутнього в сплаві титану, становить 0,1 ваг.%, а об'єднана концентрація всіх домішок дорівнює 0,4 вага.% або менше.

12. Сплав титану з п. 1, в якому зазначений сплав має межа текучості при розтягуванні щонайменше близько 120000 фунтів на квадратний дюйм (близько 8440 кг/см2) і межа міцності при розтягуванні щонайменше 128000 фунтів на квадратний дюйм (близько 9000 кг/см2як у поздовжньому, так і в поперечному напрямках, і звуження поперечного перерізу щонайменше близько 43% і подовження щонайменше близько 12%.

13. Лист із сплаву титану, який відрізняється тим, що він виконаний зі сплаву титану з п. 1.

14. Лист п. 13, в якому товщина аркуша становить від близько 0,425 дюймів до близько 0,450 дюймів (близько 1,08 до близько 1,14 см).

15. Лист п. 14, в якому зазначений лист має балістичний межа V50щонайменше близько 1848 футів в секунду (563 м/с).

16. Лист п. 15, в якому зазначений лист має товщину близько 0,430 дюйма (1,09 см) і балістичний межа V50приблизно 1936 футів в секунду (590 м/с).

17. Спосіб виробництва сплаву титану з поліпшеними балістичними і хутро� від 0,5 до 0,7% заліза, від 0,15 до 0,19% кисню і титану до 100%, включає
плавлення комбінації повторно використовуваних матеріалів, що містять відповідні кількості алюмінію, ванадію, заліза і титану, холодної подової печі з отриманням розплавленого сплаву;
розлив зазначеного розплавленого сплаву у форму.

18. Спосіб за п. 17, в якому повторно використовувані матеріали містять стружку Ti64, губчастий титан, порошок заліза і дріб алюмінію.

19. Спосіб за п. 18, в якому повторно використовувані матеріали містять близько 70,4% стружки Ti64, близько 28,0% губчастого титану, близько 0,4% порошку заліза і близько 1,1% дробу алюмінію.

20. Спосіб за п. 17, в якому повторно використовувані матеріали містять стружку Ti64, технічно чисті титанові відходи і розвинену залізну губку.

21. Спосіб за п. 17, в якому зазначений розплавлений сплав розливають в прямокутну форму, щоб отримати сляб, має прямокутну форму.

22. Спосіб за п. 21, додатково включає:
завідоме поставлення сляба початкової прокатці вище температури бета-перетворення;
завідоме поставлення кінцевої прокатці при температурі нижче температури бета-перетворення;
виконання кінцевого відпалу листа при температурі нижче температури бета-перетворення.

23. З�ператури в навколишньому повітрі.



 

Схожі патенти:

Спосіб виготовлення вісесиметричних деталей типу дисків

Винахід відноситься до області обробки тиском і може бути використане при виготовлення вісесиметричних деталей типу дисків з труднодеформіруємих жароміцних сплавів. Здійснюють деформування периферійної частини заготовки розкочуванням роликами при температурі надпластичності в осередку деформації з утворенням полотна. Центральну частину заготовки перед розкочуванням охолоджують до температури пружної деформації. В процесі розкочування центральну частину заготовки і піддається внеконтактной деформації полотно охолоджують впливом охолоджуючої середовища на центральну частину. При цьому забезпечують охолодження полотна до температури його пружною внеконтактной деформації в зоні, пов'язаної з центральною частиною. Між зазначеною зоною і осередком деформації утворюють проміжну зону, в якій температура приймає середнє значення між температурою пружної деформації і температурою надпластичності та/або значення, близькі до вказаного середнього значення. Протягом часу розкочування збільшують тиск охолоджувальної середовища з розширенням охолоджуваної зони полотна. При цьому температуру проміжної зони зберігають. В результаті забезпечується підвищення якості изготавл�

Спосіб інтенсивної пластичної деформації крученням під високим тиском циклічним

Винахід відноситься до обробки металів тиском і може бути використано для отримання інтенсивної пластичної деформації (ІПД) заготовки. Спосіб включає осідання і подальше кручення заготовки із забезпеченням деформації зсуву. Деформування заготовки проводять на бойках Бріджмена з додатком питомого тиску 3-6 ГПа. Потім проводять обертання рухомого бойка щодо своєї осі зі швидкістю 0,02-1,5 об/хв. В процесі обертання бойка здійснюють циклічну зміну питомого тиску на 10-20% від поточного значення з частотою 0,1-1,5 від встановленої швидкості обертання бойка. Циклічне додаток навантаження при ІПД крученням забезпечує однорідну мікроструктуру і підвищує міцність і мікротвердість матеріалу заготовки. 3 з.п. ф-ли, 5 іл., 1 табл.

Титановий матеріал

Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до титановим матеріалів з високою міцністю і оброблюваністю. Титановий матеріал містить залізо 0,60 мас.% або менше і кисень 0,15 мас.% або менше, титан і неминучі домішки - інше. Матеріал має нерекристаллизованную структуру, сформовану шляхом обробки, що супроводжується пластичною деформацією, і рекристаллизованную структуру, сформовану шляхом відпалу після зазначеної обробки, при цьому середній розмір рекристаллизованних α-зерен становить 1 мкм або більше і 5 мкм або менше, а площа нерекристаллизованной частини у поперечному перерізі титанового матеріалу становить від 0 до 30 %. Матеріал характеризується високою міцністю і оброблюваністю. 2 іл., 2 табл., 45 пр.

Спосіб виготовлення холоднокатаних труб з альфа - і псевдо-альфа-сплавів на основі титану

Винахід відноситься до трубному виробництва, а саме до холодної прокатки труб з α - і псевдо-α-сплавів на основі титану. Спосіб виготовлення холоднодеформованих труб з α - і псевдо-α-сплавів на основі титану включає виплавку злитка, ковку злитка в β - і α+β-області з закінченням кування в α+β-області в проміжну заготовку з уковом від 2 до 3, прошивку здійснюють за температури на 30-50°C вище Тпп, многоконусними валками і оправкою з заданою геометрією з подачею води в зону деформації, лід заготовки проводять при температурі на 10-90°C нижче Тпп, правку трубної заготовки - при температурі 350-400°C, холодну прокатку виробляють з коефіцієнтом витяжки 1,5-4,5 за кілька етапів, чергуючи з проведенням проміжних отжигом при температурі, рівній 600-750°C, і подальшу термообробку на готовому розмірі при температурі 580÷650°C. Забезпечуються високі механічні властивості одержуваних труб, а також високу якість поверхні труб. 4 іл., 3 табл.

Спосіб отримання нанодвойникованного титанового матеріалу з допомогою лиття

Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до способу отримання нанодвойникованного технічно чистого титанового матеріалу. Спосіб отримання нанодвойникованного технічно чистого титанового матеріалу включає лиття технічно чистого титанового матеріалу, що містить не більш як 0,05 мас.% N не більше ніж 0,08 мас.% С, не більше ніж 0,015 мас.% Н, не більше ніж 0,50 мас.% Fe, не більше ніж 0,40 мас.% Про і не більше ніж 0,40 мас.% інших, доводять литий матеріал до температури на рівні або нижче 0°С і проводять пластичну деформацію при цій температурі в такій мірі, що в матеріалі утворюються нанодвойники. Матеріал характеризується високими характеристиками міцності і пластичності. 14 з.п. ф-ли, 6 іл., 4 табл., 4 пр.

Спосіб виробництва подовжених виробів з титану

Винахід відноситься до виробництва подовжених виробів з титану, або титанового сплаву, або заготовок таких виробів. Для підвищення якості виробів і спрощення їх виробництва заявлений спосіб, який полягає у підготовці маси титану або титанового сплаву (10), плавці цієї маси за допомогою електричної дуги та способом гарнисажной плавки (20), лиття одного або декількох злитків переважно циліндричної форми і діаметра менше 300 мм з розплавленої маси (30), а потім волочінні одного або декількох з цих злитків при температурі 800°С-1200°З допомогою волочильного стана (40) для застосування, наприклад, в галузі авіації. 12 з.п. ф-ли, 3 іл.

Гаряча правка розтягуванням високоміцного титанового сплаву, обробленого в області альфа/бета-фаз

Винахід відноситься до галузі металургії, а саме до способів правки високоміцних титанових сплавів. Спосіб правки підданої дисперсійного твердіння металевої заготовки, обраної із сплавів на основі титану, на основі нікелю, на основі алюмінію або на основі заліза, включає нагрівання до температури правки від 0,3·Tm до температури 25°F нижче температури старіння сплаву, розтягнення з додатком розтягуючого напруження щонайменше 20% від межі текучості і не одно або не більше, ніж межа плинності сплаву. При цьому заготовка відхиляється від прямої не більше ніж на 0,125 дюйма (3,175 мм) на будь-які 5 футів довжини (152,4 см) або на більш короткій довжині. Далі заготівлю охолоджують з одночасним додатком розтягуючого напруження Після правки заготовки зберігають високі характеристики міцності. 2 н. і 19 з.п. ф-ли, 9 іл., 2 табл., 6 пр.

Спосіб виготовлення високоответственних виробів з трикомпонентного титанового сплаву

Винахід відноситься до області обробки металів тиском і може бути використане при виготовленні виробів з трикомпонентного сплаву на основі титану, що містить алюміній в кількості 2-6 вага.% і ванадій або цирконій у кількості не більше 4 вагу.%. Виробляють рівноканальне кутове пресування заготовок при температурі 400-470°С зі швидкістю 0,1-1,0 мм/с. При цьому забезпечується формування у заготівлі нано - і субмікрокристалічної структури з розміром зерна не більше 0, 5 мкм. Деформовані заготовки піддають изотермическому відпалу при температурі 450-550°С протягом 0,5-1,0 години. Потім виробляють формоутворення виробів шляхом штампування або ротаційного кування заготовок при температурі не вище температури ізотермічного відпалу. В результаті забезпечується можливість одержання виробів з високими міцнісними й експлуатаційними властивостями. 2 з.п. ф-ли, 1 іл.
Винахід відноситься до обробки металів тиском і призначене для редагування листового прокату в процесі відпалу під постійним навантаженням, переважно великогабаритних листів і плит з титанових сплавів. Спосіб крип-відпалу титанового листового прокату включає установку садки, що складається з одного або декількох листових виробів, на сталеву підігрівалася плиту установки вакуумної редагування, створення розрідження в робочому просторі установки при одночасному рівномірному навантаженні зовнішньої зовнішньої поверхні садки, нагрівання до температури відпалу, витримку і охолодження. Охолодження проводять з проміжною сходинкою при температурі на щаблі 220±20°С з витримкою від 1 до 5 годин. Забезпечується стабільність форм поверхні листового прокату з титанових сплавів. 1 з.п. ф-ли.

Спосіб комбінованої інтенсивної пластичної деформації заготовок

Винахід відноситься до області обробки тиском і може бути використано для отримання нанокристалічних заготовок металів і сплавів з поліпшеними фізико-механічними властивостями. Виробляють рівноканальне кутове пресування циліндричної заготовки. При цьому в металі заготовки формують ультрамелкозернистую структуру з розміром зерна 200-300 нм. Потім заготовку розрізають на диски, кожен з яких піддають інтенсивній пластичній деформації крученням за допомогою двох обертових бойків. Деформації крученням проводять при кімнатній температурі під тиском 4-6 ГПа при кількості обертів бойків n ≤ 2. При цьому забезпечують формування однорідної нанокристалічною структури з розміром зерна ≤ 100 нм. В результаті поліпшуються фізико-механічні властивості оброблюваного металу. 1 з.п. ф-ли, 1 табл., 1 пр.
Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до зварюваних ливарних сплавів на основі титану, і призначене для виготовлення фасонних виливків арматури, насосів, корпусів, які використовуються в суднобудуванні, хімічній та інших галузях промисловості. Сплав на основі титану містить, мас.%: алюміній 3,0-4,5, вуглець 0,02-0,14, кисень 0,05-0,14, залізо 0,02-0,25, кремній 0,02-0,12, ванадій 0,02-0,15, бор 0,001-0,005, титан і домішки інше. Виконуються співвідношення: C+O2≤0,20, 2(V+Fe+Si)/Al≤0,20. Сплав технологічний, володіє хорошими ливарними властивостями і комплексом механічних властивостей, що забезпечують надійність при експлуатації. 2 табл., 1 пр.

Титановий матеріал

Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до титановим матеріалів з високою міцністю і оброблюваністю. Титановий матеріал містить залізо 0,60 мас.% або менше і кисень 0,15 мас.% або менше, титан і неминучі домішки - інше. Матеріал має нерекристаллизованную структуру, сформовану шляхом обробки, що супроводжується пластичною деформацією, і рекристаллизованную структуру, сформовану шляхом відпалу після зазначеної обробки, при цьому середній розмір рекристаллизованних α-зерен становить 1 мкм або більше і 5 мкм або менше, а площа нерекристаллизованной частини у поперечному перерізі титанового матеріалу становить від 0 до 30 %. Матеріал характеризується високою міцністю і оброблюваністю. 2 іл., 2 табл., 45 пр.

Спосіб виробництва подовжених виробів з титану

Винахід відноситься до виробництва подовжених виробів з титану, або титанового сплаву, або заготовок таких виробів. Для підвищення якості виробів і спрощення їх виробництва заявлений спосіб, який полягає у підготовці маси титану або титанового сплаву (10), плавці цієї маси за допомогою електричної дуги та способом гарнисажной плавки (20), лиття одного або декількох злитків переважно циліндричної форми і діаметра менше 300 мм з розплавленої маси (30), а потім волочінні одного або декількох з цих злитків при температурі 800°С-1200°З допомогою волочильного стана (40) для застосування, наприклад, в галузі авіації. 12 з.п. ф-ли, 3 іл.
Винахід відноситься до кольорової металургії, зокрема до виготовлення заготовок з титанової губки. Спосіб виготовлення заготовок з титану включає розміщення частинок титанової губки в камері преса, компактування частинок губки до отримання заготовки, її пресування, видалення забруднень із поверхні заготівлі пресованого, покриття її мастилом і подальшу прокатку. Перед розміщенням частинок титанової губки в камері преса їх нагрівають у вакуумній нагрівальної печі до температури 700-800°C, легують воднем до концентрації 0,1-0,9 мас.%, після чого знижують температуру в печі до температури не нижче 300°C, компактування ведуть при температурі 300-700°С, пресування компактних заготовок здійснюють полунепреривним методом через матрицю при температурі не вище 700°C з коефіцієнтом витяжки не більш двох, а потім при температурі не вище 700°C і коефіцієнт витяжки не менше трьох, при цьому плющення заготовок проводять при температурі не вище 700°С, після якої здійснюють відпал у вакуумі при температурі не нижче 700°C. Забезпечується можливість обробляти труднодеформируемий титан при більш низьких температурах, підвищуються механічні властивості одержуваних заготовок. 1 пр.

Сплав на основі алюминида титану і спосіб обробки заготовок з нього

Винахід відноситься до галузі металургії, а саме до жароміцних сплавів на основі алюминида титану Ti3Al, і може бути використане для виготовлення деталей газотурбінних двигунів, силових установок і агрегатів авіаційного, паливно-енергетичного і морського призначення. Сплав на основі алюминида титану Ti3Al містить, мас.%: Al 13-15, Nb 3-6, V 2-4, Zr 0,5-1,0, Mo 1-3, Sn 0,5-3, Si 0,1-0,3, Ti - інше. Заготовку зі сплаву на основі алюминида титану Ti3Al піддають термоводородной обробці шляхом її насичення воднем з подальшим відпалом у вакуумі. Насичення заготовки воднем ведуть до концентрації 0,4-0,6 мас.% в дві стадії, потім заготовку піддають прокатці. Відпал у вакуумі проводять у дві стадії з залишковим тиском не вище 5·10-5 мм рт.ст. Жароміцний сплав на основі алюминида титану Ti3Al характеризується високими показниками пластичності та жароміцності. 2 н.п. ф-ли, 1 табл.

Спосіб отримання виливків сплавів на основі гамма алюминида титану

Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до способів одержання виливків сплавів на основі гамма алюминида титану, і може бути використане при отриманні виробів відповідального призначення, що працюють при температурах до 700°C, зокрема лопаток газотурбінних двигунів. Спосіб отримання литого сплаву на основі гамма алюминида титану для фасонних виливків включає отримання суміші порошків, формування з неї брикету та проведення високотемпературного синтезу. Отримують суміш порошків чистих металів, що містить титан, алюміній, ніобій і молібден в кількості, мовляв.%: алюміній 40-44, ніобій 3-5, молібден 0,6-1,4, титан - інше. Брикет формують з відносною щільністю 50-85 % і піддають його термовакуумной обробці при температурі 550-650°C протягом 10-40 хв, швидкості нагріву 5-40°C/хв і тиску 10-1-10-3 Па, а СВС проводять при початковій температурі 560-650°C. Отримують виливки заданої конфігурації з високим рівнем механічних властивостей при підвищених температурах. 2 іл., 2 табл., 2 пр.

Сплав на основі гамма алюминида титану

Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до сплавів на основі гамма-алюминида титану і може бути використане при отриманні виробів відповідального призначення, що працюють при температурах до 800°C, зокрема лопаток газотурбінних двигунів. Спосіб отримання сплаву на основі гамма-алюминида титану γ-TiAl, що має щільність при кімнатній температурі не більше 4,2 г/см3, температуру солідуса не менше 1450°C, кількість фаз α2 і γ при 600-800°C не менше 20 мас.% і не менш 69 мас.% відповідно, сумарна кількість цих фаз не менше 95 мас.%, а вміст ніобію в γ-фази не менше 3 мас.%, полягає в тому, що сплав на основі гамма-алюминида титану γ-TiAl, що містить ніобій в кількості 1,3 або 1,5, або 1,6 ат.% і перехідні метали, вибрані з хрому в кількості 1,3 або 1,7 ат.% і цирконію в кількості 1,0 ат.%, піддають гарячому изостатическому пресуванню, суміщеного з термообробкою шляхом відпалу при температурі 800°С і витримки протягом 100 годин. Сплав володіє низькою щільністю і має стабільний фазовий склад при робочих температурах. 1 з.п. ф-ли, 2 іл., 4 табл., 1 пр.
Винахід відноситься до галузі металургії, а саме до розробки нових нерадіоактивних матеріалів, і може бути використано в атомній енергетичній промисловості. Сплав для поглинання теплових нейтронів на основі титану містить, вага. %: вуглець 0,03-0,10; залізо 0,15-0,25; кремній 0,05-0,12; азот 0,01-0,04; алюміній 1,8-2,5; цирконій 2,0-3,0; самарій 0,5-5,0; титан і домішки інше. Сплав володіє підвищеним рівнем поглинання теплових нейтронів, високими експлуатаційними і пластичними властивостями. 3 табл., 1 пр.

Бистрозакаленний припій зі сплаву на основі титану-цирконію

Винахід може бути використаний для пайки високотемпературним припоєм тугоплавких металевих і/або керамічних матеріалів. Припій виконаний зі сплаву, що містить компоненти в наступному співвідношенні, мас.%: цирконій 45-50, берилій 2,5-4,5; алюміній 0,5-1,5, титан - інше. Припій виконаний у вигляді гнучкої стрічки та отримано надшвидкої загартуванням сплаву шляхом лиття розплаву на обертовий диск. Припій володіє високими експлуатаційними характеристиками, що забезпечує зменшення интерметаллидних прошарків в паяної шві. 2 з.п. ф-ли, 11 іл., 1 пр.
Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до способу отримання сплавів на основі титану, плавка та розливання яких проводиться у вакуумних дугових гарнисажних печах. Спосіб отримання сплаву на основі титану з вмістом бору 0,002-0,008 мас.% включає проведення вакуумної плавки в дугового гарнисажной печі з електродом, що витрачається, не має додаткового вакуумного порту для введення модифікуючих добавок. Наважку модифікатора B4C, загорнуту в алюмінієву фольгу, закладають в отвір витрачається електрода, яке висвердлюють від сплавляемого торця електрода на відстані, що визначається залежно від часу його розплавлення. Отримують сплав на основі титану з равноосной структурою та розміром зерна менше 15 мкм. 1 табл., 1 пр.
Up!