Лігатура для виплавки злитка жаростійкого сплаву на основі титану

 

Винахід відноситься до галузі металургії кольорових металів, зокрема до виробництва лігатур для виплавки злитка жаростійкого сплаву на основі титану.

Відомо, що в даний час практично у всіх галузях промисловості, в тому числі в авіаційно-космічній, деталі і вузли виробів експлуатуються при високих навантаженнях і підвищених температурах, тому їх часто виконують з титанових сплавів. Оскільки титанові сплави, як правило, мають складний багатокомпонентний хімічний склад, то для їх отримання необхідно застосовувати високоякісну лігатуру. При виплавці багатьох титанових сплавів застосовують одну, а іноді і декілька лігатур, які додають до вихідним шихтовим матеріалами на початку плавки або вводять безпосередньо в розплав рідкого титана, для регулювання базового хімічного складу титанового сплаву. Як відомо, у даній області техніки, лігатура являє собою суміш легуючих елементів, призначених для коригування відсоткового вмісту необхідних компонентів в розплаві.

Оскільки хімічний склад титанового сплаву відомий заздалегідь, то достатньо просто визначити, яка кількість лігатури повинно бути додано длѽной лігатури буде повністю і рівномірним чином розподілено в розплаві. Тому одна з основних завдань - це розробка лігатур, які будуть легко плавитися й рівномірно розподілятися в розплавленому металі.

При цьому в процесі легування у нас виникають кілька завдань, які потребують вирішення.

Наприклад, попадання в заданий хімічний склад ускладнюється чадом/випаровуванням легуючих елементів в процесі виплавки. Забезпечення рівномірного розподілу легуючих елементів також може ликвацией цих елементів. Введення тугоплавких елементів в розплав ускладнюється тим, що вони засвоюються тільки через розчинення, що сильно затягує технологічну операцію і призводить до погіршення властивостей матеріалу.

Відомі подвійні і потрійні лігатури, наприклад: Al-V, Al-Sn, Al-Mo-Ti, Al-Cr-Mo, з допомогою яких можна виплавляти практично будь-титанові сплави («Плавка та лиття титанових сплавів» Андрєєв А. Л., Аношкін Н.Ф. та інші. - М: Металургія, 1994, стор 127, табл.20 /1/).

При виплавці титанових сплавів необхідно забезпечити одержання досить точного хімічного складу, тому застосування подвійних або потрійних лігатур може призвести до перевищення необхідного вмісту хімічних елементів, зокрема алюмінію, з-за його великої содер�ас.%: молібден - 23,99; ванадій - 25,44; алюміній - 49,98; залізо - 0,19; кремній - 0,22; вуглець - 0,06; кисень - 0,07; водень - 0,0017; азот - 0,012 (US 3387971, C22C 21/00, 11.06.1968, /2/).

Недоліком цієї лігатури є необхідність додаткового введення чистих тугоплавких металів у розплав, що в умовах вакуумно-дугової плавки досить важко і може призвести до непроплавлению окремих шматків складових компонентів, що сприяє до появи такого дефекту, як ізоляція за хімічним складом.

Однією з найпоширеніших проблем у металургії при виплавці титанових сплавів, що містять вольфрам, є його неоднорідний розподіл з-за високої щільності по перетину та довжині зливка чи заготівель деталей.

При цьому відома (UA 2470084 C1, C22C 35/00, 20.12.2012, /3/) лігатура для виплавки жароміцного титанового сплаву, що містить вольфрам 48,0-52,0, титан 10,0-20,0, гафній 0,08-0,1, алюміній інше. Дана лігатура забезпечує поліпшення міцнісних і жаростійких характеристик за рахунок рівномірного розподілу вольфраму та інших легуючих елементів по перерізу і довжині зливка.

Недоліком є те, що лігатура не забезпечує достатню ізотропія властивостей сплаву і рівномірний розподіл легирующихсоздания принципово нових сплавів і лігатур з підвищеними характеристиками міцності, жароміцні і жаростійкі характеристиками.

Завданням, на вирішення якої направлено даний винахід, є розробка і отримання нової лігатури для виплавки жароміцних титанових сплавів з підвищеними характеристиками, з рівномірним вмістом легуючих елементів по перерізу і довжині злитків (заготовок), що дозволить уникнути ліквації за хімічним складом.

Технічним результатом винаходу є те, що запропонована лігатура забезпечує рівномірний розподіл вольфраму та інших легуючих елементів по перерізу і довжині зливка, ізотропія властивостей. Це сприяє поліпшенню міцнісних і жаростійких характеристик, які безпосередньо впливають на працездатність деталей з титанового сплаву. Також технічним результатом є зниження випаровування/чаду легуючого елемента в процесі виплавки.

На досягнення зазначеного технічного результату впливають наступні суттєві ознаки.

Лігатура для виплавки злитка титанового сплаву на основі титану, що містить вольфрам, алюміній, титан, відрізняється тим, що вона містить компоненти при наступному співвідношенні, мас. %: вольфрам 28-32; алюміній - 28-32; титан - інше.

Вміст алюмінію в лігатурі в даному процентному співвідношенні впливає в першу чергу на зниження загальної температури плавлення лігатури, а також важливо для підвищення термічної стабільності сплаву.

Вміст титану в лігатурі в даному процентному співвідношенні знижує температуру плавлення лігатури, утворює інтерметалідів з алюмінієм, що захищає від випаровування і чаду, дає технологічність лігатурі (тобто є необхідною сполучною ланкою для алюмінію та вольфраму).

Виготовлення лігатури здійснюють вакуумного дугового печі з невитратними вольфрамовим електродом, перед плавкою шихту поміщають в мідний водоохолоджуваний кристалізатор, піч закривають і починають відкачування печі до залишкового тиску (0,01÷0,05 мм рт.ст.), по досягненні цієї ступеня розрядження в робочий простір печі напускають аргон до тиску, рівного величині атмосферного, далі на першому етапі сплавляю якому має відбутися повне розчинення шихтующих матеріалів з утворенням єдиного злитка, при цьому на дно мідного кристалізатора вміщують алюміній, а на нього титан, що володіє більш високою температурою плавлення, величина струму дуги між шихтою і електродом становила 750÷1000 А, при цьому час плавки становило 3÷6 хвилин, температура розплаву на 30÷50°C вище температури ліквідус сплаву Ti-Al, потім до зливка Ti-Al додають необхідну кількість вольфраму, який розміщується над злитком Ti-Al сплаву, а для усереднення хімічного складу злитка його витягують з кристалізатора, перевертають і піддають повторному переплаву, температура розплаву становить 1750÷1850°C.

У варіанті виконання виготовлення лігатури для виплавки жароміцного титанового сплаву, яка складається з вольфраму, алюмінію, титану, характеризується тим, що містить дані компоненти, при наступному співвідношенні, мас.%: вольфрам 28.8; алюміній - 29.1; титан - інше. При цьому її отримання здійснюють вакуумного дугового печі з невитратними вольфрамовим електродом, перед плавкою шихту поміщають в мідний водоохолоджуваний кристалізатор, піч закривають і починають відкачування печі до залишкового тиску (0,03 мм рт.ст.), по досягненні цієї ступеня розрядження в робочий простір печі напускають аргон до тиску, ртвует вмісту цих елементів в лігатурі, до стану, при якому має відбутися повне розчинення шихтующих матеріалів з утворенням єдиного злитка, при цьому на дно мідного кристалізатора вміщують алюміній, а на нього титан, що володіє більш високою температурою плавлення, величина струму дуги між шихтою і електродом становила 750 А, при цьому час плавки становило 4 хвилини, температура розплаву на 50°C вище температури ліквідус сплаву Ti-Al, потім до зливка Ti-Al додають необхідну кількість вольфраму, який розміщується над злитком Ti-Al сплаву, а для усереднення хімічного складу злитка його витягують з кристалізатора, перевертають і піддають повторному переплаву, температура розплаву становить 1800±10°C.

Таким чином, пропоноване винахід забезпечує рівномірний розподіл вольфраму та інших легуючих елементів по перерізу і довжині зливка, ізотропія властивостей. Це сприяє поліпшенню міцнісних і жаростійких характеристик, які безпосередньо впливають на працездатність деталей з титанового сплаву. Також технічним результатом є зниження випаровування/чаду легуючого елемента в процесі виплавки.

Лігатура для виплавки злитка жаростійкого сплаву на основі титану, содер� %:

вольфрам28-32
алюміній28-32
титанінше



 

Схожі патенти:

Титановий сплав

Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до титанового сплаву з високою корозійною стійкістю. Титановий сплав містить, мас.%: метал платинової групи 0,01-0,15, рідкоземельний метал 0,001-0,10 і Ti і домішки - інше. Титановий сплав переважно включає Co в якості часткової заміни Ti в кількості 0,05-1,00 мас.%. Сплав характеризується високою корозійною стійкістю, хорошою оброблюваністю. 6 з.п. ф-ли, 9 іл., 4 табл., 2 пр.

Спосіб отримання порошкового матеріалу на основі титану

Винахід відноситься до галузі порошкової металургії. Готують суміш, що містить не більш як 65 мас.% порошку, отриманого методом плазмового розпилення титанового сплаву ВТ-22, не менше 30 мас.% суміші технічних порошків титану ПТМ і нікелю ПНК, взятих у співвідношенні 1:1, 3-5 мас.% отриманого електролізом порошку міді ПМС-1 фракції менше 50 мкм. Отриману суміш пресують при тиску 800-1000 МПа, а потім проводять спікання у вакуумі при температурі не менше 900°C більше 1 години. Забезпечується отримання матеріалу на основі титану, що володіє високою міцністю. 1 табл., 1 пр.

Спосіб виготовлення броньових аркушів (альфа+бета)-титанового сплаву і вироби з нього

Винахід відноситься до прокатного виробництва і може бути використане при виготовленні броньових аркушів (α+β)-титанового сплаву. Спосіб виготовлення броньових аркушів (α+β)-титанового сплаву включає підготовку шихти, виплавку злитка складу, мас.%: 3,0-6,0 Al; 2,8-4,5 V; 1,0-2,2 Fe; 0,3-0,7 Mo; 0,2-0,6 Cr; 0,12-0,3; 0,010-0,045; <0,05 N; <0,05 М;<0,15 Si; <0,8 Ni; інше - титан. Далі злиток деформують в сляб, механічно його обробляють і проводять прокатку сляба на підкат, різання підкату на заготовки і стадійно прокочують заготовки на листи, а потім здійснюють термічну обробку. Листи характеризуються високими міцностними і балістичними властивостями. 2 н. і 1 з.п. ф-ли, 2 іл., 3 табл.

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

Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до сплавів на основі титану, володіє поліпшеними балістичними і механічними властивостями. Сплав на основі титану складається по суті з, вага.%: 4,2-5,4 алюмінію, 2,5-3,5 ванадію, 0,5-0,7 заліза, 0,15-0,19 кисню і титану до 100. Сплав на основі титану, отриманий з використанням повторно використовуваних матеріалів, характеризується балістичним межею V50, що становлять щонайменше близько 1848 футів в секунду, і високими характеристиками межі міцності, текучості і подовження. 3 н. і 20 з.п. ф-ли, 6 іл., 4 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.
Up!