RU2009251C1 - Сплав на основе ниобия и способ его получения - Google Patents
Сплав на основе ниобия и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2009251C1 RU2009251C1 SU5067753A RU2009251C1 RU 2009251 C1 RU2009251 C1 RU 2009251C1 SU 5067753 A SU5067753 A SU 5067753A RU 2009251 C1 RU2009251 C1 RU 2009251C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- carbon
- columbium
- vanadium
- zirconium
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 9
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 15
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 12
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 4
- -1 melting Chemical compound 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 2
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229920000426 Microplastic Polymers 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- RJSRQTFBFAJJIL-UHFFFAOYSA-N niobium titanium Chemical compound [Ti].[Nb] RJSRQTFBFAJJIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- XLMQAUWIRARSJG-UHFFFAOYSA-J zirconium(iv) iodide Chemical compound [Zr+4].[I-].[I-].[I-].[I-] XLMQAUWIRARSJG-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Предлагается сплав на основе ниобия, который содержит ниобий, титан, алюминий, ванадий, цирконий и углерод при следующем соотношении компонентов, мас. % : титан 29 - 32,5; алюминий 6,7 - 7,7; ванадий 2 - 4; цирконий 0,5 - 1,5; углерод 0,07 - 0,15; ниобий остальное. Новым в составе сплава является то, что он дополнительно содержит углерод в количестве 0,07 - 0,15 мас. % . Предлагается способ получения этого сплава, включающий плавку, деформацию, отжиг, старение и механико-термическую обработку. Новым в предлагаемом способе является то, что перед старением проводят отжиг при 930 - 1000С в течение 1 - 5 ч, а после старения ведут механико-термическую обработку в вакууме или в инертной среде при 500 - 700*03С в течение 20 - 100 ч под напряжением, обеспечивающим кратковременную остаточную деформацию 0,1 - 0,3 от величины равномерного удлинения при этих температурах. Предлагаемый сплав и способ его получения позволяют повысить надежность и сроки эксплуатации деталей и изделий за счет уменьшения чувствительности к концентраторам нгапряжения. 2 с. п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно сплавов на основе ниобия, предназначенных для работы в окислительных условиях при повышенных температурах в узлах и деталях авиакосмической техники.
Известен сплав ВН7, содержащий ниобий, титан и алюминий при соотношении ингредиентов, мас. % : титан 40-45; алюминий 5-7; ниобий остальное [1] .
Известен способ получения этого сплава, включающий выплавку, деформацию слитка при температурах 1050-1100оС, повторную деформацию при температурах 1000-1050оС и отжиг [1] .
Однако, известный сплав после получения по известному способу имеет структуру β-твердого раствора и характеризуется невысокой прочностью (σв 20 = 650-700 МПа, σв 700= 190-210 МПа). Он не способен работать в тяжело нагруженных деталях и обычно используется не самостоятельно, а в качестве жаростойкой плакировки на ниобиевых сплавах.
Известен сплав системы ниобий-титан-алюминий, содержащий также гафний при соотношении ингредиентов, ат. % (мас. % ): Титан 32-45 (18,4-29,3) Алюминий 3-18 (2-6,6) Гафний 8-15 (17,1-36,4) Ниобий Остальное [2]
Известен способ получения этого сплава, включающий производство порошка методами быстрой кристаллизации и последующее его компактирование (горячее изостатическое прессование) [2] .
Известен способ получения этого сплава, включающий производство порошка методами быстрой кристаллизации и последующее его компактирование (горячее изостатическое прессование) [2] .
Однако, этот сплав после получения по известному способу также имеет структуру β-твердого раствора, поэтому его прочностные свойства при комнатной и умеренных температурах невысоки (σв 20 = 882 МПа, σв 760= 517 МПа). Кроме того, легирование гафнием утяжеляет сплав (γ = 6,57 г/см3).
Известен сплав, содержащий ниобий, титан, алюминий, а также ванадий и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас. % : Титан 29-32,5 Алюминий 6,7-7,7 Ванадий 2-4 Цирконий 0,5-1,5 Ниобий Остальное [3]
- прототип (ТУ1-809-317-87).
- прототип (ТУ1-809-317-87).
Известен способ получения этого сплава, включающий выплавку, деформацию и старение [3] .
Известный сплав после получения по известному способу обладает комплексом свойств, позволяющих рассматривать его в качестве перспективного материала для аэрокосмической техники. Он легок (γ≅ 5,9 г/см3), жаростоек (V
4= 0,5 г/м2x ч), подвержен термоупрочнению, в термоупрочненном состоянии высокопрочен (σв 20≥ 1050 МПа), характеризуется высоким уровнем и стабильностью механических свойств при температурах до 700оС вклю-чительно (σв 700≥ МПа, σ100 600 ≈ 600 МПа, σ100 700 ≈ 300 МПа).
Однако, известный сплав обладает повышенной чувствительностью к концентраторам напряжений при длительной работе в агрессивных (окислительных) средах. Например, при испытаниях на воздухе при температуре 600оС предел длительной прочности за 100 ч, определенный на образцах в надрезом, составляет только 40% от аналогичной характеристики, определенной на гладких образцах. При температуре 700оС это соотношение равняется 60% . С повышенной чувствительностью к надрезу связаны случаи досрочного разрушения образцов известного сплава, поэтому в деталях и конструкциях ответственного назначения его не рекомендуется использовать.
Предлагается сплав на основе ниобия, содержащий титан, алюминий, ванадий, цирконий и углерод при следующем соотношении компонентов, мас. % : Титан 29-32,5 Алюминий 6,7-7,7 Ванадий 2-4 Цирконий 0,5-1,5 Углерод 0,07-0,15 Ниобий Остальное [4] .
Отличие предложенного сплава от известного заключается в том, что сплав дополнительно содержит углерод при следующем содержании компонентов, мас. % : Титан 29-32,5 Алюминий 6,7-7,7 Ванадий 2-4 Цирконий 0,5-1,5 Углерод 0,07-0,15 Ниобий Остальное
Предлагается способ получения сплава, включающий плавку, отжиг при температуре 930-1000оС в течение 1-5 ч, старение и механико-термическую обработку в вакууме или в инертной среде при 500-700оС в течение 20-100 ч под напряжением, обеспечивающим кратковременную остаточную деформацию 0,1-0,3 от величины равномерного удлинения при этих температурах.
Предлагается способ получения сплава, включающий плавку, отжиг при температуре 930-1000оС в течение 1-5 ч, старение и механико-термическую обработку в вакууме или в инертной среде при 500-700оС в течение 20-100 ч под напряжением, обеспечивающим кратковременную остаточную деформацию 0,1-0,3 от величины равномерного удлинения при этих температурах.
Предлагаемый сплав и способ его получения позволяют повысить сроки эксплуатации и надежность деталей и изделий за счет уменьшения чувствительности к концентраторам напряжений. При этом дополнительное введение углерода затрудняет проникновение кислорода в объемы, где происходит пластическое и микропластическое течение (в зоны у поверхности образца, у вершины надреза, впереди растущей трещины), повышает когезивную прочность материала. Проведение отжига перед старением способствует снижению интенсивности насыщения кислородом в процессе эксплуатации за счет создания более совершенной кристаллизованной структуры. Проведение механико-термической обработки вызывает деформационное старение и таким образом затрудняет локальное пластическое течение в критических зонах в процессе эксплуатации.
Для получения сплава брали его ингредиенты (ниобий НБШ-00, титан ВТ1-00, алюминий АД1-00, иодидный цирконий, электролитический ванадий, графитовую ткань) в соотношениях, отвечающих предлагаемому сплаву, запредельным составам и сплаву-прототипу.
Ингредиенты сплава переплавляли методом ГРЭ+ВДП в слитки диаметром 115 мм.
Предлагаемый сплав получали по предлагаемому способу: после плавки слитки деформиpовали на пруток прессованием (tпр = = 1200оС, ε = 77% , 
= 0,2-0,3 с-1) и сортовой прокаткой (tпр = 1100оС, ε = 92% , 
= 2-3 с-1), прутки отжигали, затем выполняли старение по режиму 800оС, 25 ч, после которого проводили механико-термическую обработку. Отжиг выполняли на воздухе в печах сопротивления по режимам 930оС, 5 ч; 950оС 3 ч; 1000оС 1 ч; 900оС 7 ч и 1020оС 0,5 ч.
Отжиг выполняли на воздухе в печах сопротивления по режимам 930оС 5 ч; 950оС 3 ч; 1000оС 1 ч; 900оС 7 ч и 1020оС 0,5 ч.
Механико-термическую обработку проводили в вакууме в установке для длительных жаропрочных испытаний. Операция заключалась в выдержке материала при повышенной температуре в течение определенного времени под напряжением. Температурно-временные режимы МТО-500оС 20 ч, 600оС 50 ч и 700оС 100 ч - отвечали предлагаемому способу получения, а 450оС 15 ч и 750оС 108 ч - его запредельным вариантам.
Для определения потребного напряжения МТО проводили предварительные испытания контрольных образцов на растяжение при температуре последующей механико-термической обработки с записью диаграмм "напряжение-деформация". По диаграмме графически определяли величины напряжений, обеспечивающих деформацию 0,1-0,3 от величины равномерного удлинения.
Потребные напряжения для гладких образцов составляют: при 500оС - 1200 МПа, что обеспечивает кратковременную остаточную деформацию 0,1 от величины равномерного удлинения; при 600оС - 1120 МПа, что обеспечивает кратковременную остаточную деформацию 0,2 от величины равномерного удлинения; при 700оС - 1060 МПа, что обеспечивает кратковременную остаточную деформацию 0,3 от величины равномерного удлинения.
При механико-термической обработке образцов с надрезом с учетом концентрации напряжений у вершины надреза (К ≈ 4) для обеспечения такой же остаточной деформации, что на гладких образцах, напряжения были уменьшены в 4 раза.
Составы сплавов и способы их получения сведены с таблицу. Предлагаемому способу и способу его получения соответствуют пп. 1-3, запредельным составам и режимам получения - пп. 4 и 5.
Сплав, взятый в качестве прототипа, получали по известному способу, т. е. после плавки проводили деформацию (прессование с последующей сортовой прокаткой на пруток диаметром 14 мм) и старение по режиму 800оС 25 (п. 6 таблицы).
Подготовленный описанным путем материал для оценки его надежности в эксплуатации испытывали на длительную прочность при температурах предлагаемой эксплуатации 600 и 700оС. В процессе испытаний оценивали чувствительность к концентраторам напряжений, для чего сопоставили результаты испытаний гладких образцов по ГОСТ 10145-81 (диаметром в рабочей части 5 мм, с расчетной длиной 25 мм) и образцов с надрезом по ОСТ 90294-80 (диаметр в надрезе 5 мм, вне надреза - 7 мм, угол раскрытия вершины надреза - 60о, радиус вершины надреза - 0,15 мм). Результаты испытаний приведены в таблице.
Как видно из данных таблицы, чувствительность к концентраторам напряжений при длительной работе на воздухе при повышенных температурах у сплава предлагаемого состава при предлагаемом способе его получения существенно (в 2 и более раз) снижена по сравнению со сплавом-прототипом, полученным по известному способу. При этом повышается надежность конструкций, и как следствие, увеличиваются сроки их эксплуатации.
Таким образом, результаты испытаний показали, что предлагаемый сплав и способ его получения позволят использовать весьма перспективный легкий, высокопрочный, жаропрочный и жаростойкий материал в аэрокосмических деталях ответственного назначения. (56) 1. ТУ 1-809-307-88 "Сплавы ниобиевые деформируемые марок ВН2АЭМ, ВН3, ВН4 и ЛН1".
2. Патент США N 4956144, кл. С 22 С 30/00, 1990.
3. ТУ-1-809-317-87 "Сплав титан-ниобиевые марки ВН-10".
4. Сборник "Металловедение и термическая обработка титановых и жаропрочных сплавов". М. : ВИЛС, 1991, с. 358-365.
Claims (1)
1. Сплав на основе ниобия, содержащий титан, алюминий, ванадий и цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод при следующем отношении компонентов, мас. % :
Титан 29 - 32,5
Алюминий 6,7 - 7,7
Ванадий 2 - 4
Цирконий 0,5 - 1,5
Углерод 0,07 - 0,15
Ниобий Остальное
2. Способ получения сплава на основе ниобия, включающий плавку, деформацию и старение, отличающийся тем, что перед старением проводят отжиг при 930 - 1000oС в течение 1 - 5 ч, а после старения ведут механико-термическую обработку в вакууме или инертной среде при 500 - 700oС в течение 20 - 100 ч под напряжением, обеспечивающим кратковременную остаточную деформацию 0,1 - 0,3 от величины равномерного удлинения при этих температурах.
Титан 29 - 32,5
Алюминий 6,7 - 7,7
Ванадий 2 - 4
Цирконий 0,5 - 1,5
Углерод 0,07 - 0,15
Ниобий Остальное
2. Способ получения сплава на основе ниобия, включающий плавку, деформацию и старение, отличающийся тем, что перед старением проводят отжиг при 930 - 1000oС в течение 1 - 5 ч, а после старения ведут механико-термическую обработку в вакууме или инертной среде при 500 - 700oС в течение 20 - 100 ч под напряжением, обеспечивающим кратковременную остаточную деформацию 0,1 - 0,3 от величины равномерного удлинения при этих температурах.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5067753 RU2009251C1 (ru) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | Сплав на основе ниобия и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5067753 RU2009251C1 (ru) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | Сплав на основе ниобия и способ его получения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009251C1 true RU2009251C1 (ru) | 1994-03-15 |
Family
ID=21615860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5067753 RU2009251C1 (ru) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | Сплав на основе ниобия и способ его получения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2009251C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2238995C2 (ru) * | 2002-04-01 | 2004-10-27 | Открытое акционерное общество "Ульбинский металлургический завод" | Способ получения феррониобия внепечной восстановительной плавкой |
| RU2257422C1 (ru) * | 2004-04-26 | 2005-07-27 | Открытое акционерное общество "Композит" | Интерметаллидный сплав на основе ниобия |
| RU2526657C1 (ru) * | 2013-09-06 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Жаропрочный сплав |
-
1992
- 1992-08-13 RU SU5067753 patent/RU2009251C1/ru active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2238995C2 (ru) * | 2002-04-01 | 2004-10-27 | Открытое акционерное общество "Ульбинский металлургический завод" | Способ получения феррониобия внепечной восстановительной плавкой |
| RU2257422C1 (ru) * | 2004-04-26 | 2005-07-27 | Открытое акционерное общество "Композит" | Интерметаллидный сплав на основе ниобия |
| RU2526657C1 (ru) * | 2013-09-06 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Жаропрочный сплав |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Tensile properties and fracture toughness of TiAl alloys with controlled microstructures | |
| Mueller et al. | Evaluation of oxide dispersion strengthened (ODS) molybdenum and molybdenum–rhenium alloys | |
| US6102979A (en) | Oxide strengthened molybdenum-rhenium alloy | |
| Tsuya et al. | On the effects of vacuum annealing and carburizing on the ductility of coarse-grained molybdenum | |
| Mitao et al. | Effects of microstructure on the mechanical properties and fracture of γ-base titanium aluminides | |
| US3575734A (en) | Process for making nickel base precipitation hardenable alloys | |
| EP0363598A1 (en) | Heat-resistant titanium-aluminium alloy with a high fracture toughness at room temperature and with good oxidation resistance and strength at high temperatures | |
| KR950005290B1 (ko) | 충격인성을 갖는 텅스텐 기(基) 합금의 열처리 방법 | |
| Johansen et al. | Room‐Temperature Ductile Chromium | |
| RU2009251C1 (ru) | Сплав на основе ниобия и способ его получения | |
| US4430296A (en) | Molybdenum-based alloy | |
| Hills et al. | The mechanical properties of quenched uranium-molybdenum alloys: Part I: Tensile tests on polycbystalline specimens | |
| US3317314A (en) | Columbium-base alloy | |
| Bergsma et al. | Effects of thermal processing and copper additions on the mechanical properties of aluminum alloy ingot AA 2618 | |
| CA2025272A1 (en) | High-niobium titanium aluminide alloys | |
| Cahoon | Superplasticity in AI–17 wt.-% Cu Alloy | |
| Tsujimoto et al. | Structures and properties of TiAl-base alloys containing Mn | |
| Tsujimoto et al. | Structures and properties of an intermetallic compound TiAl based alloys containing silver | |
| Liu et al. | Key microstructures controlling the mechanical properties of two-phase TiAl alloys with lamellar structures | |
| Hopulele et al. | Comparative study of certain Cu-Zn-Al-type alloys concerning their superelastic behavior and shape memory | |
| Zaviar et al. | Effect of grain refiner (0 to 1 wt.% Al-5Ti-B) addition on the microstructural and hardness characteristics of Al 336 alloy | |
| JPH02250931A (ja) | 破壊靭性に優れた金属間化合物ＴｉＡｌ基合金溶製材 | |
| US4124381A (en) | Non-precious dental casting alloy | |
| Bianco et al. | Mechanical properties of oxide dispersion strengthened (ODS) molybdenum alloys | |
| Hebsur et al. | Tensile and creep rupture behavior of P/M processed Nb-base alloy, WC-3009 |