Сплав на основе титана

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА, содержащий цирконий, отличающийся тем, что, с целью повышения радиационной и коррозионной стойкости, он дополнительно содержит медь, иттрий и кислород при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цирконий 19 - 24,8
Медь 0,5 - 1,0
Иттрий 0,015 - 0,02
Кислород 0,07 - 0,28
Титан Остальное

Изобретение относится к металлургии, а именно к титановым сплавам, предназначенным для использования в машиностроительной, химической, приборостроительной, атомной энергетике и других отраслях промышленности для конструкций, работающих при нормальной и повышенной температурах до 350^оС после нейтронного излучения.
Известны в металлургии сплавы, содержащие в качестве основы титан (а.с. N 308082, в Великобритании - патенты N 1078893, N 1098217, N 1157942, во Франции - патент N 1480826). Эти сплавы обладают недостаточной радиационной стойкостью при нормальной и повышенной до 350^оС температурах.
Наиболее близким к предлагаемому сплаву по составу является сплав на основе титана марки ПТ-7М (ГОСТ 19807-74), содержащий, мас.%: Цирконий 2-3 Алюминий 1,8-2,5 Титан Остальное
Этот сплав обладает недостаточной высокой радиационной и коррозионной стойкостью.
Целью изобретения является повышение радиационной стойкости (сохранение высокой пластичности после воздействия нейтронного облучения) при нормальной и повышенной температурах и коррозионной стойкости в кислотах и щелочах.
Поставленная цель достигается дополнительным легированием титана медью, иттрием, кислородом и увеличением содержания Zr при следующем содержании компонентов, мас.%: Цирконий 19-24,8 Медь 0,5-1,0 Иттрий 0,015-0,02 Кислород 0,07-0,28 Титан Остальное
Это позволяет получить однофазный -сплав титана с высокой пластичностью в необлученном и облученном флюенсом (1,2 10²⁰нейтр/см²) при температуре облучения 60^оС (температура воды первого контура атомного реактора) состояниях, а также высокой коррозионной стойкостью в кислотах и щелочах.
Уменьшение содержания циркония в сплаве менее 19 мас.% снижает прочность сплава и ухудшает его коррозионную стойкость. Увеличение содержания в сплаве более 24,8 мас.%, приводит к снижению пластичности в необлученном и облученном состояниях, ухудшению коррозионной стойкости сплава за счет образования толстой рыхлой окисной пленки.
Медь, иттрий и кислород улучшают механические свойства сплава как в необлученном состоянии, так и после воздействия нейтронного облучения.
Уменьшение содержания меди менее 0,5 мас.% ухудшает коррозионную стойкость сплава в агрессивных средах, увеличение же содержания меди более 1 мас.% снижает технологичность сплава при изготовлении труб и капилляров.
Содержание иттрия менее 0,015 мас.% не улучшает радиационной стойкости сплава, а увеличение его содержания более 0,02 мас.% ухудшает механические свойства после воздействия нейтронного облучения.
Наличие в предлагаемом сплаве кислорода в указанных пределах повышает твердость сплава, характеризующую указанные технологические свойства сплава. Уменьшение содержания кислорода в сплаве менее 0,07 мас.% снижает указанную твердость. Увеличение содержания кислорода более 0,28 мас.% ухудшает технологичность сплава при изготовлении капилляров и труб из сплава (прокатка в холодном состоянии).
Предлагается титановый сплав, мас.%: Цирконий 19-24,8 Медь 0,5-1,0 Иттрий 0,015-0,02 Кислород 0,07-0,28 Титан Остальное
Проводили опытную выплавку заявляемого и известного сплавов. Полученные слитки ковались на прутки диаметром 10 мм, катались на пластины толщиной 2 мм и отжигались при 650^оС в течение 30 мин.
Из прутков диаметром 10 мм изготавливались пятикратные гагаринские образцы, которые испытывались на растяжение при 20, 250 и 350^оС в необлученном и облученном флюенсом 1,2 10²⁰ нейтр/см² (Е 1 МэВ, температура облучения 60^оС) состояниях.
Облучение образцов осуществлялось в атомном реакторе ВВР-М Ленинградского института ядерной физики им. Б.П.Константинова АН СССР. Образцы из сплавов размером 10х10х1 мм выдерживались в кислотах и щелочах в течение 200 ч при нормальной температуре.
Химический состав исследованных сплавов и результаты испытаний приведены соответственно в табл.1-3.
Заявляемый сплав обладает более высокой радиационной стойкостью по сравнению с известным сплавом титана, равномерное удлинение ( _p) облученных образцов превышает 2%. Он более коррозионно-стоек в кислотах и щелочах.
Ожидаемый технико-экономический эффект, который может быть получен при использовании данного сплава вместо прототипа, выразится в том, что он позволяет повысить надежность конструкций, работающих в поле нейтронного облучения, а также увеличить ресурс работы узлов и коммуникаций, работающих в контакте с кислотами и щелочами.
Использование: для изготовления конструкций, работающих при температурах до 350 °С в поле нейтронного облучения. Сущность изобретения: сплав на основе титана, содержащий, мас%: цирконий 19 - 24,8; медь 0,5 - 1,0; иттрий 0,015 - 0,020; кислород 0,07 - 0,28; титан остальное. Характеристика сплава: исходные механические свойства при 350 °С _b=447-454 МПа , _0,2=316-335 МПа , ₅=22,4-25,2% , _p=13,3-15,1% , после облучения _p=562-618 МПа, _0,2=492-524 МПа , ₅=12-12,8% , _p=4-4,5% . Коррозионная стойкость в 1 н. HCl- 0,001 , в 1 н. H₂SO₄-0,001 ,в 0,5 н. КОН- <0,001 г/м² r . 3 табл.