НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург, Россия

В. П. Леонов, заместитель генерального директора, докт. техн. наук
Н. Ф. Молчанова, ведущий инженер, канд. техн. наук

АО «Зеленодольский завод им. А. М. Горького», Зеленодольск, Татарстан, Россия.
М. Н. Саубанов, главный металлург, канд. техн. наук, эл. почта: ogmet@zdship.ru

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия
И. О. Леушин, зав. кафедрой металлургических технологий и оборудования, докт. техн. наук

Выполнен анализ влияния содержания алюминия и контролируемых примесей на литейные и механические свойства литейного титанового сплава Ti – 3,75Al. С учетом результатов анализа проведена оптимизация химического состава литейного сплава ТЛ3 и разработан новый с повышенными комплексом литейных и механических свойств, технологической свариваемостью. Из нового сплава изготовлена партия отливок, характеризующаяся хорошим качеством, достаточно высоким уровнем механических свойств и стабильностью от плавки к плавке. Установлено, что качество полученных образцов зависит от многих факторов: химического состава сплава, температурного интервала кристаллизации и тепловых условий охлаждения отливки в период затвердевания. Объемы усадочных раковин и усадочной пористости, образующихся при затвердевании отливок, влияют на их качество, зависят от условий формирования отливки, теплофизических свойств металла и формы. Применяемые в промышленности титановые литейные сплавы имеют относительно небольшой температурный интервал кристаллизации, как правило, не превышающий 50 ^oC. Кислород и азот повышают поверхностное натяжение титана и понижают заполняемость. Сочетание алюминия и малой доли β-стабилизирующих элементов низкой концентрации (кремний, железо, в анадий) обеспечивает комплексное микролегирование за счет измельчения микроструктуры и повышает заполняемость малых каналов литейных форм. Приведены результаты определения характеристик пластичности, работы разрушения металла сварного шва и параллельно заполняемости цилиндрических образцов литейной металлической формы из нового сплава и для сравнения — литейного титанового сплава марки ТЛ3 промышленного производства по нормативной документации. Разработанный литейный сплав на основе титана характеризуется хорошей заполняемостью каналов литейных форм, что обеспечивает отсутствие неслитин в теле отливок; высокой работой разрушения сварного соединения, что гарантирует надежную и безопасную эксплуатацию в объектах морской техники.

1. Братухин А. Г., Бибиков Е. Л., Глазунов С. Г. и др. Производство фасонных отливок из титановых сплавов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : ВИЛС, 1998. — 292 с.
2. Ушков С. С. и др. Производство и применение литых изделий из сплавов на основе титана // Вопросы материаловедения. 1999. № 3. С. 126–137.
3. Филин Ю. А., Исаев А. С. Литейщик новых судостроительных материалов. — Ленинград : Судостроение, 1968. — 200 с.
4. Бибиков Е. Л., Ильин А. А. Литье титановых сплавов : учебное пособие. — М. : Альфа-М ; ИНФРА-М, 2014. — 304 с.
5. Саубанов М. Н., Леушин И. О. Теоретические и техно логические основы изготовления литейных форм для тита новых фасонных отливок // Литейщик России. 2024. № 2. С. 11–17.
6. Ушков С. С., Кудрявцев А. С., Кирилин Э. Ф. и др. Технико-экономические аспекты применения титановых сплавов в судовых системах морской воды // Вопросы материало ведения. 1999. № 3. С. 151–177.
7. Филин Ю. А., Чечулин Б. Б. Сравнение свойств конструкционных сплавов системы Ti – Al – V в литом и деформированном состояниях // Титан. 1993. № 4. С. 15–16.
8. Круглов Л. Г., Гатин В. В., Жегулович А. А. Разработка и внедрение технологии изготовления отливок лопастей гребных винтов из титановых сплавов // Вопросы материаловедения. 2018. № 2. С. 217–225.
9. Nastac L., Gungor M. N., Ucok I. et al. Advances in investment casting of Ti – 6Al – 4V alloy: a review // International Journal of Cast Metals Research. 2006. Vol. 19, No. 2. P. 73–93.
10. Boivineau M., Cagran C. et al. Thermophysical properties of solid and liquid Ti – 6Al – 4V (TA6V) alloy // International Journal of Thermophysics. 2006. Vol. 27, No. 2. P. 507–529.
11. Milosevic N., Aleksic Iv. Thermophysical properties of solid phase Ti – 6Al – 4V alloy over a wide temperature range // Int. J. Mat. Res. 2012. No. 6. P. 707–714.
12. Li J. J.-Zh. Study of liquid metals by electrostatic levitation. Dissertation Thesis. Candidate of Technical Sciences. California, 2009.
13. Магницкий О. Н. Литейные свойства титановых сплавов / ред. Б. Б. Гуляева. — Ленинград : Машиностроение, 1968. — 120 с.
14. Ильин А. А., Колачев Б. А., Полькин И. С. Титановые сплавы. Состав, структура и свойства : справочник. — М. : МАТИ, 2009. — 520 с.
15. Гуляев Б. Б. Синтез сплавов. (Основные принципы. Выбор компонентов). — М. : Металлургия, 1984. — 160 с.
16. Brooks R. F. et al. The enthalpy of a solid and liquid titaniumaluminium-vanadium alloy // High Temperatures-High Pressures. 2003. Vol. 35, Iss. 6. P. 193–198.
17. Batalu D., Cosmeleata G., Aloman A. Critical analysis of the Ti – Al phase diagrams // U.P.B. Sci. Bull., Series B. 2006. Vol. 68, No. 4. P. 77–90.
18. Носова Г. И. Фазовые превращения в сплавах титана. — М. : Металлургия, 1968. — 180 с.
19. Саубанов М. Н., Ишпаева А. А., Ляхович А. М. и др. Инновационные подходы к решению проблемы борьбы с образованием альфированного слоя на отливках титана // Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы – 2022: Материалы ХI Международной научно-технической конференции. — Казань, 2022. С. 214–217.
20. Горынин И. В., Ушков С. С., Хатунцев А. Н., Лошакова Н. И. Титановые сплавы для морской техники. — СПб. : Политехника, 2007. — 387 с.
21. Чечулин Б. Б., Ушков С. С., Разуваева И. Н., Гольдфайн В. Н. Титановые сплавы в машиностроении / ред. Г. И. Капырина. — Л. : Машиностроение, 1977. — 248 с.
22. Саубанов М. Н., Леушин И. О., Иксанов М. В., Молчанова Н. Ф. Оценка работоспособности отливок из литейного титанового сплава по результатам испытаний моделей // Литейщик России. 2024. № 1. С. 4–13.
23. Пат. 2547371 РФ. Литейный сплав на основе титана / Леонов В. П., Чудаков Е. В., Кудрявцев А. С., Молчанова Н. Ф. и др. ; заявл. 10.09.2013 ; опубл. 10.04.2015.
24. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
25. Саубанов М. Н., Леушин И. О., Илларионов И. Е. Разработка технологии получения расходуемых электродов титанового сплава для отливки деталей оборудования, работающего в агрессивных средах под высоким давлением // Титан. 2023. № 4. С. 43–48.