Титановые отливки ВТ21Л в Минске

Титановые отливки ВТ21Л: жаропрочный литейный сплав для деталей ГТД

Титановые отливки ВТ21Л — фасонные изделия из жаропрочного литейного титанового сплава системы Ti–Al–Zr–Sn–Mo–W–Si, предназначенного для длительной работы при температурах до 500–550 C. Сплав ВТ21Л разработан специально для литейного производства и применяется в тех узлах, где деформируемые титановые сплавы теряют жаропрочность. Отливки получают методом литья по выплавляемым моделям в вакуумно-дуговых или индукционных печах с графитовой гарнисажной футеровкой, что обеспечивает минимальное газонасыщение расплава.

Химический состав и структура

Легирующий комплекс формирует двухфазную +-структуру с интерметаллидным и силицидным упрочнением. Олово и цирконий повышают жаропрочность -фазы, молибден и вольфрам стабилизируют -фазу и тормозят диффузионные процессы, кремний образует дисперсные силициды TiSi по границам зёрен.

• Алюминий — 5,5–7,0 %
• Цирконий — 1,5–2,5 %
• Олово — 1,5–2,5 %
• Молибден — 0,8–2,0 %
• Вольфрам — 0,8–1,5 %
• Кремний — 0,15–0,40 %

Содержание кислорода регламентируется на уровне не более 0,15 %, водорода — не более 0,008 %, азота — не более 0,05 %. Газонасыщение литейного сплава выше, чем у деформируемого аналога ВТ21, поэтому пластичность отливок ниже, а склонность к образованию горячих трещин требует направленного затвердевания и подогрева формы.

Механические свойства литого металла

Свойства определяются в литом состоянии после отжига; для ответственных отливок применяют горячее изостатическое прессование (ГИП), устраняющее усадочную пористость и повышающее усталостную долговечность.

Технологические особенности литья

Расплав ВТ21Л обладает высокой химической активностью, поэтому плавка и заливка выполняются в вакууме не хуже 1,3 Па либо в среде аргона. Формы изготавливают по выплавляемым моделям с керамическими оболочками на основе электрокорунда или циркона, стойкими к взаимодействию с титаном. Температура заливки — 1650–1750 C, температура подогрева формы — 300–600 C в зависимости от толщины стенки.

• Минимальная толщина стенки отливки — 3–4 мм
• Линейная усадка — 0,8–1,2 %
• Припуск на механическую обработку — 1,5–3,0 мм
• Шероховатость литой поверхности — Rz 40–80 мкм

Для снятия литейных напряжений и стабилизации структуры проводят отжиг при 750–850 C с последующим охлаждением в печи. Горячее изостатическое прессование выполняют при 900–950 C и давлении 100–140 МПа в течение 2–4 часов.

Области применения

Отливки ВТ21Л применяются в узлах, работающих при повышенных температурах в окислительной среде:

• Корпуса и крышки камер сгорания вспомогательных силовых установок
• Детали компрессора высокого давления авиационных ГТД
• Кронштейны и фланцы выхлопных систем газотурбинных установок
• Арматура и корпусные детали химического оборудования
• Элементы крепления горячих трактов энергетических турбин

Контроль качества

Отливки подвергают рентгенографическому и ультразвуковому контролю на наличие внутренних дефектов, люминесцентной дефектоскопии поверхностных трещин, а также контролю химического состава спектральным анализом. Для ответственных деталей нормируется уровень пористости по эталонам чувствительности. Механические свойства подтверждают испытаниями призматических образцов, вырезанных из технологических приливов.

Вопросы и ответы