Порошковая лигатура титан-ниобий-алюминий ТБ39Ю12

Порошковая лигатура титан-ниобий-алюминий ТБ39Ю12 — сплав титана с 38,7 % ниобия и 11,6 % алюминия (по массе) в виде порошка крупностью менее 160 мкм. Это шихтовый материал для вакуумной плавки титановых сплавов и интерметаллидов, где ниобий работает вместе с алюминием: орторомбических сплавов на основе Ti₂AlNb, сплавов на основе алюминида титана, медицинских сплавов титан-алюминий-ниобий. Мы изготавливаем такую лигатуру по техническому заданию заказчика. Запросы принимаем на почту 5052082@mail.ru.

Состав лигатуры ТБ39Ю12

«Т» — титан (основа), «Б» — ниобий, «Ю» — алюминий; цифры — округлённое содержание ниобия и алюминия в процентах по массе.

Элемент	Содержание, % по массе	Содержание, % ат. (без учёта кислорода)
Титан (Ti)	основа (≈ 49,6)	55,0
Ниобий (Nb)	38,7	22,1
Алюминий (Al)	11,6	22,8
Кислород (O)	0,14	—

Крупность порошка — менее 160 мкм.

В атомных процентах состав лигатуры — примерно Ti-23Al-22Nb. Это область так называемых орто-сплавов: их основа — интерметаллид Ti₂AlNb с орторомбической решёткой, а типичный представитель — сплав Ti-22Al-25Nb (ат. %). То есть лигатура по составу почти совпадает с самим сплавом этого класса.

Что такое орто-сплавы

При высоких температурах сплавы Ti-Al-Nb такого состава имеют объёмно-центрированную кубическую решётку (β или упорядоченную B2). При охлаждении в них выделяется орторомбическая O-фаза Ti₂AlNb, упорядоченная по всем трём элементам. Для сплава Ti-22Al-25Nb (ат. %) температура полного перехода в B2-состояние, измеренная дифференциальным термическим анализом, — около 1060 °C. От соотношения фаз, которое задают составом и термообработкой, зависят прочность, пластичность и жаропрочность.

Орто-сплавы легче никелевых жаропрочных сплавов и работают при более высоких температурах, чем обычные титановые сплавы. Поэтому их рассматривают для корпусных и статорных деталей авиадвигателей, облегчённых панелей и элементов аэрокосмических конструкций. Ниобий в них — основной легирующий элемент: его около четверти по числу атомов, и от точности его ввода напрямую зависит фазовый состав.

Температура плавления

Для сплавов, близких по составу, температуры начала и конца плавления измерены дифференциальным термическим анализом (Н. В. Казанцева, С. В. Лепихин, «Физика металлов и металловедение», 2006):

Сплав, % ат.	Солидус, °C	Ликвидус, °C
Ti-22Al-26,6Nb	1707	1737
Ti-23,5Al-21Nb	1703	1730
Ti-24,6Al-22Nb	1694	1728

Лигатура ТБ39Ю12 (Ti-22,8Al-22,1Nb) лежит между этими составами, поэтому её плавление следует ожидать в той же области — около 1700–1730 °C. Это близко к температуре плавления титана (1668 °C) и на 750 °C ниже, чем у ниобия (2477 °C).

Почему ниобий удобнее вводить вместе с алюминием

Ниобий — самый тугоплавкий компонент сплавов системы Ti-Al-Nb. Кусок чистого ниобия в титановом расплаве растворяется медленно, а при вакуумно-дуговом переплаве ванна жидкого металла живёт недолго — нерастворённые частицы могут остаться в слитке. В лигатуре ниобий уже связан с титаном и алюминием в одном сплаве, который плавится вместе с основой. Отсюда более полное и точное усвоение ниобия и более однородный по химическому и фазовому составу слиток.

Порошковая форма позволяет равномерно распределить лигатуру по прессованному электроду или брикету шихты.

Для каких сплавов подходит

• Орто-сплавы на основе Ti₂AlNb. К ним относится, например, отечественный сплав ВТИ-4, дополнительно легированный цирконием, ванадием, молибденом и кремнием; такие сплавы предназначены для деталей авиадвигателей с рабочей температурой до 650 °C длительно и до 700 °C кратковременно.
• Сплавы на основе алюминида титана (γ-TiAl) с добавкой ниобия, например Ti-48Al-2Cr-2Nb (ат. %), — материал лопаток турбины низкого давления авиадвигателей.
• Медицинский сплав Ti-6Al-7Nb по стандарту ASTM F1295 и другие титановые сплавы, содержащие одновременно алюминий и ниобий.
• Опытные интерметаллидные сплавы для научных и опытно-конструкторских работ.

Лигатура вносит 0,30 % алюминия на каждый 1 % ниобия. Поэтому она подходит для сплавов, где алюминия по массе не меньше 30 % от ниобия; остальной алюминий добавляют отдельно.

Пример расчёта шихты

Нужно получить 100 кг сплава Ti-6Al-7Nb (без учёта угара и отходов):

Компонент шихты	Масса, кг	Что вносит
Лигатура ТБ39Ю12	18,09	7,0 кг ниобия, 2,10 кг алюминия, 8,96 кг титана, 0,025 кг кислорода
Алюминий	3,90	недостающий алюминий (без учёта испарения)
Титановая губка	78,01	остальной титан

Кислород из лигатуры добавит в сплав 0,025 %. Его складывают с кислородом губки и сравнивают с требованием к сплаву. На практике к навеске алюминия добавляют поправку на испарение, которую каждый завод определяет по своей печи и режиму.

Как вводят лигатуру при вакуумной плавке

• Вакуумно-дуговой переплав. Лигатуру смешивают с титановой губкой и прессуют в расходуемый электрод; порошок распределяют по всем порциям электрода.
• Индукционная плавка в холодном тигле, электронно-лучевая и плазменная плавка. Порошок лучше подавать спрессованным в брикеты: россыпью он пылит при откачке и может уноситься потоком газа.
• Лабораторная дуговая плавка. Шихту прессуют в таблетку; слиток переворачивают и переплавляют несколько раз для однородности.

Что указать в техническом задании

• целевой сплав или нужное соотношение титана, ниобия и алюминия;
• требования к кислороду, азоту, водороду и другим примесям;
• фракцию порошка (базовая — менее 160 мкм);
• количество и сроки;
• способ плавки и желаемую форму поставки;
• нужен ли протокол анализа химического состава.

Вопросы и ответы

Почему ТБ39Ю12 называют лигатурой, если её состав близок к готовому орто-сплаву?

Потому что её назначение — шихта для плавки: из неё вместе с титаном, алюминием и другими добавками собирают сплав нужной марки. Близость состава к орто-сплавам удобна: лигатуры в такой шихте может быть много, а добавок — мало.

Можно ли заказать другое соотношение ниобия и алюминия?

Да, состав согласуем по техническому заданию.

Подойдёт ли порошок для порошковой металлургии?

Возможно — это зависит от формы частиц, фракции и требований к примесям. Укажите технологию в ТЗ, и мы ответим, подходит ли наш порошок.

Где посмотреть другие материалы?

В разделе «Лигатура» — лигатуры для цветных и чёрных сплавов. Также поставляем порошок ниобия, порошок титана, алюминиевый порошок и титановые сплавы.

Заказать лигатуру ТБ39Ю12

Изготовим порошковую лигатуру титан-ниобий-алюминий по вашему техническому заданию — базового состава ТБ39Ю12 или под ваш сплав. Пришлите состав, фракцию, требования к примесям и количество на почту 5052082@mail.ru — ответим по срокам и стоимости.