СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА


RU (11) 2293135 (13) C2

(51) МПК
C22C 14/00 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 09.07.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.02.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005110449/02 
(22) Дата подачи заявки: 2005.04.11 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.04.11 
(43) Дата публикации заявки: 2006.10.20 
(45) Опубликовано: 2007.02.10 
(56) Аналоги изобретения: RU 2103405 C1, 27.01.1998. RU 2175992 C1, 20.11.2001. EP 0851036 A, 01.07.1998. JP 20022435 A, 25.01.1990. GB 1108039 A, 27.03.1968. GB 1492262 A, 16.11.1977. 
(72) Имя изобретателя: Ушков Сталь Сергеевич (RU); Иванова Людмила Александровна (RU); Кудрявцев Анатолий Сергеевич (RU); Чудаков Евгений Васильевич (RU); Береславский Александр Львович (RU); Молчанова Нэлли Федоровна (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU) 
(98) Адрес для переписки: 191015, Санкт-Петербург, ул. Шпалерная, 49, ФГУП "ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ" 

(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА
Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, используемых для изготовления различных деталей и конструкций, в том числе для медицинского оборудования, инструментов и деталей, применяемых в травматологии и ортопедии. Задачей изобретения является создание сплава, обладающего повышенной пластичностью. Предложен сплав на основе титана, содержащий мас.%: алюминий 4,7-6,3; ниобий 0,4-0,8; молибден 1,5-2,5; цирконий 0,5-1,5; углерод 0,06-0,12; кислород 0,08-0,14; титан остальное. При этом суммарное содержание кислорода углерода должно быть меньше или равно 0,22. Сплав предназначен для использования в медицине и других отраслях промышленности. Технический результат - создание сплава, обладающего высокой пластичностью и прочностью. 2 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, используемых для изготовления различных деталей и конструкций, в том числе для медицинского оборудования, инструментов и деталей, применяемых в ортопедии и травмотологии. Известен сплав, используемый для изготовления деталей-эндопротезов и имплантантов, содержащий мас.%: алюминий 5,5÷6,75; ванадий 3,5÷4,5; титан - остальное по ASTM F 136-92.

Этот сплав зарегистрирован международным стандартом ISO 5832-2 "Имплантанты для хирургии. Металлические материалы. Часть 3". Недостатком этого сплава является то, что ванадий, входящий в этот сплав, характеризуется потенциальной токсичностью.

Наиболее близким по технической сущности является сплав на основе титана (прототип), содержащий мас.%: алюминий 5,0÷6,5; ниобий 6,5÷7,5; тантал 0,1÷0,5; молибден 0,2÷1,5; титан - остальное (RU 42103405, 27.01.1998, С 22 С 14/00).

Недостатком этого сплава являются низкие пластические свойства и высокая стоимость производства. Содержание ниобия в сплаве в мас.% 6,5÷7,5. Стоимость ниобия составляет 4125÷5800 руб./кг.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание сплава, обладающего высокой пластичностью с характеристиками прочности на уровне сплава-прототипа и экономически более выгодного, чем известный. Сплав не содержит компонентов, несовместимых с живыми тканями человека.

Технический результат достигается за счет того, что в сплав, содержащий алюминий, молибден и ниобий, дополнительно введены цирконий, кислород и углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий 4,7÷6,3 
Ниобий 0,4÷0,8 
Молибден 1,5÷2,5 
Цирконий 0,5÷1,5 
Углерод 0,06÷0,12 
Кислород 0,08÷0,14 
Титан остальное 


При этом суммарное содержание кислорода и углерода должно быть меньше или равно 0,22.

По сравнению с аналогом в сплаве в 10 раз снижено содержание ниобия, что значительно удешевляет стоимость металлургического производства, и дополнительно введен цирконий, который относится к переходным элементам, является непосредственным аналогом титана и имеет электронное строение с незаполненной d-оболочкой. Металлохимические свойства титана и циркония близки, что приводит к повышению пластичности без снижения остальных характеристик; при содержании циркония более 2,0% пластичность снижается на 30% (С.Г.Глазунов, В.Н.Моисеев Конструкционные титановые сплавы. М., Металлургия, 1974 г., стр.227).

Выбранное соотношение кислорода и углерода в пределах С+О 2 0.22 обеспечивает сохранение высокой прочности и пластичности. При увеличении содержания кислорода и углерода снижается термическая стабильность сплава и увеличивается склонность к коррозионному воздействию. Кислород и углерод являются сильными упрочнителями, соответственно снижается пластичность и вязкость сплавов (И.В.Горынин, Б.Б.Чечулин. Титан в машиностроении. М., Металлургия, 1990 г., стр.151).

Опытный металл изготовлен в виде слитков вакуумно-дугового переплава. Размер слитков 185×160 мм.

В качестве шихтовых материалов использовались титановая губка ТГ-90 м, лигатура АМНТУ, лигатура АМТ, лигатура АНК. Состав предлагаемого и известного сплавов и их механические свойства приведены в Таблицах 1 и 2. Значения механических свойств приведены по результатам испытаний трех образцов на точку.

Таблица 1. 
Химический состав предлагаемого и известного сплавов на основе титана. 
Сплав Состав Содержание компонентов, мас.% 
Al Nb Мо Zr Та O 2 С O2+С Ti 
Предлагаемый 1 4,7 0,8 2,23 0,5 - 0,08 0,12 0,20 Остальное 
2 6,16 0,4 2,5 1,5 - 0,10 0,10 0,20 То же 
3 6,3 0,6 1,5 0,99 - 0,14 0,06 0,22 То же 
Известный 5,8 7,0 0,8 - 0,3 - - - То же 
Таблица 2. 
Механические свойства предлагаемого и известного сплавов на основе титана. 
Сплав Состав Временное сопротивление, МПа Предел текучести, МПа Относительное удлинение, % KCU, кгсм/см 2 
Предлагаемый 1 1034 985 15,0 9,8 
2 1042 991 16,0 10,0 
3 1047 996 16,4 8,5 
Известный 937 817 9,8 6,6 


Как видно из таблицы 2, результаты испытаний подтверждают, что предлагаемый состав сплава на основе титана превосходит известный по показателям механических характеристик. Ожидаемый экономический эффект выразится в снижении себестоимости изделий примерно в 20 раз.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ниобий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий, кислород и углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий 4,7-6,3 
Ниобий 0,4-0,8 
Молибден 1,5-2,5 
Цирконий 0,5-1,5 
Углерод 0,06-0,12 
Кислород 0,08-0,14 
Титан Остальное 


при этом суммарное содержание кислорода и углерода должно быть менее или равно 0,22.