一种低密度高塑性Ti2AlNb合金制造技术

本发明专利技术公开了一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，由以下原子百分比的成分组成：Al22％～23％，Nb22％～24％，V2％～4％，Y0～0.3％,Si0～0.3％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述低密度高塑性Ti2AlNb合金是指该Ti2AlNb合金的密度为5.1g/cm3～5.2g/cm3，室温延伸率为6％～12％。本发明专利技术的Ti2AlNb合金中通过加入钒代替部分的铌，降低了Ti2AlNb合金的密度和原料成本，并能够有效地减少凝固组织中α2-Ti3Al脆性相的含量，从而克服了Ti2AlNb合金室温塑性较差和高温变形性能不足的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种低密度高塑性T i 2AI Nb合金
本专利技术属于T1-Al金属间化合物轻质耐高温结构材料
，具体涉及一种低密度高塑性Ti2AlNb合金。
技术介绍
O相Ti2AlNb合金与Y-TiAl合金相比，具有优异的室温塑性、高温变形能力，以及优良的综合力学性能指标等优势，是当前最接近工程化应用的轻质耐高温结构材料。Ti2AlNb合金优异的高温变形能力使它可以采用常规的钛合金加工设备进行锻造、轧制和模锻等热变形加工，可用于制造航空航天发动机机匣、环形件、压气机叶片或盘形件，以及航天飞行器热防护板材结构等部位。 然而，作为金属间化合物材料，原子长程有序排列和金属键/共价键共存带来优异的高温性能的同时，也造成了室温塑性和高温变形能力不足的问题，这种问题根本上是由于金属间化合物位错滑移系少、超结构位错柏氏矢量大和位错交滑移困难等造成的。另夕卜，当前比较成熟的T1-22Al-25/27Nb和Ti_22Al_27 (Nb，Ta)等Ti2AlNb合金中含有较高的Nb和Ta含量，使得合金原材料成本过高，并且合金密度较大(> 5.5g/cm3)，如何改进Ti2AlNb合金的塑形和高温变形能力，提高其综合服役性能，并且降低密度和成本，是当前工程化应用中面临的主要问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，该Ti2AlNb合金中通过加入钒代替部分的铌，降低了 Ti2AlNb合金的密度和原料成本，并能够有效地减少合金凝固组织中Q2-Ti3Al脆性相的含量，从而克服Ti2AlNb合金室温塑性较差和高温变形性能不足的缺点。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A122%?23%，Nb22%?24%，V2%?4%，YO?0.3%，S1?0.3%，余量为Ti和不可避免的杂质；所述低密度高塑性Ti2AlNb合金是指该Ti2AlNb合金的密度为5.1g/cm3?5.2g/cm3，室温延伸率为6%?12%。 上述的一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A122%?23%，Nb22%?23%，V3%?4%，Y0.2%，S1.2%，余量为 Ti 和不可避免的杂质。 上述的一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A122%，Nb22%，V3%，Y0.2%，余量为Ti和不可避免的杂质。 上述的一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A122%,Nb23%, V3%, Y0.2%，余量为Ti和不可避免的杂质。 上述的一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A122%,Nb23%, V3%,Y0.2%, S1.2%，余量为Ti和不可避免的杂质。 上述的一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A122%，Nb23%，V3%，余量为Ti和不可避免的杂质。 上述的一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A122%，Nb22%，V4%，余量为Ti和不可避免的杂质。 上述的一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A123%,Nb23%, V4%, Y0.2%, Si 0.2%，余量为Ti和不可避免的杂质。 本专利技术与现有技术相比具有以下优点: 1.本专利技术通过在Ti2AlNb合金中加入β相稳定化元素V进行合金化，并合理调整Ti2AlNb合金中Al和Nb的配比，能够缩小甚至消除Ti2AlNb合金中的(β + α)相区，扩大β相区的温度区间，从而在显微组织中有效地减少甚至消除脆性a2-Ti3Al相，显著改善Ti2AlNb合金的室温塑性并降低密度，此外，V元素的加入扩大了 Ti2AlNb合金中的单一 β相区，并将β相转变温度Te降低了 25°C左右，这非常有利于提高合金的热变形能力，同时降低了对Ti2AlNb合金进行热加工的温度。本专利技术的低密度高塑性Ti2AlNb合金的室温延伸率为 6%~ 12%,密度为 5.lg/cm3 ?5.2g/cm3。 3.本专利技术Ti2AlNb合金为V合金化的Ti2AlNb合金，其显微组织基本由O相和B2相组成，O相从(β +B2)相内部析出，这和普通双相钛合金非常相似，因此对本专利技术Ti2AlNb合金进行组织热处理时的热处理制度可以参照普通钛合金的热处理制度进行，同时V是一种熔点、比重和成本均低于Nb的金属元素，适当地用V代替Ti2AlNb合金中部分的Nb能够有效地降低Ti2AlNb合金的密度和原料成本。 4.本专利技术在Ti2AlNb合金中加入的稀土元素Y具有明显的细化晶粒效果，微量的Y合金化能够有效解决Ti2AlNb合金凝固组织异常粗大的问题，并降低Ti2AlNb合金的氧质量含量；另外，微量Si元素的加入能够显著提高Ti2AlNb合金的高温抗蠕变性能。 【附图说明】 图1为本专利技术实施例1制备的Ti2AlNb合金的光学显微镜照片。 图2为本专利技术实施例1制备的Ti2AlNb合金的扫描电镜照片。 图3为本专利技术实施例1制备的Ti2AlNb合金经固溶处理后的光学显微镜照片。 图4为本专利技术实施例1制备的Ti2AlNb合金经锻造后的外观图。 图5为本专利技术实施例1制备的Ti2AlNb合金经锻造和固溶处理后的扫描电镜照片。 图6为对比例I制备的Ti2AlNb合金经锻造和热处理后的扫描电镜照片。 【具体实施方式】 本专利技术低密度高塑性Ti2AlNb合金由以下原子百分比的成分组成:A122%?23%，Nb22%?24%，V2%?4%，Y0?0.3%，S1?0.3%，余量为Ti和不可避免的杂质；该合金所涉及的原料包括海绵钛、铝豆、T1-Nb中间合金、Al-Nb中间合金、Al-V中间合金、钇粉和硅粉，所述海绵钛、铝豆、T1-Nb中间合金、Al-Nb中间合金、Al-V中间合金、钇粉和硅粉的质量纯度均不低于99.8%，氧质量含量均不高于0.1%。具体的制备方法为:根据需要选择合适的原料，按设计成分将所述原料混合均匀后压制得到电极棒，采用氩弧焊将3?4个所述电极棒焊接成电极，然后将所述电极置于真空度不大于IXlO-2Pa的真空电弧熔炼炉中，经过三次熔炼制备得到Ti2AlNb合金。压制时首先将钇粉和硅粉制成合金包，然后将所述合金包置于混合均匀后的海绵钛、铝豆、T1-Nb中间合金、Al-Nb中间合金和Al-V中间合金的中间位置；三次所述熔炼的铜纟甘祸直径分别为IlOmm?160mm、160mm?220mm和160mm?280mm，且第二次熔炼的铜坩埚直径比第一次熔炼的铜坩埚直径大50mm?60mm ；三次所述熔炼的熔炼电流分别为1800 μ A?2200 μ A、3400 μ A?4000 μ A和3500 μ A?5000 μ Α,且三次所述熔炼的熔炼电流依次递增。本专利技术低密度高塑性Ti2AlNb合金满足密度为5.lg/cm3?5.2g/cm3，室温延伸率为6%?12%。 实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成：Al22％～23％，Nb22％～24％，V2％～4％，Y0～0.3％,Si0～0.3％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述低密度高塑性Ti2AlNb合金是指该Ti2AlNb合金的密度为5.1g/cm3～5.2g/cm3，室温延伸率为6％～12％。

【技术特征摘要】
1.一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A122%?23%，Nb22%?24%，V2%?4%，YO ?0.3%，S1 ?0.3%，余量为 Ti 和不可避免的杂质；所述低密度高塑性Ti2AlNb合金是指该Ti2AlNb合金的密度为5.lg/cm3?5.2g/cm3，室温延伸率为6%?12%。2.按照权利要求1所述一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A122%?23%，Nb22%?23%，V3%?4%，Y0.2%，S1.2%，余量为 Ti和不可避免的杂质。3.按照权利要求2所述的一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A122%，Nb22%，V3%，Y0.2%，余量为Ti和不可避免的杂质。4.按照权利要求2所述的一种低密度高塑性Ti2AlNb合金，其特征在于，由以下原子...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛红志，张于胜，卢金文，张伟，张平祥，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61