一种高温钛合金成分设计及多向锻造工艺制造技术

一种新型高温钛合金成分设计及多向锻造工艺，属于钛合金技术领域。本发明专利技术要解决钛合金在650℃抗拉强度和延伸率差的问题。由质量分数为Al：6.5～7.5％，Sn：2～3％，Zr：6～9％，Mo：0.2～1％，W：0.5～1.4％，Nb：0.5～1.5％，Si：0.2～0.3％，Er：0.1～0.3％和余量为Ti制成。本发明专利技术高温钛合金的锻造工艺为多向模锻。本发明专利技术制造的高温钛合金锻坯在650℃下抗拉强度为615MPa,延伸率为47％。

Composition design and multi direction forging process of a new type of high temperature titanium alloy

The invention relates to a new high-temperature titanium alloy composition design and multi direction forging technology, belonging to the technical field of titanium alloy. The invention solves the problem that the tensile strength and elongation of the titanium alloy are poor at 650 DEG C. The mass fraction is from Al:6.5 to 7.5%, Sn:2 to 3%, Zr:6 to 9%, Mo:0.2 to 1%, W:0.5 to 1.4%, Nb:0.5 to 1.5%, Si:0.2 to 0.3%, Er:0.1 to 0.3%, and margin to Ti. The forging process of the high-temperature titanium alloy of the invention is multi direction die forging. The high temperature titanium alloy forging billet manufactured by the invention has a tensile strength of 615MPa at 650 DEG C and a elongation rate of 47%.

【技术实现步骤摘要】
一种新型高温钛合金成分设计及多向锻造工艺
本专利技术属于钛合金
，一种新型高温钛合金成分设计及多向锻造工艺。技术背景高温钛合金具有密度低、比强度高、耐高温、抗蠕变性能以及抗疲劳性能优异等特点，被广泛应用于先进航空航天发动机和火箭推进系统的耐高温结构材料。目前高温钛合金的最高使用温度为600℃，随着新型航空航天飞行器飞行速度的增加，气体热效应造成的飞行器壳体及其发动机部件使用温度瞬时可达650～750℃，甚至更高，为了适应航空航天快速发展的要求，迫切需要开展新型耐650℃以上高温钛合金的研制。目前高温钛合金的使用温度最高能达到600℃，具有代表性的有英国的IMI834、美国的Ti-1100、俄罗斯的BT36、BT18y和中国的Ti60、Ti600、TG6等。研制最早、技术最成熟的是1984年由IMI和罗罗公司联合研制的IMI834，已经在Trent700、EJ200和PW350等发动机上得到应用。俄罗斯的BT18y是一种比较成熟的高温钛合金，推荐使用温度为550～600℃，国内的600℃高温钛合金Ti60、Ti600和TG6等仍处于半工业化实验阶段。由此可知现有的高温钛合金使用温度一般在600℃，随着温度上升，高温拉伸性能会因合金热稳定性降低而急剧下降。
技术实现思路
为了解决现有方法制备高温钛合金在650℃高温下抗拉强度低及延伸率差的问题，本专利技术提出了一种高温钛合金的设计及锻造方法。一种高温钛合金锻坯按元素质量百分比组成：Al：6.5～7.5％，Sn：2～3％，Zr：6～9％，Mo：0.2～1％，W：0.5～1.4％，Nb：0.5～1.5％，Si：0.2～0.3％，Er：0.1～0.3％和余量为Ti；优选：7％Al、2.5％Sn、6％Zr、0.5％Mo、1％W、1％Nb、0.25％Si、0.1％Er和余量的Ti。一种高温钛合金锻坯的制备方法，包括以下步骤：(1)称取各组分原料：按元素质量百分比组成，分别称取高纯铝锭、高纯锡粉、高纯海绵锆、Al-Mo中间合金、Al-Nb中间合金、高纯硅、Al-W中间合金、Al-Er合金、海绵钛。Al元素由铝中间合金和高纯铝共同带入。(2)熔炼：将步骤(1)称取的原材料压成料坯，放入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼功率为150～170KW，熔体悬浮时间为60s～90s。为提高成分的准确性和均匀性，铸锭需反复熔炼三遍，浇铸后得到钛合金铸锭。(3)多向锻造：将步骤(2)得到的合金铸锭切成amm×amm×bmm大小锻坯，b/a＝1.5～2.5，喷涂防氧化涂料，进行三个垂直方向的多向模锻(如图1所示)，将处理好的铸锭在热处理炉中在相变点以上20～50℃保温amin～bmin后取出放入加热好的模具(如图2所示)中进行锻造，每次锻造前将模具加热到锻造温度，每次将锻坯amm×amm朝下放置，放好后放入顶模，在变形速率为0.01～0.03S-1下将锻坯再次锻成横向的amm×amm×bmm大小；每次模锻后将合金加热到相变点以上20～50℃保温(a～b)/2min回火处理，依次锻完三个垂直方向，如图1所示，锻后所得锻件如图3所示。本专利技术的ab没有特别限制，体现的是保温时间与边长的关系。本专利技术按[Mo]eq＝Mo+Nb/3.6为1.5～2.0、[Al]eq＝Al+Sn/3+Zr/6+4Si为9～10设计合金成分，尤其优选成分的合金锻造后合金锻坯的室温抗拉强度为1098MPa，屈服强度为980MPa，延伸率为12.5％；650℃的抗拉强度为615MPa，屈服强度为495MPa，延伸率为47％。附图说明图1模锻示意图；图2模具及锻造过程剖视图；图3模锻锻件图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1一种高温钛合金熔炼按元素质量百分比组成7％Al、2.5％Sn、6％Zr、0.5％Mo、1％W、1％Nb、0.25％Si、0.1％Er和余量的Ti组成。本实施方式高温钛合金的制备按以下步骤进行：一、称取各组分：称取原材料：按元素质量百分比组成7％Al、2.5％Sn、6％Zr、0.5％Mo、1％W、1％Nb、0.25％Si、0.1％Er和余量的Ti制成，分别称取高纯铝锭、高纯锡粉、高纯海绵锆、Al-Mo中间合金、Al-Nb中间合金、高纯硅、Al-W中间合金、Al-Er合金、海绵钛。Al元素来源于铝中间合金和高纯铝。高纯铝锭、高纯锡粉、高纯海绵锆、高纯硅的纯度均不低于99.9％。二、熔炼：将步骤一称取的原材料压成料坯，放入水冷铜坩埚真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼功率为150～170KW，熔体悬浮时间为60s～90s。为提高成分的准确性和均匀性，铸锭需反复熔炼三遍，浇铸后得到钛合金铸锭。三、锻造：将合金铸锭切成35mm×35mm×70mm大小锻坯，喷涂防氧化涂料，第一次在将合金加热到1050℃保温40min,将模具(如图2)加热到980℃，每次将锻坯35mm×35mm朝下放置，放好后放入顶模，在变形速率为0.01～0.03S-1下将锻坯再次锻成35mm×35mm×70mm大小；锻完将合金加热到1050℃保温20min，将模具加热到980℃，将锻坯35mm×35mm朝下放置，放好后放入顶模，在变形速率为0.01～0.03S-1下将锻坯再次锻成35mm×35m×70mm大小；锻完回炉加热到1050℃保温20min，再次将模具加热到980℃，将锻坯35mm×35mm朝下放置，放好后放入顶模，在变形速率为0.01～0.03S-1下将锻坯再次锻成35mm×35mm×70mm大小，锻完回炉加热到1050℃保温20min。依次锻完三个方向如图1所示。实施例1所测拉伸性能如表1所示：表1实施方案拉伸性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温钛合金锻坯，其特征在于，按元素质量百分比组成：Al：6.5～7.5％，Sn：2～3％，Zr：6～9％，Mo：0.2～1％，W：0.5～1.4％，Nb：0.5～1.5％，Si：0.2～0.3％，Er：0.1～0.3％和余量为Ti。

【技术特征摘要】
1.一种高温钛合金锻坯，其特征在于，按元素质量百分比组成：Al：6.5～7.5％，Sn：2～3％，Zr：6～9％，Mo：0.2～1％，W：0.5～1.4％，Nb：0.5～1.5％，Si：0.2～0.3％，Er：0.1～0.3％和余量为Ti。2.按照权利要求2所述的一种高温钛合金锻坯，其特征在于，7％Al、2.5％Sn、6％Zr、0.5％Mo、1％W、1％Nb、0.25％Si、0.1％Er和余量的Ti。3.权利要求1或2所述的高温钛合金锻坯的制备方法，其特征在于，包括多向锻造，具体包括以下步骤：(1)称取各组分原料：按元素质量百分比组成，分别称取高纯铝锭、高纯锡粉、高纯海绵锆、Al-Mo中间合金、Al-Nb中间合金、高纯硅、Al-W中间合金、Al-Er合金、海绵钛；Al元素由铝中间合金和高纯铝共同带入；(2)熔炼：将步骤(1)称取的原材料压...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈子勇，石少辉，柴丽华，李涛，李丹丹，冯宗悦，靳艳芳，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11