钛基互化合金制造技术

本发明专利技术特别涉及一种钛基互化合金，以原子百分率计，包含：16％～26％的Al；18％～28％的Nb；0％～3％的选自Mo、W、Hf和V的金属M；0％～0.8％的Si；0％～2％的Ta；1％～4％的Zr；满足Fe+Ni≤400ppm；余量为Ti；所述合金中以原子百分率计的Al/Nb比在1.05～1.15的范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钛基互化合金
技术介绍
本专利技术涉及基于钛的互化合金。Ti2AlNb类的钛基互化合金在专利申请FR97/16057中被公开。这样的合金呈现出高达650℃的高弹性极限，在550℃下的高抗蠕变性，以及在环境温度下的良好的延性。尽管如此，这些合金呈现出的高温下(650℃以上)的抗蠕变性和抗氧化性对于在涡轮机中、例如在下游盘或高压压缩机的叶轮中的特定应用而言是不足够的。这些零件构成压缩机的最热的旋转零件，且它们通常由比重大于8的镍合金制成，这对于机器的重量而言是不利的。于是，需要一种呈现出改进的高温下的抗蠕变性的CAlNb型的新型钛基合金。还需要一种呈现出改进的高温下的抗氧化性的Ti2AlNb型的新型钛基合金。还需要Ti2AlNb型的新型钛基合金。本专利技术的目的和内容为此目的，在第一个方面，本专利技术提供一种钛基互化合金，该钛基互化合金中，以原子百分率计，包含：16％～26％的Al；18％～28％的Nb；0％～3％的选自Mo、W、Hf和V的金属M；0％～0.8％的Si或0.1％～2％的Si；0％～2％的Ta；0％～4％的Zr；满足Fe+Ni≤400ppm；余量为Ti。通过具有低含量的Fe和Ni元素，本专利技术的合金有益地呈现出改进的高温下的抗蠕变性。该合金可有益地呈现出在550℃的温度下的大于850兆帕斯卡(MPa)的弹性极限，在550℃～650℃的范围内的高抗蠕变性，以及在环境温度下的大于3.5％的延性和大于1000MPa的弹性极限。术语“环境温度”应被理解为20℃的温度。除非有相反的描述，若在合金中存在选自Mo、W、Hf和V的多种金属M，则应当理解为所存在的各金属的以原子百分率计的含量的总和在规定的数值范围内。例如，如果在合金中存在Mo和W，那么Mo的原子百分率含量加上W的原子百分率含量的和在0％～3％的范围内。存在的钽以原子百分率含量计在0～2％的范围内，这有利于降低氧化的动力学和提高合金的抗蠕变性。在一个实施方式中，以原子百分率计，合金可满足下述条件：Fe+Ni≤350ppm，例如Fe+Ni≤300ppm。在一个实施方式中，以原子百分率计，合金可满足下述条件：Fe+Ni+Cr≤350ppm，例如Fe+Ni+Cr≤300ppm。优选地，以原子百分率计，合金可满足下述条件：Fe≤200ppm，例如Fe≤150ppm，例如Fe≤100ppm。优选地，以原子百分率计，Al/Nb比可在1～1.3的范围内，例如在1～1.2的范围内。这样的Al/Nb比有利于提高加热时的合金的抗氧化性。优选地，以原子百分率计，上述Al/Nb比在1.05～1.15的范围内。这样的Al/Nb比有助于赋予合金良好的加热时的抗氧化性。优选地，以原子百分率计，上述合金可包含20％～22％的Nb。这样的Nb含量有利于赋予合金改进的抗氧化性、改进的延性和改进的机械强度。在一个实施方式中，以原子百分率计，合金可包含22％～25％的Al。这样的含量有利于赋予合金改进的抗蠕变性和改进的抗氧化性。优选地，以原子百分率计，上述合金可包含23％～24％的Al。这样的含量有利于赋予合金改进的延性、改进的抗蠕变性和抗氧化性。在一个实施方式中，以原子百分率计，合金可包含0.1％～2％的Si，例如0.1％～0.8％的Si。优选地，以原子百分率计，上述合金可包含0.1％～0.5％的Si。这样的Si含量有利于提高合金的抗蠕变性，并给合金带来良好的抗氧化性。在一个实施方式中，以原子百分率计，合金可包含0.8％～3％的M。优选地，以原子百分率计，合金可包含0.8％～2.5％的M，更优选1％～2％的M。这样的金属M的含量有利于提高合金的加热强度。在一个实施方式中，以原子百分率计，合金可包含1％～3％的Zr。优选地，以原子百分率计，上述合金可包含1％～2％的Zr。这样的Zr含量有利于提高合金的抗蠕变性、400℃以上的机械强度、以及抗氧化性。在一个实施方式中，以原子百分率计，合金可满足下述条件：M+Si+Zr+Ta≥0.4％，例如M+Si+Zr+Ta≥1％。这样的含量有利于提高合金的加热时的机械强度。在一个实施方式中，合金可以是如下的组成：以原子百分率计，Al的含量在20％～25％的范围内，优选在21％～24％的范围内；以原子百分率计，Nb的含量在20％～22％的范围内，优选在21％～22％的范围内，以原子百分率计的Al/Nb比在1～1.3的范围内，优选1～1.2，更优选1.05～1.15；以原子百分率计，M的含量在0.8％～3％的范围内，优选在0.8％～2.5％的范围内，更优选在1％～2％的范围内；以及以原子百分率计，Zr的含量在1％～3％的范围内；上述合金可选择性地具有以下组成：以原子百分率计，Si的含量在0.1％～2％的范围内，例如0.1％～0.8％，优选在0.1％～0.5％的范围内。这样的合金有益于呈现出：在650℃下的牵引下的高机械强度(R＝1050MPa-R0.2＝900MPa)；高温下的良好的抗蠕变性(在500MPa的应力下、于650℃经过150小时后的伸长率为1％)；加热时的良好的抗氧化性；以及在环境温度下的良好的延性(>3.5％)。下述表1示出本专利技术的实施例合金S1～S12的组成。所有的这些组成都满足以原子百分率计的下述条件：Fe+Ni≤400ppm。表1合金AlNbMoSiZrAl/Nb比重Tβ(℃)S122250.885.291065S222250.50.885.281058S3222510.885.341055S4222510.50.885.341065S524250.965.291085S622201.105.091055S722231.50.20.955.391060S8202510.805.411025S922251.520.885.501025S102023220.875.431000S1124.5201.50.251.215.161105S122321.51.50.251.31.075.301005本专利技术还提供一种涡轮机，该涡轮机装配有包含上述合金、具体而言由上述合金制成的零件。例如，上述零件可以是壳体或旋转零件。本专利技术还提供一种发动机，该发动机包括上述涡轮机。本专利技术还提供一种航空器，该航空器包括上述的发动机。附图的简要说明通过参照附图的下文描述，本专利技术的其它特征和优势将变得明显，其中：图1示出在310MPa的应力和650℃下的各种合金的抗蠕变性的变化；图2示出Al/Nb比对加热时的抗氧化性的影响；以及图3A～图3D示出本专利技术的优选合金所获得的机械特性的结果。实施例实施例1：本专利技术的合金的制造从由钛海绵体和母合金的颗粒组成的原料开始，制备混合物，以获得上述表1中示出的化学组成S12。然后将粉末混合物均匀化，接着进行压紧以制成构成电极的致密体。然后，通过在真空中在被消耗的电极和水冷的坩锅的底部之间生成电弧将上述电极重熔(被称为真空电弧重熔(VAR)的技术)。然后将所得的铸锭通过在高速下的变形(通过杵锻造或通过挤出)而缩减为棒料，从而减小颗粒尺寸。最终的步骤是在稍低于β转变温度的温度下以低速下的变形(千分之几)对从上述棒材切割出的小块进行等温锻造。这样的包含1.3％的锆的S12组成的合金呈现出非常好的加热时的抗氧化性。具体而言，该合金在700℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛基互化合金，以原子百分率计，包含：16％～26％的Al；18％～28％的Nb；0％～3％的选自Mo、W、Hf和V的金属M；0％～0.8％的Si；0％～2％的Ta；1％～4％的Zr；满足Fe+Ni≤400ppm；余量为Ti；所述合金中以原子百分率计的Al/Nb比在1.05～1.15的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 FR 14630661.一种钛基互化合金，以原子百分率计，包含：16％～26％的Al；18％～28％的Nb；0％～3％的选自Mo、W、Hf和V的金属M；0％～0.8％的Si；0％～2％的Ta；1％～4％的Zr；满足Fe+Ni≤400ppm；余量为Ti；所述合金中以原子百分率计的Al/Nb比在1.05～1.15的范围内。2.一种钛基互化合金，以原子百分率计，包含：16％～26％的Al；18％～28％的Nb；0％～3％的选自Mo、W、Hf和V的金属M；0.1％～2％的Si；0％～2％的Ta；1％～4％的Zr；满足Fe+Ni≤400ppm；余量为Ti；所述合金中以原子百分率计的Al/Nb比在1.05～1.15的范围内。3.如权利要求1或2所述的合金，其特征在于，以原子百分率计，包含20％～22％的Nb。4.如权利要求1至3中任一项所述的合金，其特征在于，以原子百分率计，包含23％～...

【专利技术属性】
技术研发人员：JY·古斗，JM·P·M·弗朗谢，JL·B·V·斯特鲁都，L·杰曼，D·巴那基，V·库马，T·南迪，
申请(专利权)人：赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR