包括钛基合金的涡轮发动机部件制造技术

本发明专利技术涉及包括钛基合金的涡轮发动机部件，所述合金例如为Ti‑8.5Cr‑1.5Al或者Ti‑8.5Cr‑1.5Sn，所述合金具有高加工硬化水平，高断裂负荷，以及优良的延展性。

Turbine engine parts including titanium based alloys

The invention relates to a turbine engine component comprises a titanium alloy, the alloy such as Ti 1.5Al or Ti 8.5Cr 8.5Cr 1.5Sn, the alloy with high work hardening level, high fracture load, and excellent ductility.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括钛基合金的涡轮发动机部件
技术介绍
本专利技术涉及具有改进机械性能的新型钛合金。商用钛合金在环境温度下几乎不产生或没有加工硬化，并且延展性相对较低(平均为10％至15％)。这种行为与用于硬化钛合金的已知技术相关联，其可以在机械强度方面获得良好的性能，但是潜在代价是限制了材料的变形能力，并因此导致低延展性。因此，已知的钛合金不构成用于制造可能遭受高水平变形，同时保持良好静态特性的部件的良好材料，例如，所述部件为需要在摄入或部件断裂的情况下保留物品的外壳。因此，某些已知的钛合金从这种类型的应用中被排除，而重得多的钢有利。因此，需要具有高加工硬化水平和延展性的新型钛合金。
技术实现思路
为此，在第一方面，本专利技术提供了一种其中存在有一种或多种合金元素的钛基合金，该合金满足以下条件：10≤Moeq≤14.5；2.77≤Bo≤2.80；并且2.34eV≤Md≤2.38eV；其中Moeq表示以钼当量表示的合金中的β-稳定元素的重量含量，其中其中是元素i的价电子数，xi是合金中的元素i的摩尔分数；总和取决于合金中存在的所有合金元素，其中Bo表示钛与合金元素之间的共价键的平均键级；并且其中Md表示对应于钛和合金元素之间的共价键的d轨道的eV中的平均能级。术语“钛基合金”应被理解为表示钛构成合金的基底金属，即合金包含重量含量大于或等于50％，例如大于或等于60％，例如大于或等于70％，例如大于或等于80％的钛。Moeq的数量由下式给出：Moeq＝∑Moizi其中zi是合金中的合金元素i的重量分数，Moi对应于合金元素i的β稳定系数除以Mo的β-稳定系数的比例，其中总和取决于合金中存在的所有合金元素。因此，总和涉及可能存在于合金中的β稳定合金元素以及α稳定合金元素，所述元素呈现负的系数Moi。对于每种合金元素，将Moi和/或ei/ai的量列表。下面的表1给出了这些量的值，针对合金元素的若干示例。表1Bo量化钛与合金元素之间的共价键的平均内聚力。更准确地说，数量Bo计算如下：Bo＝∑Boixi其中xi表示合金中元素i的摩尔分数，其中总和取决于合金中存在的所有元素。将值Boi制表，并针对下表2中的各种合金元素给出值Boi。Md表示对应于由钛和合金元素之间的相互作用产生的共价键的d轨道的平均能级。更准确地说，数量Md计算如下：Md＝∑Mdixi其中xi表示合金中元素i的摩尔分数，其中总和取决于合金中存在的所有元素。将值Mdi制表，并针对下表2中的各种合金元素给出值Mdi。表2参数Moeq，Bo和Md在文献中是已知的。具体来说，各种出版物描述了如何计算参数Bo和Md。关于这个话题，可以举例如下：Abdel-Hady等人所著，“使用电子参数实现β型Ti合金的相稳定性和弹性特性的一般方法("Generalapproachtophasestabilityandelasticpropertiesof-typeTi-alloysusingelectronicparameters")”，ScriptaMaterialia55(2006)，第477-480页；Marteleur等人所著，“关于通过同步TRIP和TWIP效应获得具有改善的加工硬化率的新型β-亚稳态钛合金的设计(Onthedesignofnew-metastabletitaniumalloyswithimprovedworkhardeningratethankstosimultaneousTRIPandTWIPeffects)”，ScriptaMaterialia66(2012)，第749-752页；以及Sun等人所著，“对显示出组合式孪晶诱导可塑性和转变诱导可塑性效应的亚稳态β-钛合金的早期变形机理的研究(Investigationofearlystagedeformationmechanismsinametastable-titaniumalloyshowingcombinedtwinning-inducedplasticityandtransformation-inducedplasticityeffects)”，ActaMaterialia61(2013)，第6406-6417页。除非有相反规定，否则在以下使用的化学合金公式中，位于化学元素前面的数字是该合金元素的重量百分比(％)。例如，合金Ti-8.5Cr-1.5Al是包含重量含量为8.5％的Cr和重量含量为1.5％的Al的钛基合金。本专利技术的合金有利地具有高加工硬化等级，高断裂载荷和良好的延展性。参数范围的上述选择使得合金能够被硬化，并且激活变形模式，从而可以通过孪晶机制和β相至α相转变机制来获得高度延展性。在本专利技术的合金中，有利地激活了孪晶诱导塑性(TWIP)效应与相变诱导塑性(TRIP)效应的组合。本专利技术导致选择基于上述参数限定的特定合金，其可以同时通过孪晶机制和滑移机制激活马氏体转变机制。通过激活这些现象，本专利技术的合金可以特别地具有大约40％的延展性，同时保持高弹性极限(大于500兆帕(MPa))。与已知钛合金的性能相比，所述性能构成技术性突破。在一种实施方式中，合金可以包括选自以下列表中的至少一种合金元素：Cr，Al，Sn和V。在一种实施方式中，合金可以包括Cr和Al作为合金元素。在一种实施方式中，合金可以包括Cr和Sn作为合金元素。在一种实施方式中，合金可以包括V和Al作为合金元素。该合金可以是二元合金或三元合金。该合金优选由Ti-Cr-Al三元合金或Ti-Cr-Sn三元合金组成。该合金也可以构成Ti-V-Al三元合金。该合金也可以是四元合金，例如，Ti-10V-4Cr-1Al合金。在一种实施方式中，合金可以包括Cr和Al作为合金元素，并且合金中Cr的重量含量可以在6％至9％的范围内，例如在7％至9％的范围内，并且合金中的Al的重量含量可以在1％至3％的范围内。特别地，合金可以具有以下化学式：Ti-xCr-yAl，其中x在6至9的范围内，或甚至在7至9的范围内，y在1至3的范围内。在一种实施方式中，合金可以包括Cr和Sn作为合金元素，并且合金中Cr的重量含量可以在6％至9％的范围内，例如在7％至9％的范围内，并且合金中的Sn的重量含量可以在1％至5％的范围内。特别地，合金可以具有以下化学式：Ti-x'Cr-zAl，其中x'在6至9的范围内，或甚至在7至9的范围内，z在1至5的范围内。特别地，本专利技术的合金可以具有以下化学式中的任何一种：Ti-8.5Cr-1.5Al；Ti-8.5Cr-1.5Sn；Ti-7.5Cr-1Al；Ti-7.5Cr-2Al；Ti-9.5Cr-2Al；Ti-7Cr-2Sn；以及Ti-13V-2.5Al。在一种实施方式中，合金中Cr的重量含量可以在7％至9％的范围内。本专利技术还提供一种包括钛基合金的涡轮发动机部件，该合金为：Ti-Cr-Al三元合金，合金中Cr的重量含量在6％至9％的范围内，并且合金中Al的重量含量在1％至3％的范围内；或者Ti-Cr-Sn三元合金，合金中Cr的重量含量在6％至9％的范围内，并且合金中Sn的重量含量在1％至5％的范围内。优选地，该部件是涡轮发动机外壳，例如，涡轮发动机保持壳。该部件可以由如上定义的合金制成。本专利技术还提供一种涡轮发动机，其包括如上所述的部件。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮发动机部件，包括其中存在一种或多种合金元素的钛基合金，所述合金包括从以下列清单中选择的至少一种合金元素：Cr，Al，Sn和V，并且所述合金满足以下条件：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.31 FR 14604971.一种涡轮发动机部件，包括其中存在一种或多种合金元素的钛基合金，所述合金包括从以下列清单中选择的至少一种合金元素：Cr，Al，Sn和V，并且所述合金满足以下条件：·10≤Moeq≤14.5；·2.77≤Bo≤2.80；以及·2.34eV≤Md≤2.38eV；其中Moeq表示以钼当量表示的合金中的β-稳定元素的重量含量，其中其中是元素i的价电子数，xi是合金中的元素i的摩尔分数，其中总和取决于合金中存在的所有合金元素，其中Bo表示钛与合金元素之间的共价键的平均键级；并且其中Md表示对应于钛和合金元素之间的共价键的d轨道的eV中的平均能级。2.根据权利要求1所述的部件，特征在于所述合金包括Cr和Al作为合金元素。3.根据权利要求1所述的部件，特征在于所述合金包括Cr和Sn作为合金元素。4.根据权利要求2所述的部件，特征在于所述合金构成Ti-Cr-Al三元合金。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：比阿特丽斯·佩尔蒂埃，塞德里克·布罗泽克，伊冯·米莱特，弗雷德里克·波里马，
申请(专利权)人：赛峰航空器发动机，萨瓦钛金属公司，国家科学研究中心，国立巴黎高等化学学院，
类型：发明
国别省市：法国,FR