改进多组分钛合金的方法及所制备的合金技术

一种新的钛基合金，其显微组织为，片状α相相对于其母相β晶粒沿三个方向排列，但这种α相的片很短、以致不呈现明显的网篮状组织图案。该合金含有（原子％）：０．０２－２．０％Ｂ，６－３０％Ａｌ，０－４％Ｓｎ，０－４％Ｇａ、并可含有０－６％的Ｚｒ或Ｈｆ或二者组合，０－１２％的选自下组元素中的至少一种金属：Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｗ、Ｒｕ及铂族金属，０－２％的选自下组的至少一种元素：Ｙ、Ｃ和稀土金属。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钛合金的改进，更具体地说，本专利技术涉及按规定的组成和加工工艺添加硼而得到改善的多组分钛合金。众所周知，对于具有改善的高温性能的钛合金，存在着持续不断的需求。此外还知道，高铝含量的钛合金具有良好的高温性能，但这类合金有一个缺点，即室温延展性较差。对于高铝含量的钛合金来说，任何提高其低温延展性的改进都将是有益的，因为这将使这些高铝的钛合金在一些急需的应用如喷气发动机中获得新的用途。 在这一
中，人们已经知道，普通的高温钛合金，由于难以或者不可能加入合金元素超过某一确定含量，而又不产生室温脆性，因而其高温性能受到限制。1957年1月在Journal of Metals杂志的一篇文章中第一次说明了这一结论，该文章题为“Embrittlement of Ti-Al Alloys in the 6-10%Al Range(铝含量为6-10%的钛-铝合金的脆性)”，作者是Crossly和Carew，第43-46页，该文献指出，含量高于6%(重量)将引起脆性，据报导这种脆性由于暴露于高温环境而进一步加剧。在人们认识到任何与铝的性质相似的强化元素都将引起脆性之前，人们一直是沿着Crossley和Carew指出的途径开展研究工作。此后在这一
中人们才想到，为了避免脆性必须将锡、锆和氧等元素控制在较低的含量。目前使用的最流行钛基合金例如Ti-1100只含大约6%(重量)的铝，这显然是出于上述原因，参见下述文献“An Advanced Alloy for Elevated Temperature(用于高温的合金进展)”，Bania，Journal of Metals，March in 1988，P20-22;以及美国专利4，738，822，“Titanium Alloy for Elevated Temperature Applications;With Aluminium、Zirconium、Molybdenum、Silicon、and Iron(含有铝、锆、钼、硅和铁的钛合金的高温应用)”。Blaokburn和Smith在美国专利4，292，077(“Titanium Alloys of the Ti3Al Type”)及4，716，020(“Titanium Aluminum Alloys Containing Niobium、Vanadium and Molybdenum”)中，描述了另一种可供选择的合金化方法。在这些专利中指出，具有较高铝含量即高于引起α2(Ti2Al)形成为主相的量并添加了高熔点元素如铌或钒的钛基合金可能导致产生有限体积分数的延性的β相。但是，这种方法的缺点是，室温延展性所需要的β相大大地降低了该合金在650℃及650℃以上温度下的强度。已经知道，硼在钛中具有较低的溶解度，向钛基合金中添加硼带来的影响在下述文献中已有阐述“Binary Alloy Phase Diagrams”，美国金属学会出版(1986)，主编Thaddeus B.Massalski，编辑Joanne L.Murray，Lawrenoe H.Bennett，和Hugh Baker。根据这篇文献，钛基合金中加入硼预计将导致沉淀析出硼化物相，因而对钛基体显微组织将不会具有改善作用。使用硼来形成第二相化合物，这在采用常规凝固和形变热处理工艺制备的各种类型的钛合金中是众所周知的。Jaffee、Maykuth和Ogden在美国专利2，596，489和2，797，996中描述了一种α和α+β型钛合金，该合金含有较高含量的硼、足以形成硼化物弥散相。Jaffee在美国专利2，938，789中描述了一种带有硼化物或硅化物相的β钛基体组合物。Brooks、Brown和Jepson在美国专利3，199，980中描述了带有硼化物或碳化物沉淀物的钛合金。Evans和Smith在美国专利3，340，051中描述了一种硼含量足够高以致合金中含有弥散的硼化物相的钛-铬合金，此外，他们在美国专利3，399，059中还描述了含硼的钛-钼-钒β基体组合物，与上述已有技术相比，本专利技术的钛合金组合物及加工工艺，以较低的含量使用硼并使合金组合物快速凝固以避免形成弥散的硼化物，从而使α基体相显微织组和低温延展性得到改善。Itoh、Miyauchi、Sagoi和Watanabe在美国专利4，253，873中描述了含硼量较低的合金。他们叙述了可以以足够低的含量水平加入硼以致合金中不形成硼化物。但是，在他们所专利技术的合金中，α稳定化元素铝的含量如此之低，以致不存在由Ti2Al引起的脆性问题，此外β稳定化元素铬和钼的含量如此之高以致合金具有保留下来的β基体或铬共析显微组织。与此不同，本专利技术的合金及加工工艺涉及提高高铝合金的延性和改善片状α相显微组织。Vordahl在美国专利3，622，406和3，379，522中描述了含硼钛合金的快速凝固。他们所选用的合金组合物具有足够高的硼含量以致合金中形成了弥散体。快速凝固的目的是使这些弥散体细化。S.M.L.Sastry、T.C.Peng、T.J.Meschter和J.E.O′Neal等人在Journal of Metals杂志1983年9月的一篇题为“Rapid Solidification Processing of Titanium Alloys(钛合金的快速凝固处理)”(第21-27页)的文章中报导说，含硼组合物的快速凝固预计将导致潜在地用作弥散体的硼化物的细化排列。他们在美国专利4，639，281中对此作了进一步阐述。类似文献还有“Control of Beta-Grain Growth Via The Powder Metallurgy Route In A Ti-6Al-4V Alloy”，作者是H.Octor、S.Naka、M、Marty和A.Walder。这篇文章出现在由丹麦的Riso出版(1986年12月8-12)的文献“Annealing Processes，Reco very、Recrystallization，and Grain Growth”中，该文章指出，硼以沉淀析出物的形式存在于钛基合金中将细化β晶粒尺寸。在这项工作中，硼是通过混合配料粉末加到Ti-6Al-4V合金中的。人们观察到，硼阻止了β晶粒长大。在这篇文章以及上述其它文章中，没有有关改善α钛显微组织的报导。人们已经知道，在按常规方法凝固的钛合金以及在钛合金焊接件中硼的存在对于低温延展性具有有害的影响。在两篇关于含硼的α钛合金的性能的文章中指出，在有硼存在的场合，对片状α相显微组织没有改善并且室温下的机械性能有所降低。第一篇文章的题目是“Boron Induced Toughness Loss in Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo”(H.Inouye和S.A.David)，第二篇文章题目为“The Effect of Boron on Weldment Microsturctures In The Ti-6Al-2Nb-1Ta-1MoAlloy”(R.E.Lewis、W本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种γ或γ＋β钛基合金组合物，该组合物基本上由以下成分按下述含量（原子％）组成：含量成分从（大约）至（大约）Ａｌ６３０Ｓｎ０４Ｇａ０４∑Ａｌ＋Ｓｎ＋Ｇａ６３０Ｚｒ０６Ｈｆ０６∑Ｚｒ＋Ｈｆ０６Ｖ０１２Ｃ ｂ（Ｎｂ）０１２Ｔａ０１２Ｍｏ０６Ｗ０６Ｃｒ０６Ｒｕ０４Ｒｈ０４Ｐｄ０４Ｐｔ０４Ｉｒ０４Ｏｓ０４∑Ｖ＋Ｃｂ＋Ｔａ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｗ＋Ｒｕ＋Ｒｈ＋Ｐｄ＋Ｐｔ＋Ｉｒ＋Ｏｓ０１２∑Ｃ＋Ｙ＋稀土金属０２ Ｂ０．０１２．０Ｔｉ其本上余量这种合金的最终显微组织的特征是，γ相的片的平均长度低于５０微米。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小迈克尔弗朗西斯泽维尔吉廖蒂，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]