涉及高强度耐腐蚀钛合金的方法和制品技术

一种处理含钛合金的制品的方法，该钛合金含５－６．５重量％的铝；１．５－２．５重量％的锡；１．５－２．５重量％的铬；１．５－２．５重量％的钼；１．５－２．５重量％的锆以及钛。该方法包括热处理钛合金但不对该钛合金进行β退火工艺。还公开了一种制品，该制品经受过不包括β退火的热处理工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包含钛合金的方法和制品。这些制品可适用于轮机，尤其是汽轮机，且尤其涉及适用于轮机叶片、雌长叶片的钛合金(已知为Ti-62222)。这种钛合金要求一种非传统热处理。技术背景优化汽轮机中末级叶片的性能是必要的。汽轮机的末级可为最高负荷级且 可贡献轮机总输出的约10%。会认识到的是，末级叶片经受宽范围的气流、压 力、负荷以及强动力。叶片的材质以及其他因素均可以影响其性能。长汽轮机叶片通常在轮机低压部分的尾部并it^轻质。叶片的重量通常增 加加载在转子附件区域的离心力。这些牵引负荷会超过转子合金的抗张强度且可以导致转子的损坏。已经使用了钛合金(如Ti-64)，因为这些合金的密度可 为钢合金密度的1/3左右。当轮机叶片的长度大于45英寸时，钛叶片的重量能足够大以致m钛本身 的屈服强度。这可能导致叶片在根部变形。因此，针对上述长度，,轻质且 高鹏的钛合金。此外，在低压部分的尾部，蒸汽可具有很大的湿度，这会在紧接在末级之 前的固定机翼上凝结。然后这些凝结的液滴会高速释放至旋转的叶片上。与旋 转叶片的碰撞可能造成叶片前缘的侵蚀。该叶片材质^^抗水滴。
技术实现思路
在本专利技术的一实 式中，公开了一种处理含钛合金的制品的方法。该钛 合金包括5-6.5重5%的铝；1.5-2.5重量％的锡；1.5-2.5重*%的铬；1.5-2.5 重*%辦目；1.5-2.5重*%的锆；以及钛。该方纟跑括以下步骤将钛合金置于 1500°F-1800°F温度范围的锻造初始温度；将该钛合金置于1550°F -1850°F温度 范围的a-P退火工艺；并且将该钛合金置于800°F-1000°F温度范围的时效工艺 中1-24小时。该方法不包括将该钛合金置于卩退虹艺中。在本专利技术的另一实施方式中，有一种制品，其包括5.25-6.25重fiT。的铝；1.75-2.25重量％的锡；1.75-2.25重量％的铬；1.75-2.25重量％的钼；1.75-2.25重 *%的锆；0.1-0.2重*%的硅；0-0.15重*%的铁；0-0.08重STo的碳；0-0.15 重*%的氧；0-0.05重4%的氮；0-0.015重STo的氢；以及钛。可对可以是轮机 叶片的该制品进行不包括卩退火的热处理。 附图说明图1图示了本专利技术具体实施方^^f述的n^机叶片。图2是沿图i中n-n线的剖面图。图3图示了本专利技术具体实施方5^万述的汽轮机叶片。 图4图示了本专利技术具体实施方^万述的汽轮机叶片。 图5图示了经过三重和晶粒细化工艺处理的钛合金的晶粒结构。 图6为介绍几种合金的相对抗腐蚀性的图。具体实施方式目前，对于更长的末级叶片，汽轮机制造商一般采用合金Ti-6-4。也对其 他钛合金，包括美国专利申请号No.10/919,435中所列出的那M^S行了研究。 一般而言，Ti-6-4可以相对容易地锻造成机翼形状。Ti-64在室温下的屈服强度 --般约为90000pS1。这離艮好地满足长度小于45英寸的叶片的需要。Ti-64可能不具有支撑汽轮机以3000-3600rpm旋转时的自身离心负荷的强 度。该合金也可能具有由于水滴腐蚀的非常一般的抗性而导致的问题。为此， 人们已试图提高这种材料的抗水滴腐蚀性。这包括通过渗氮(例如美国专利号 4,942,059以及5,366,345)硬化末梢(这一般为最易受影响的)，添加由其他合 金如斯特来特硬质合金或碳化钛(例如，美国专利号5,183,390， 4,842,663， 3,561,886以及4,795,313)制备的防蚀壳层。图1和图2图示了低压汽轮机中的最后几排叶片之一中的叶片1。禾口传统 的一样，该叶片1包括机翼部分2和根部3。该根部3用于将叶片1连接至蒸汽 机的转子。机翼2曝露于流过轮机的蒸汽，其用于从旋转转子所需的蒸汽中抽 吸能量。如图1所示，机翼2包含前缘部分4，后缘部分5以及位于前缘和后缘 部分之间并与其各自连接的中心部分9。该机翼2具有尖端部分6和平台7，平 台7用作机翼与与根部3的连接点。水滴可在流过低压汽轮机的最低压部分的蒸汽中形成。这些7jC滴在蒸汽流 中输送，且由于离心力，水滴可以向外向叶片尖端迁移。水滴可育树叶片机翼2的尖端部分6附近的叶片机翼2的后缘5产生有害的腐蚀。参考附图3和4，通常将本专利技术具体实驗式中的叶片衞己为10，且该叶片 具有连接于指状^^榫头14的根部12以對妾轮机的轮子，未示出。叶片10也包 括具有方効寸状凸出的阶梯凸榫18和20的势瑞16以襟内内部和外部盖子。在叶片 的中间点附近有装配部件22，其上有孔40以容纳叶片中点P(贩的捆扎钢丝用于结 构阻尼。^PI头14在其对面轴彩掃与沿其对边相应的圆周开孔凹槽之间可具有 圆周凸出部分。这可以使指状楔形榫头一^入另一个内从而适应指状楔形榫头 Pf贩的叶片根部12的极限曲率。除了图14中所介绍的具体实驗式之外，在本 专利技术的難具体实Jtt式中的叶片其做卜形(包括其任一部件)均可实施。图3和4介绍一种典型的后级蒸f^机叶片，该叶片长度可能超过45英寸。 一般的，增加叶片长度可以提高效率。这种叶片的设计由具有结节的中部翼展 和尖端盖支撑。所有的这两个净寺征使得在运行期间与邻近的叶片相接触并提供 共同支撑。轴向入口楔形榫头为叶片连接转子之处。 一般可见该区域的应力最 高且与转子中的钢相接触。因此，这一区域会需要高强度的材质。紧接楔形榫 头的上部，在机翼的初始端，叶片的边缘通常遭受交复的应力，因此，可能需 要良好的低周疲劳抗性和高周疲劳抗性。此外，轮机叶片一般可具有良好的结 构韧度以避免过早失效。根据本专利技术的一个实施方式，有一种合金，其具有6重量％的铝(Al)， 2 重*%的铬(Cr)， 2重*%的锡(Sn)， 2重fiTo的锆(Zr)， 2重1%的钼(Mo)， 以及余量的钛(Ti)。也可包含最高0.25重量％的硅(Si)，以及其他元素，如铁 (Fe)，碳(C)，氧(O)，氮(N)和/或氢(H)。根据本专利技术tt^的一个实M^式，钛合金ifcii包含5-6.5 fiiy。及之间的， 子范围的铝，其中到M 5.25-6.25重5%及么间的，子范围的铝，且其中最优选6.04 ny。的铝。钛合金tt^包含1.5-2.5 sir。及之间的^^子范围的锡，其中更优选1.75-2.25 ￡1%及之间的，子范围的锡，且其中最优选1.99 MTo的 锡。钛合金tt^包含1.5-2.5 %及之间飾子范围的铬，更ttil包含1.75-2.25 My。及之间飾子范围的铬，最itt 1.93 MT。的铬。钛合金^i&t 1.5-2.5重 ly。及之间，子范围的钼，更优选1.75-2.25 siy。及之间全部子范围的钼，最1.99 %的钼。钛合金^i^包含1.5-2.5 ^*%及之间的，子范围的锆， 其中更j腿1.75-2.25 11*%及1间的全部子范围的锆，且其中最优选2.00 M%的锆。{BMk，钛合金也可ife^包含0.05-0.25 fiSr。及之间的鄉子范围的硅， 其中更优选0.1-0.2重*%及之间的^子范围的硅，且其中最优选0.15 ￡1%的 铝。任邀也，钛合金可包含另外的元素。例如，该合金可含最高0.25 n%，更{ 1高0.15111%(以及之间的鄉子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理含钛合金的制品的方法，该方法包括以下步骤：将钛合金置于１５００°Ｆ－１８００°Ｆ温度范围的锻造初始温度；将该钛合金置于１５５０°Ｆ－１８５０°Ｆ温度范围的α－β退火工艺；将该钛合金置于８００°Ｆ－１０００°Ｆ温度范围的时效工艺中１－２４小时；其中，该方法不包括包括将该钛合金置于β退火工艺中的方法步骤；且其中该钛合金包含：５－６．５重量％的铝；１．５－２．５重量％的锡；１．５－２．５重量％的铬；１．５－２．５重量％的钼；１．５－２．５重量％的锆；以及钛。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SV坦布，杨玲，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]