一种600℃用铸造钛合金材料及其制备方法技术

一种600℃用铸造钛合金材料及其制备方法，将零级海绵钛、海绵锆、Al‑Mo‑Nb‑Ti四元中间合金颗粒、Ti80Sn中间合金颗粒、Ti50Si中间合金颗粒、Al豆以及钛白粉进行混料，并压制为电极块；将电极块组焊为长条状电极；将条状电极作为自耗电极进行两次熔炼，铸锭；本发明专利技术配方Ti‑6.6Al‑2.5Mo‑2.0Zr‑2.0Sn‑1.2Nb‑0.15Si‑0.12O生产的钛合金铸件，可长期在550℃至600℃环境下服役，使用温度提高了50℃至100℃，工程意义重大。其室温抗拉强度在950MPa‑1100MPa之间、600℃高温抗拉强度在680MPa‑700MPa之间。

A cast titanium alloy material for 600 \u2103 and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种600℃用铸造钛合金材料及其制备方法
本专利技术属于钛合金材料制造领域，涉及一种600℃用铸造钛合金材料及其制备方法，应用
包括航空发动机制造、航天飞行器制造、化工能源装备制造、兵器舰船装备制造等行业。
技术介绍
钛合金材料由于其相对低密度低、比强度高、良好的高温性能以及优异的抗腐蚀性能与抗电磁性能，是理想的航空、航天、舰船、兵器工业使用的结构用金属材料，钛合金材料已经成为航空、航天、舰船等高端工业广泛使用的金属结构材料。目前，钛合金材料的使用主要以变形材为主，如各种锻轧棒材、板材、管材、锻件等，对于一些结构相对复杂的结构件也有使用钛合金铸件材的，但是数量相对变形材要少得多。近年来我们国家为发展钛合金铸件，仿制美国的Ti6242S研制出了ZTC6铸造钛合金材料、仿制俄罗斯的BT20研制出了ZTA15铸造钛合金材料，主要应用于第三代航空发动机环件的铸造生产，其使用温度上限不超过500℃。新的航空发动机、航天飞行器对铸造钛合金材料的使用温度提出了更高的要求，目前大多数设计要求铸造钛合金部件的工作环境为500℃至600℃，甚至更高。为解决我国新一代航空发动机、航天飞行器、化工能源装备、舰船动力装备对550℃至600℃环境下服役铸造钛合金材料的需求，有必要提供一种可在550℃至600℃下长时间服役的高强铸造钛合金材料及其铸造母合金制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种铸造性能及高低温力学性能良好的可在550℃至600℃下长时间服役的600℃用铸造钛合金材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：一种600℃用铸造钛合金材料，名义成分：Ti-6.6Al-2.5Mo-2.0Zr-2.0Sn-1.2Nb-0.15Si-0.12O，按照质量百分比计，包含以下组分：Al：5.8％～7.5％；Mo：1.6％～3.5％；Zr：1.2％～3.2％；Sn：1.2％～3.2％；Nb：0.8％～2.0％；Si：0.12％～0.35％；O：0.06％～0.20％；Fe：0.05％～0.20％；C：≤0.30％；N：≤0.03％；H：≤0.015％；Ti：余量。一种如上所述的600℃用铸造钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：1)按照组分质量百分比，将零级海绵钛、海绵锆、Al-Mo-Nb-Ti四元中间合金颗粒、Ti80Sn中间合金颗粒、Ti50Si中间合金颗粒、Al豆以及钛白粉进行混料，并压制为电极块；2)将压制好的电极块组焊为长条状电极；3)用步骤2)制得的条状电极作为自耗电极进行熔炼，获得一次锭；4)将一次锭倒置并作为自耗电极进行二次熔炼，获得二次锭；5)将二次锭冷却后出炉，得到铸锭；6)将铸锭加热后进行开坯锻造为棒材。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中，采用真空等离子焊、氩气保护等离子焊或真空电子束焊，将压制好的电极块组焊为长条状电极。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，熔炼电流为6～26KA，熔炼电压为25～45V。本专利技术进一步的改进在于，步骤4)中，熔炼电流为8～32KA，熔炼电压为28～50V。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)和步骤4)中，均是在在真空自耗电弧炉中进行熔炼。本专利技术进一步的改进在于，步骤5)中，将二次锭冷却到350℃以下出炉。本专利技术进一步的改进在于，步骤6)中加热的温度为1000～1200℃。本专利技术进一步的改进在于，步骤6)中棒材的直径为120～420mm。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术配方Ti-6.6Al-2.5Mo-2.0Zr-2.0Sn-1.2Nb-0.15Si-0.12O生产的钛合金铸件，可长期在550℃至600℃环境下服役，使用温度提高了50℃至100℃，工程意义重大。其室温抗拉强度在950MPa-1100MPa之间、600℃高温抗拉强度在680MPa-700MPa之间。Al：α稳定元素，固溶强化，一般Al当量应限制在8％以下。Sn、Zr：中性元素，补充强化。另外，Sn还可以降低合金对氢脆的敏感性。Mo、Nb：稳定β相，合金中添加少量的Mo可以使合金具有良好的高温蠕变性能和热稳定性的配合。Si元素：硅化物的弥散析出对晶界起钉扎作用，可以抑制固溶过程中晶粒的长大。可有效提高钛合金的力学性能、抗氧化性以及铸造性能，在不改变现有合金体系基本性质的情况下，优化钛合金的性能。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细描述：本专利技术的核心内容是钛合金材料成分配比，即这种550℃至600℃高温用铸造钛合金材料，按照质量百分比，包含以下组分(按质量百分数计)：名义成分：Ti-6.6Al-2.5Mo-2.0Zr-2.0Sn-1.2Nb-0.15Si-0.12OTi：基体(余量)；Al：5.8％～7.5％；Mo：1.6％～3.5％；Zr：1.2％～3.2％；Sn：1.2％～3.2％；Nb：0.8％～2.0％；Si：0.12％～0.35％；O：0.06％～0.20％；Fe：0.05％～0.20％；C：≤0.30％；N：≤0.03％；H：≤0.015％；其他杂质元素：单个≤0.10％、总和≤0.40％。本专利技术提出一种在550℃至600℃高温用铸造钛合金材料及其母合金制备方法，包括以下步骤：1)按照组分含量进行混料，使用压力机及模具压制为电极块；2)采用真空等离子焊、氩气保护等离子焊或真空电子束焊，将压制好的电极块组焊为长条状电极；3)用步骤2)制得的长条状电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行熔炼，获得一次锭；其中，熔炼电流6～26KA，熔炼电压控制在25～45V。4)将一次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行二次熔，炼获得二次锭；其中，熔炼电流8～32KA，熔炼电压控制在28～50V。5)将二次锭冷却到350℃以下出炉。6)将铸锭取样进行化学成分测试。7)将铸锭在1000～1200℃加热后进行开坯锻造为直径的棒材，8)棒材按照订货要求锯切、扒皮、平端面去除氧化皮。9)将锻造的棒材作为自耗电极，采用真空自耗凝壳炉进行熔炼浇注，获得铸件及附铸试棒，测试附铸试棒的室温及600℃高温力学性能、高温持久及蠕变性能。下面为具体实施例。实施例1200公斤级别钛合金铸锭及其棒材制备：(1)配料及电极压制：名义成分：Ti-6.6Al-2.5Mo-2.0Zr-2.0Sn-1.2Nb-0.15Si-0.12O按照成分范围，选用零级海绵钛、海绵锆、Al-Mo-Nb-Ti四元中间合金颗粒、Ti80Sn中间合金颗粒、Ti50Si中间合金颗粒、Al豆以及钛白粉，混料200Kg本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种600℃用铸造钛合金材料，其特征在于，名义成分：Ti-6.6Al-2.5Mo-2.0Zr-2.0Sn-1.2Nb-0.15Si-0.12O，按照质量百分比计，包含以下组分：/nAl：5.8％～7.5％；/nMo：1.6％～3.5％；/nZr：1.2％～3.2％；/nSn：1.2％～3.2％；/nNb：0.8％～2.0％；/nSi：0.12％～0.35％；/nO：0.06％～0.20％；/nFe：0.05％～0.20％；/nC：≤0.30％；/nN：≤0.03％；/nH：≤0.015％；/nTi：余量。/n

【技术特征摘要】
1.一种600℃用铸造钛合金材料，其特征在于，名义成分：Ti-6.6Al-2.5Mo-2.0Zr-2.0Sn-1.2Nb-0.15Si-0.12O，按照质量百分比计，包含以下组分：
Al：5.8％～7.5％；
Mo：1.6％～3.5％；
Zr：1.2％～3.2％；
Sn：1.2％～3.2％；
Nb：0.8％～2.0％；
Si：0.12％～0.35％；
O：0.06％～0.20％；
Fe：0.05％～0.20％；
C：≤0.30％；
N：≤0.03％；
H：≤0.015％；
Ti：余量。


2.一种如权利要求1所述的600℃用铸造钛合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照组分质量百分比，将零级海绵钛、海绵锆、Al-Mo-Nb-Ti四元中间合金颗粒、Ti80Sn中间合金颗粒、Ti50Si中间合金颗粒、Al豆以及钛白粉进行混料，并压制为电极块；
2)将压制好的电极块组焊为长条状电极；
3)用步骤2)制得的条状电极作为自耗电极进行熔炼，获得一次锭；
4)将一次锭倒置并作为自耗电极进行二次熔炼，获得二次锭；
5)将二次锭冷却后出炉，得到铸锭；
6)将铸...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛祥义，张利军，焦海峰，刘娣，周耀忠，刘小花，柳森，米磊，周中波，吴天栋，
申请(专利权)人：西安西工大超晶科技发展有限责任公司，北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61