高温钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高温钛合金及其制备方法，具体涉及一种耐650℃以上的高温钛合金及其制备方法，属于钛合金技术领域。本发明专利技术的高温钛合金由下述重量百分含量的成分组成：Al：5％～7％，Sn：3％～5％，Zr：5％～9％，Mo：0.2％～0.6％，W：0.5％～1.5％，Nb：0.5％～1％，Si：0.2％～0.34％，余量为Ti和不可避免的杂质。对于合金热稳定性能、蠕变性能和疲劳性能的匹配问题，本发明专利技术的高温钛合金的化学成份更加合理，能更好的控制初生相的含量和次生相的尺寸问题。本发明专利技术的高温钛合金采用特定的方法制备得到，本申请的高温钛合金的室温和高温的强度、塑性等力学性能优异。塑性等力学性能优异。塑性等力学性能优异。

【技术实现步骤摘要】
高温钛合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高温钛合金及其制备方法，具体涉及一种耐650℃以上的高温钛合金及其制备方法，属于钛合金


技术介绍

[0002]高温钛合金由于其比强度高、耐腐蚀、耐高温等良好的综合性能而被用于制造航空发动机中的重要零部件和飞机机体结构件。目前主要的高温钛合金是在Ti
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Al
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Sn
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Zr
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Mo
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Si系近α钛合金基础上研究发展起来的，最高使用温度可达600℃，随着新型航空航天飞行器飞行速度的增加，气体热效应造成的飞行器壳体及其发动机部件使用温度瞬时可达650～750℃，甚至更高，为了适应航空航天快速发展的要求，迫切需要开展新型耐650℃以上高温钛合金的研制。
[0003]此外，目前国内外对600℃高温钛合金的研究多集中在变形方面，其室温和高温力学性能数据也都是锻造和热处理后的，而在其铸造方面的力学性能尤其是塑性极低，故而这方面研究较少。高温钛合金的锻造及后续热处理工艺复杂，工序多，极大的增加高温钛合金生产成本，因而亟待研发铸造高温钛合金。
[0004]对于合金热稳定性能、蠕变性能和疲劳性能的匹配问题，关键是控制初生相的含量和次生相的尺寸问题，存在的主要困难是找到更加合理的高温钛合金成分。
[0005]CN107904440A公开了一种具有良好塑性的铸造高温钛合金及其制备方法。该制备方法公开了配料、熔炼、铸造、锻造和热等静压，最终得到高温钛合金材料。然而其需要添加Re铼，成本高，Mo
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47.5Re合金市场售价9000元/Kg。外，CN107904440A还需要对合金在980℃采用多向锻造，会大幅度增加材料制造的成本。
[0006]CN104018027A公开了一种耐热钛合金及其加工制造方法和应用，包括合金成分、冶炼、热加工和热处理等组成要素。所说合金的成分(重量百分比)为Al：5.4％～6.3％；Sn:3.0％～5.0％；Zr：2.5％～6.4％，Mo：0.0～0.96％，Si：0.25％～0.5％，Nb：0.2％～0.5％，Ta：0.3％～3.4％，W：0.2％～1.6％，C：0.0～0.07％，O≤0.17％，Fe≤0.03％，余量为Ti和不可避免的杂质元素。本专利技术合金通过不同的热加工和热处理工艺组合，可获得拉伸强度与塑性、持久和蠕变强度与热稳定性的不同匹配，可用于制作先进航空发动机高温部位的叶片、盘件等零件，在600～650℃范围内长时使用；也可用于制作航天飞行器蒙皮等耐高温结构件，在700℃左右短时使用；也可作为汽车及锅炉耐高温耐蚀阀门用材料等。然而其需要添加较大比例的Ta钽(质量百分比为2％)，成本高。此外，其实施例1
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21材料的状态均为铸造+两次粗锻+三次精锻+热处理，工序极为复杂，材料成本昂贵。现有技术缺少铸造态或铸造+热等静压态材料性能数据，主要原因是这种状态材料的性能极差或不佳，必须通过热加工和热处理手段加以改善，只有这样才能满足高温钛合金部件的性能要求。CN104018027A的实施例22为铸造+热处理材料，但其室温塑性很差，室温延伸率仅为4％。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种新的高温钛合金。
[0008]为解决本专利技术的第一个技术问题，所述的高温钛合金由下述重量百分含量的成分组成：Al：5％～7％，Sn：3％～5％，Zr：5％～9％，Mo：0.2％～0.6％，W：0.5％～1.5％，Nb：0.5％～1％，Si：0.2％～0.34％，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0009]在一种具体实施方式中，所述W：0.5％～1％，优选0.5％～0.9％；优选所述Nb：0.51％～1％。
[0010]在一种具体实施方式中，所述Zr：6.45％～9％，Si：0.25％～0.3％。
[0011]在一种具体实施方式中，所述Zr：6.5％～9％，优选所述Nb：0.51％～0.99％，优选所述Si：0.26％～0.3％。
[0012]在一种具体实施方式中，所述高温钛合金在室温时:抗拉强度≥1028MPa，屈服强度≥915MPa，延伸率≥11％。
[0013]在一种具体实施方式中，所述高温钛合金在700℃时，抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥350MPa，延伸率≥9.5％；优选在750℃时，抗拉强度≥430MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率≥9.5％。
[0014]在一种具体实施方式中，所述高温钛合金的制备方法包括：将海绵钛、各种合金原料按照一定顺序加入原料，再在真空条件下熔炼制成铸锭，然后经热等静压，即制得所述高温钛合金；
[0015]所述的一定顺序为：将各种合金料混合，得到合金料包，将海绵钛与合金料包交替堆放；优选的海绵钛分成3层以上，合金料包分成3层以上交替堆放；
[0016]例如一定顺序为：1/4的海绵钛—1/3的合金料包—1/4的海绵钛—1/3的合金料包—1/4的海绵钛—1/3的合金料包—1/4的海绵钛；
[0017]所述熔炼的方法优选为：按照0～250KW的功率梯度加热，在原料熔化后保温5～20min，然后梯度降低功率，炉冷至室温；优选熔炼2～3次，最后一次放入预热后模具进行浇铸得到合金铸锭；
[0018]所述梯度加热和梯度降低功率的功率梯度均优选为20～30KW；更优选为功率先加至50KW，待炉料均匀受热且稳定后，再提高至70KW、100KW、120KW、150KW、170KW、200KW、220KW、250KW，梯度降低功率与梯度加热的功率顺序相反。
[0019]所述的熔炼可以采用真空感应悬浮熔炼炉，海绵钛、各种合金原料可以放在熔炼铜坩埚内。
[0020]在一种具体实施方式中，所述热等静压为900℃～1000℃，时间为1～4h；热等静压的压力优选为100～150MPa，更优选120～150MPa。
[0021]本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种上述高温钛合金的制备方法。
[0022]为解决本专利技术的第二个技术问题，所述的高温钛合金的制备方法，包括：将海绵钛、各种合金原料按照一定顺序加入原料，再在真空条件下熔炼制成铸锭，然后经热等静压，即制得所述高温钛合金；
[0023]所述的一定顺序为：将各种合金料混合，得到合金料包，将海绵钛与合金料包交替堆放；优选的海绵钛分成3层以上，合金料包分成3层以上交替堆放；
[0024]例如一定顺序为：1/4的海绵钛—1/3的合金料包—1/4的海绵钛—1/3的合金料
包—1/4的海绵钛—1/3的合金料包—1/4的海绵钛；
[0025]所述熔炼的方法优选为：按照0～250KW的功率梯度加热，在原料熔化后保温5～20min，然后梯度降低功率，炉冷至室温；优选熔炼2～3次，最后一次放入预热后模具进行浇铸得到合金铸锭；
[0026]所述梯度加热和梯度降低功率的功率梯度均优选为20～30KW；更优选为功率先本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高温钛合金，其特征在于，所述高温钛合金由下述重量百分含量的成分组成：Al：5％～7％，Sn：3％～5％，Zr：5％～9％，Mo：0.2％～0.6％，W：0.5％～1.5％，Nb：0.5％～1％，Si：0.2％～0.34％，余量为Ti和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高温钛合金，其特征在于，所述W：0.5％～1％，优选0.5％～0.9％；优选所述Nb：0.51％～1％。3.根据权利要求1或2所述的高温钛合金，其特征在于，所述Zr：6.45％～9％，Si：0.25％～0.3％。4.根据权利要求1或2所述的高温钛合金，其特征在于，所述Zr：6.5％～9％，优选所述Nb：0.51％～0.99％，优选所述Si：0.26％～0.3％。5.根据权利要求1～4任一项所述的高温钛合金，其特征在于，所述高温钛合金在室温时:抗拉强度≥1028MPa，屈服强度≥915MPa，延伸率≥11％。6.根据权利要求1～5任一项所述的高温钛合金，其特征在于，所述高温钛合金在700℃时，抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥350MPa，延伸率≥9.5％；优选在750℃时，抗拉强度≥430MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率≥9.5％。7.根据权利要求1～6任一项所述的高温钛合金，其特征在于，所述高温钛合金的制备方法包括：将海绵钛、各种合金原料按照一定顺序加入原料，再在真空条件下熔炼制成铸锭，然后经热等静压，即制得所述高温钛合金；所述的一定顺序为：将各种合金料混合，得到合金料包，将海绵钛与合金料包交替堆放；优选的海绵钛分成3层以上，合金料包分成3层以上交替堆放；所述熔炼的方法优选为：用0～250KW的功率梯度加热，在原料熔化后保温5～20min，然后梯度降低功率，炉冷至室温...

【专利技术属性】
技术研发人员：于玉城，陈玉勇，王振玲，王晓鹏，李强，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：