一种高强高韧耐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强高韧耐高温钛合金及其制备方法，钛合金化学成分按重量百分计为：Al 5.4％～6.1％；Sn 3.7％～4.3％；Zr 3.0％～3.8％；Mo 0.2％～0.7％；Nb 0.2％～0.7％；Ta 0.7％～1.3％；Si 0.2％～0.6％；C 0.04％～0.08％；余量为Ti和不可避免的杂质元素。该高强高韧耐高温钛合金的室温和600℃高温的综合力学性能和强塑性都达到了良好的匹配，从而使得其具有工业化的应用价值。使得其具有工业化的应用价值。使得其具有工业化的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧耐高温钛合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及耐高温钛合金
，具体涉及一种高强高韧耐高温钛合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空工业的不断发展，新一代航空航天发动机对材料提出了更高的要求。通过采用高温钛合金代替钢或者高温合金制造航空航天发动机的涡轮叶盘、叶片等发动机部件，可以明显的减轻发动机的重量，提高发动机的工作温度，提高比强度以及推重比。为了适应航空航天快速发展的要求，迫切需要开发新型高强高韧耐高温钛合金。
[0003]航空发动机部件在复杂苛刻环境下服役，要求合金具有强度、塑性、韧性、蠕变和疲劳性能之间的良好匹配，在服役温度下具有高的抗氧化性和组织稳定性。合金综合力学性能取决于合金组织状况与织构类型，这两者与合金热加工历史密切相关。因此亟需深入开展高温钛合金在锻造和热处理过程中显微组织与晶体织构的演变行为、显微组织及织构强度对合金力学性能的影响等相关工作，通过优化合金热加工工艺、热处理工艺精确控制合金组织与织构分布，实现航空航天用高温钛合金稳定的产品开发。所以通过锻造以及热处理工艺的优化，设计出一种高强高韧耐高温钛合金，使得进一步获得更佳的综合力学性能和强塑性的匹配，一直是耐高温钛合金需要解决的重点问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种高强高韧耐高温钛合金及其制备方法，该高强高韧耐高温钛合金的室温和高温的综合力学性能和强塑性都达到了良好的匹配，从而使得其具有工业化的应用价值。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0006]一种高强高韧耐高温钛合金，化学成分按重量百分计为：Al 5.4％～6.1％；Sn 3.7％～4.3％；Zr 3.0％～3.8％；Mo 0.2％～0.7％；Nb 0.2％～0.7％；Ta 0.7％～1.3％；Si 0.2％～0.6％；C 0.04％～0.08％；余量为Ti和不可避免的杂质元素。
[0007]做为优选，所述铸锭由以下质量百分比的成分组成：Al：5.7％；Sn：4.0％；Zr：3.5％；Mo：0.4％；Nb：0.4％；Ta：1.0％；Si：0.4％；C：0.05％；余量为Ti和不可避免的杂质元素。
[0008]所述高强高韧耐高温钛合金在室温时：抗拉强度≥1200MPa；屈服强度≥1100MPa；延伸率≥8.0％，可选的，延伸率≥8.5％。
[0009]所述高强高韧耐高温钛合金在600℃时：抗拉强度≥750MPa；屈服强度≥600MPa；延伸率≥25％。
[0010]可选的，高强高韧耐高温钛合金在室温时：抗拉强度1200～1260MPa，屈服强度1100～1160MPa，延伸率8.0％～8.8％；600℃时：抗拉强度750～770MPa，屈服强度600～660MPa，延伸率26％～27.5％。
[0011]可选的，高强高韧耐高温钛合金在600℃时断面收缩率≥35％；进一步可选，在600℃时钛合金断面收缩率≥38％；更进一步可选，600℃时钛合金断面收缩率38％～59％。
[0012]一种高强高韧耐高温钛合金的制备方法，将原材料制成铸锭后，经过锻造和热处理步骤，即可获得所述高强高韧耐高温钛合金；其中锻造温度为980℃～1200℃；作为优选，锻造温度为1000℃～1180℃。
[0013]进一步可选，锻造温度为1030℃～1150℃作为一种实施方案，四火次多向锻造的温度分别为1150℃、1080℃、1055℃、1030℃。
[0014]所述原材料制成铸锭的操作包括利用真空自耗电弧炉进行熔炼的步骤。
[0015]可选的，所述锻造包括至少四火次多向锻造，所述四火次多向锻造包括以下步骤：
[0016]1)将所需要加工的钛合金升温至1140℃～1160℃后，保温120min～180min，优先为150min～180min，然后进行第一火次多向锻造；
[0017]2)将步骤1)所得钛合金进行回火至1070℃～1080℃，保温40min～60min，优先为50min
‑
60min，然后进行第二火次多向锻造；
[0018]3)将步骤2)所得钛合金进行回火至1045℃～1065℃，保温30min～50min，优先为40min
‑
50min，然后进行第三火次多向锻造；
[0019]4)将步骤3)所得钛合金进行回火至1020℃～1030℃，保温200min～250min，优先为240min
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250min，然后进行第四火次多向锻造，空气中冷却；
[0020]所述四火次多向锻造过程中至少有一次锻造步骤为：镦粗变形量50％～66％，拔长至高径比2～2.5；优先为：镦粗变形量55％
‑
66％，拔长至高径比2.3
‑
2.5。
[0021]可选的，每火次多向锻造为两镦两拔或者三镦三拔。
[0022]所述第一火次多向锻造结束时钛合金的温度≥1100℃，第二火次多向锻造结束时钛合金的温度≥950℃，第三火次多向锻造结束时钛合金的温度≥900℃，第四火次多向锻造结束时钛合金的温度≥850℃。
[0023]作为一种实施方案，所述锻造包括四火次多向锻造，所述四火次多向锻造包括以下步骤：
[0024]当电炉炉温上升到850℃时，坯料入炉，120min随炉温升高到1000℃，保温时间按照坯料尺寸计算，随后随炉温升高到1150℃，保温180min后开始锻造，二镦二拔变形，每次换向变形量≤30％；
[0025]所述高强高韧耐高温钛合金热处理步骤包括固溶处理，可选的，所述固溶处理为在1000℃～1100℃下至少保持90～120min。
[0026]优选的，所述固溶处理为在1020℃～1060℃下处理120min。
[0027]可选的，所述固溶处理结束后进行水冷却。
[0028]所述高强高韧耐高温钛合金的热处理步骤还包括时效处理，可选的，所述时效处理在固溶处理结束后，所述时效处理为在680℃～750℃处理至少5h后空冷却至室温。
[0029]作为优选，所述时效处理为在700℃下保持5h后空气冷却至室温。
[0030]与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0031]本专利技术制备的高强高韧耐高温钛合金，具有室温和高温(600℃及以上)的强度、塑性和延伸率等综合力学性能优异，且强塑性达到了良好的匹配关系。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例锻锭初始组织(100μm)；
[0033]图2是本专利技术实施例锻锭初始组织(50μm)；
[0034]图3是本专利技术实施例合金锻锭经过1025℃/2h固溶处理后的边部固溶组织形貌图；
[0035]图4是本专利技术实施例合金锻锭经过1025℃/2h固溶处理后的1/2处固溶组织形貌图；
[0036]图5是本专利技术实施例合金锻锭经过1025℃/2h固溶处理后的中心处固溶组织形貌图；
[0037]图6是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高韧耐高温钛合金，其特征在于，化学成分按重量百分计为：Al 5.4％～6.1％；Sn 3.7％～4.3％；Zr 3.0％～3.8％；Mo 0.2％～0.7％；Nb 0.2％～0.7％；Ta 0.7％～1.3％；Si 0.2％～0.6％；C 0.04％～0.08％；余量为Ti和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐高温钛合金，其特征在于，所述高强高韧耐高温钛合金在室温时：抗拉强度≥1200MPa；屈服强度≥1100MPa；延伸率≥8.0％。3.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐高温钛合金，其特征在于，所述高强高韧耐高温钛合金在600℃时：抗拉强度≥750MPa；屈服强度≥600MPa；延伸率≥25％。4.一种如权利要求1
‑
3其中任意一项所述的高强高韧耐高温钛合金的制备方法，其特征在于，将原材料制成铸锭后，经过锻造和热处理步骤，即可获得所述高强高韧耐高温钛合金；其中锻造温度为980℃～1200℃。5.根据权利要求4所述的一种高强高韧耐高温钛合金的制备方法，其特征在于，所述原材料制成铸锭的操作包括利用真空自耗电弧炉进行熔炼的步骤。6.根据权利要求4所述的一种高强高韧耐高温钛合金的制备方法，其特征在于，所述锻造包括至少四火次多向锻造，所述四火次多向锻造包括以下步骤：1)将所需要加工的钛合金升温至1140℃～1160℃后，保温120min～180min，然后进行第一火次多向锻造；2)将步骤1)所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭杰，胡钊华，耿乃涛，张天馨，范玉婷，康强，王莹，
申请(专利权)人：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：