一种短中时高温钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种短中时用高温钛合金及其制备方法，按重量百分比计包括铝为

【技术实现步骤摘要】
一种短中时高温钛合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及合金材料
，尤其涉及一种短中时用高温钛合金及其制备方法
。

技术介绍

[0002]钛合金具有密度低
、
比强度高
、
耐腐蚀等优点，已经在航天航空等领域中得到广泛应用
。
但随着飞行器飞行速度不断提高，对钛合金的工作温度和使用性能提出了更高的要求
。
高温钛合金亟待进一步获得突破，尤其提高其使用温度和高温性能
。
目前，较为成熟的长时用高温钛合金最高使用温度约
600℃
，典型代表为美国的
Ti
‑
1100、
英国的
IMI834、
俄罗斯的
BT36
和我国的
Ti600
等
。
但
600℃
以上高温钛合金体系仍然存在不足
。
近年来发达国家都把新型高温钛合金的研制放在了十分重要的位置
。
我国高温钛合金起步较晚，早期主要以借鉴为主，目前我国高温钛合金逐渐走上自主研发的道路
。
[0003]针对航天
、
军工等特殊领域，基于飞行器的工作性质，高温钛合金仅需要中短服役时间内保证其结构性能即可满足服役要求
。
传统高温合金为了提升其热处理能力以及室温下的力学性能，一般仅含有少量的
β
稳定元素，主要原因是长时间服役条件下，过多的
βr/>相会降低组织的热稳定性和高温蠕变性能
。
因此，传统的高温钛合金如
Ti
‑
1100
和
IMI834
合金，
β
元素的总含量一般不超过
2wt.
％
。
但是对于短中时用高温钛合金，由于可以通过适当牺牲组织的热稳定性来提升合金的瞬时高温强度，所以在目前常见的短中时用高温钛合金中，允许加入更高含量的
β
稳定元素，如
Mo、W
和
Nb
等高熔点元素
。
同时，在对合金成分进行设计时，还需要综合考虑合金的铝当量
[Al]eq
和钼当量
[Mo]eq
，将
[Al]eq
或
[Mo]eq
值作为钛合金设计的重要准则
。
[0004]由于钛合金锻件成本较高，而铸造是一种近净成形的方法，相对于锻造等其它冶金方法，具有很大的成本优势
。
同时，铸造也是空心复杂精密构件的重要成形手段
。
近年来，钛合金铸件生产与应用保持着强劲的发展势头
。
实践证明，通过铸造可以直接制造形状复杂的钛合金零部件，免去大量的机械加工工序，提高材料的利用率
。
一般锻件的材料利用率仅有
10
％
‑
15
％，而一般铸件的利用率为
45
％，精密铸造则可达到
75
％
‑
90
％，这对价格较贵的钛合金来说尤为重要
。
钛合金的微观组织和力学性能对热处理工艺非常敏感，可以通过进行固溶和时效等热处理工艺改变组织形态以实现提其力学性能的目的
。
[0005]专利技术
CN109763026A
提出了一种
Ti
‑
A1
‑
Sn
‑
Zr
‑
Mo
‑
Cr
‑
Nb
‑
Fe
系高强度铸造用钛合金，其室温抗拉强度约
1100MPa、
延伸率在8％，但是并不能适用于
600℃
以上的高温
。
[0006]专利技术
CN111020290A
提出了一种适用于
650
‑
750℃
高温的铸造钛合金材料，但是铸态合金即使经过了热等静压处理，室温抗拉强度最高只有
925MPa。
[0007]专利技术
CN107058801A
提出了一种适用于
560
‑
650℃
的铸造钛合金，其经过热等静压和固溶时效处理之后，但仅列出了
600℃
的拉伸性能，且室温延伸率小于6％
。
[0008]专利技术
CN106636746A
提出了一种高强度高延伸率高温钛合金
、
专利技术
CN106801164A
和专利技术
CN102978440A
提出了一种短时高温钛合金，但是都经过了繁杂的多火次锻造和固溶时
效处理
。
[0009]总体来说，我国
650℃
及以上使用的高温钛合金仍处于研究阶段
。
针对以上问题，开发一种满足短中时高温用的铸造钛合金成分，并设计合适的铸造制备工艺及热处理强化手段，使得合金的室温和高温力学性能达到使用要求，非常必要
。

技术实现思路

[0010]有鉴于此，本专利技术提出了一种短中时用高温钛合金及其制备方法，用于提供满足
650
‑
700℃
短中时高温性能的铸造钛合金成分以及合适的制备工艺
。
[0011]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种短中时用高温钛合金，按重量百分比计包括，
[0012]铝为
6.6
％
‑
7.2
％；
[0013]钼不小于4％；
[0014]锆为4％
‑5％；
[0015]锡为
2.6
％
‑3％；
[0016]钨为1％
‑2％；
[0017]硅为
0.1
‑
0.3
％；
[0018]碳为
0.1
％
‑
0.15
％；
[0019]以及余量为钛
。
[0020]在以上技术方案的基础上，优选的，钼按重量百分比计为4％
‑6％，且钼及钨按重量百分比计之和为5％
‑8％
。
[0021]在以上技术方案的基础上，优选的，还包括杂质，杂质包括氮
、
氢及氧其中至少一种，杂质按重量百分比计不超过
0.2
％
。
[0022]另一方面，本专利技术还提供了一种短中时用高温钛合金的制备方法，包括以下步骤，
[0023]步骤一，将上述的钛合金各组分原料均采用精度至
0.001g
的千分之一电子天平称重以保证误差可控，后将原料放入熔炼炉的水冷铜坩埚；
[0024]步骤二，关闭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种短中时用高温钛合金，其特征在于，按重量百分比计包括：铝为
6.6
％
‑
7.2
％；钼不小于4％；锆为4％
‑5％；锡为
2.6
％
‑3％；钨为1％
‑2％；硅为
0.1
‑
0.3
％；碳为
0.1
％
‑
0.15
％；以及余量为钛
。2.
根据权利要求1所述的一种短中时用高温钛合金，其特征在于：所述钼按重量百分比计为4％
‑6％，且所述钼及钨按重量百分比计之和为5％
‑8％
。3.
根据权利要求1所述的一种短中时用高温钛合金，其特征在于：还包括杂质，所述杂质包括氮
、
氢及氧其中至少一种，所述杂质按重量百分比计不超过
0.2
％
。4.
一种短中时用高温钛合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一，将权利要求1至3任意一项所述的钛合金各组分原料均采用精度至
0.001g
的千分之一电子天平称重以保证误差可控，后将原料按照熔点从低到高的顺序放入熔炼炉的水冷铜坩埚；步骤二，关闭熔炼炉的真空室后，将真空室内抽真空，随后往其中回填高纯氩气，随后对原料进行真空熔炼，整个熔炼过程在电磁场搅拌的条件下完成，直到得到成分均一的钛合金熔体；步骤三，在真空环境中将所述钛合金熔体浇注到铸型中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫旺，姚俊卿，王伯昊，高妞，施洋，吴伟峰，樊索，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：