【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高温钛合金，涉及一种高热强性能ti2alnb合金及其热机械处理方法。
技术介绍
1、ti2alnb合金是一种综合性能优异的轻质耐高温结构材料，具有高比强度，高比刚度，良好的热强性能及抗氧化、抗点燃性能，同时具备较好的工艺性能，是航空发动机机匣、盘及飞行器蒙皮等大型关键构件的潜在候选材料，有望替代ni基高温合金获得显著的减重效益。
2、为了进一步提升ti2alnb合金的综合性能，多种合金化方案应运而生。如四元合金：ti-al-nb-ta、ti-al-nb-er、ti-al-nb-mo、ti-al-nb-si、ti-al-nb-y、ti-al-nb-w、ti-al-nb-b；五元合金：ti-al-nb-mo-fe、ti-al-nb-mo-zr、ti-al-nb-mo-si、ti-al-nb-w-b、ti-al-nb-w-v、以及更复杂的合金元素组合：ti-al-nb-v-(y-si)(申请号：cn201410685690.9)、ti-al-nb-v-mo-zr-si(申请号：cn201611207559.7)、ti-al-nb-v-mo-zr-hf-si(申请号：cn201510652682.9)。
3、上述合金元素中mo、w、v、fe、ta以及主元素nb均为β/b2稳定元素，可降低b2→b2+α2相变点，用于提高b2相的固溶强化效果；zr为中性元素，对相变点基本无明显影响，可同时提高b2相及α2相的固溶强化效果；si、b可形成硬质陶瓷颗粒，产生第二相强化效应；er、y为稀土元素，具有细化晶粒的
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：提供一种高热强性能ti2alnb合金及其热机械处理方法，解决现有合金对α2/o相强化不足及整体热强性能不足的问题，通过同时提升b2相和α2/o相的复合强化效果以及晶/相界的钉扎效应，结合热机械处理工艺调控获得高密度编织网篮组织，实现以o+b2为主体相组成的ti2alnb合金的热强性能的进一步提升，将合金的目标服役温度由现在的650℃～700℃提升至700℃～750℃。
2、为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：
3、一方面，提供一种高热强性能ti2alnb合金，所述合金成分的原子百分数为18％～25％al、18％～26％nb、0.3％～％2.5sn、1.0％～4.0％zr、0.6％～1.2％si、0％～2.0％mo、0％～2.0％w、0％～2.0％ta、0％～5.0％b，余量为ti和不可避免的杂质。
4、优选地，该合金的成分的原子百分数为18％～25％al、22％～26％nb、0.3％～％1.5sn、2.0％～4.0％zr、0.6％～1.0％si,余量为ti和不可避免的杂质。
5、优选地，该合金的成分的原子百分数为18％～25％al、18％～26％nb、1.5％～％2.5sn、1.0％～2.0％zr、0.6％～1.0％si，余量为ti和不可避免的杂质。
6、进一步地，该合金的成分的原子百分数为18％～25％al、18％～26％nb、1.0％～％2.0sn、2.0％～3.0％zr、0.8％～1.2％si，0.5％～1.5％mo,余量为ti和不可避免的杂质。
7、进一步地，该合金的成分的原子百分数为18％～25％al、18％～26％nb、0.5％～％1.5sn、0.5％～％1.5zr、0.6％～1.0％si、1％～5％b，余量为ti和不可避免的杂质。
8、进一步地，该合金的成分的原子百分数为18％～25％al、18％～26％nb、1.0％～％2.0sn、2.0％～3.0％zr、0.8％～1.2％si，0.5％～2％(w、mo、ta)，余量为ti和不可避免的杂质,其中(mo、w、ta)表示含有mo、w、ta三种元素中的至少2种。
9、另一方面，提供一种提高所述ti2alnb合金热强性能的热机械处理方法，所述方法步骤如下：
10、步骤一、破碎细化铸态组织：
11、将ti2alnb合金铸锭在β/b2相变点以上30℃～150℃进行3～5火次热变形，每火次变形量30％～50％。
12、该步操作利用形变再结晶原理，聚焦β/b2相，通过多火次形变累积，实现铸态粗大β/b2相的破碎细化。
13、步骤二、变形制备高畸变能高过饱和度亚稳组织：
14、将步骤一获得的坯料在tp+(10～30)℃进行热变形，变形量15％～30％，变形后坯料冷却，其中tp为ti5si3的溶解温度。
15、通过形变+快冷处理，使β/b2相以扭曲晶界+晶内高畸变能+高过饱和度的状态冷却至室温，为后续热处理调控o相的析出形态做好准备。同时在tp以上温度变形，避免了ti5si3在变形前的加热过程析出，一方面杜绝了ti5si3参与变形，降低了变形抗力，改善了工艺塑性；另一方面，避免了加热过程ti5si3的长大，为控制ti5si3更细小更均匀弥散分布奠定基础。
16、步骤三、热处理获得高热强性能组织：
17、将步骤二获得的坯料进行两重热处理：第一重热处理在to-(30～50)℃保温1～3h后出炉冷却；第二重热处理在780℃～830℃保温6～24h后出炉空冷，其中to为b2+o两相区的上限温度。
18、通过第一重热处理，使b2相在高畸变能与高过饱和度的协同作用下析出高密度编织网篮状形貌o相，该o相为经sn、zr等元素合金化改性后的高热强性o相，同时，在o相的晶界处析出细小弥散的ti5si3相；
19、通过第二重热处理，在b2基体上进一步析出细小的o相，完成b2相的稳定化处理。
20、优选地，步骤二中坯料冷却方式为风冷或油冷。
21、优选地，步骤三中坯料冷却方式为风冷或油冷。
22、通过步骤三中的两重热处理，最终形成的组织特征有：带有扭曲晶界的细小b2相基体，b2基体上分布有含sn、zr等元素的高热强性能网篮状o相，o相晶界由细小弥散的ti5si3相钉扎。具有该成分、组织特征的合金热强性能明显提升。
23、本专利技术的有益效果是：
24、将高温ti合金中的sn、zr两种中性元素以及可起到弥散强化效果的si元素引入到ti2alnb合金中，在不增加偏析、夹杂等成分均匀控制风险的基础上，实现对ti2alnb合金中α2/o、b2两相及其晶/相界进行协同复合强韧化，结合热机械处理调控高密度编织网篮组织，共同提升合金的热强性能。中性元素sn、zr的协同强化效应对α2/o强化效果远超sn、zr单一元素。si元素可形成ti5si3细小弥本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高热强性能Ti2AlNb合金，其特征在于：所述合金成分的原子百分数为18％～25％Al、18％～26％Nb、0.3％～％2.5Sn、1.0％～4.0％Zr、0.6％～1.2％Si、0％～2.0％Mo、0％～2.0％W、0％～2.0％Ta、0％～5.0％B，余量为Ti和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的Ti2AlNb合金，其特征在于：该合金的成分的原子百分数为18％～25％Al、22％～26％Nb、0.3％～％1.5Sn、2.0％～4.0％Zr、0.6％～1.0％Si,余量为Ti和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的Ti2AlNb合金，其特征在于：该合金的成分的原子百分数为18％～25％Al、18％～26％Nb、1.5％～％2.5Sn、1.0％～2.0％Zr、0.6％～1.0％Si，余量为Ti和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的Ti2AlNb合金，其特征在于：该合金的成分的原子百分数为18％～25％Al、18％～26％Nb、1.0％～％2.0Sn、2.0％～3.0％Zr、0.8％～1.2％Si，0.5％～1.5％Mo
5.根据权利要求1所述的Ti2AlNb合金，其特征在于：该合金的成分的原子百分数为18％～25％Al、18％～26％Nb、0.5％～％1.5Sn、0.5％～％1.5Zr、0.6％～1.0％Si、1％～5％B，余量为Ti和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的Ti2AlNb合金，其特征在于：该合金的成分的原子百分数为18％～25％Al、18％～26％Nb、1.0％～％2.0Sn、2.0％～3.0％Zr、0.8％～1.2％Si，0.5％～2％(W、Mo、Ta)，余量为Ti和不可避免的杂质,其中(Mo、W、Ta)表示含有Mo、W、Ta三种元素中的至少2种。
7.一种提高权利要求1所述Ti2AlNb合金热强性能的热机械处理方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤一中每火次变形量30％～50％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二中坯料冷却方式为风冷或油冷。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤三中坯料冷却方式为风冷或油冷。
...【技术特征摘要】
1.一种高热强性能ti2alnb合金，其特征在于：所述合金成分的原子百分数为18％～25％al、18％～26％nb、0.3％～％2.5sn、1.0％～4.0％zr、0.6％～1.2％si、0％～2.0％mo、0％～2.0％w、0％～2.0％ta、0％～5.0％b，余量为ti和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的ti2alnb合金，其特征在于：该合金的成分的原子百分数为18％～25％al、22％～26％nb、0.3％～％1.5sn、2.0％～4.0％zr、0.6％～1.0％si,余量为ti和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的ti2alnb合金，其特征在于：该合金的成分的原子百分数为18％～25％al、18％～26％nb、1.5％～％2.5sn、1.0％～2.0％zr、0.6％～1.0％si，余量为ti和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的ti2alnb合金，其特征在于：该合金的成分的原子百分数为18％～25％al、18％～26％nb、1.0％～％2.0sn、2.0％～3.0％zr、0.8％～1.2％si，0.5％～1.5％mo,余量...
【专利技术属性】
技术研发人员：周毅，邓雨亭，谭启明，刘英飒，张明达，曹京霞，黄浩，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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