【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及耐高温结构材料领域，是一种适用于高温(800℃)、有氧环境下工作的轻质铸造合金。
技术介绍
1、目前，航空发动机在高温、高压和高转数的条件下服役，这要求高温合金必须具有耐高温、耐气流腐蚀和耐应力腐蚀等性能，即达到强度、塑性、韧性、抗蠕变和抗疲劳性能间的良好匹配，及服役温度下高的抗氧化性能。目前，能够完全满足技术要求的高温合金只有钴基、铁基和镍基高温合金，但它们的比重较大，燃油的利用率不高。
2、为了提高燃油的效率和发动机的推重比，需要对其零部件进行减重。目前，高温钛合金不仅密度低，同时又具有足够的高温强度，是不错的备选材料。与铁基和镍基高温合金相比较，当使用温度低于600℃时采用轻质的高温钛合金具有明显的优势，现已将其列入发动机材料的序列，成为了现代航空发动机中重要的结构材料。但600℃是传统的无序固溶强化型高温钛合金发展过程中遇到的最大“热障”。主要原因如下：(1)、600℃以上时，原有合金体系的固溶强化和α2相和硅化物析出强化作用已基本达到极限，进一步合金化难以保证最基本的性能要求；(2)、600℃是传统高温钛合金的抗氧化极限，合金表面氧化降低了热稳定性和疲劳性能，给材料的应用带来极大风险。
3、以高温钛合金ti60(tial5.6sn4.8zr2.0mo1.0si0.35nd0.8)为例，在600℃以下时，ti60合金具有良好的综合力学性能及抗高温氧化性能，因为氧化期间合金化元素zr、si和nd发挥着着积极的作用，如zr促进氧化物形核，以细化晶粒阻止o原子反应，si抑制ti4+活性，抑
4、时，其抗高温氧化性能和抗蠕变性能变差，800℃保温100h后的氧化增重超过了100.0g/m2，氧化层出现裂纹并逐渐扩大，最终导致最外层氧化膜脱落，裸露出第二层氧化膜。进一步放大分析发现，富sn和nd的析出相促使其周边的晶粒氧化，并最终导致氧化膜的开裂与脱落，如图1所示。
5、因此，如何改良高温钛合金在使用过程中易氧化的不足，提高合金的耐腐蚀性能并保持高温状态下力学性能的稳定性，是业界急需解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能够改良高温钛合金在使用过程中易氧化的不足，提高合金的耐腐蚀性能并保持高温状态下力学性能的稳定性的共晶型轻质铸造合金。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、根据本专利技术的一个方面，提供了一种抗八百摄氏度高温氧化的共晶型轻质铸造合金，所述合金的名义成分为tial20.5si8.5zr5.0nb10，各元素的原子百分比为al：20.0％-21.0％，si：8.0％-9.0％，zr：4.5％-5.5％，nb：8.0％-10.5％，其余为ti。
4、如本专利技术的一实施方式，所述合金的密度为4.49g/cm3，固、液相线温度分别为1581.2℃和1589.5℃，室温下的原始微观组织为短窄的片层状，由(ti,zr,nb)3(al,si)固溶体相和(ti,zr,nb)5(si,al)3化合物组成。
5、如本专利技术的一实施方式，所述合金中各元素的分布如下：ti元素与al元素的偏析趋势一致或接近一致，而si元素与zr元素的偏析趋势一致或接近一致，nb元素均匀地分布在所述合金的各组成相中，si的分布细小且弥散。
6、如本专利技术的一实施方式，所述合金成份配比为ti：56.0％，al：20.5％，si：8.5％，zr：5.0％，nb：10.0％。
7、如本专利技术的一实施方式，800℃/24h氧化后，所述合金表面的氧化层以tio为主，氧化层无脱落，扩散层中少量的nb5+通过掺杂效应降低o2-的扩散，所述合金达到了抗氧化级。
8、由上述技术方案可知，本专利技术的抗八百摄氏度高温氧化的共晶型轻质铸造合金的优点和积极效果在于：
9、本专利技术中，合金以ti为主，并采用8.0％-10.5％的nb，其密度与传统钛合金tc4相近，结晶的温度区间小，仅为8.3℃，微观形貌以短窄的片层状分布为主，呈现出共晶组织形貌。本专利技术中的合金不仅具有流动性好、偏析小和组织致密等优点，而且在无防护层保护的情况下具有比高温钛合金ti60更好的抗高温氧化性能，尤其是在800℃时。该合金非常适合对轻量化要求较高且耐高温、抗氧化的场合，可用于制造结构复杂、服役温度较高的耐热零部件毛坯，比如低压压气机叶片铸件。从而改良高温钛合金在使用过程中易氧化的不足，提高合金的耐腐蚀性能并保持高温状态下力学性能的稳定性。
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1.一种抗八百摄氏度高温氧化的共晶型轻质铸造合金，其特征在于，所述合金的名义成分为TiAl20.5Si8.5Zr5.0Nb10，各元素的原子百分比为Al：20.0％-21.0％，Si：8.0％-9.0％，Zr：4.5％-5.5％，Nb：8.0％-10.5％，其余为Ti。
2.根据权利要求1所述的抗八百摄氏度高温氧化的共晶型轻质铸造合金，其特征在于：所述合金的密度为4.49g/cm3，固、液相线温度分别为1581.2℃和1589.5℃，室温下的原始微观组织为短窄的片层状，由(Ti,Zr,Nb)3(Al,Si)固溶体相和(Ti,Zr,Nb)5(Si,Al)3化合物组成。
3.根据权利要求2所述的抗八百摄氏度高温氧化的共晶型轻质铸造合金，其特征在于：所述合金中各元素的分布如下：Ti元素与Al元素的偏析趋势一致或接近一致，而Si元素与Zr元素的偏析趋势一致或接近一致，Nb元素均匀地分布在所述合金的各组成相中，Si的分布细小且弥散。
4.根据权利要求1-3任一所述的抗八百摄氏度高温氧化的共晶型轻质铸造合金，其特征在于：所述合金成份配比为Ti：56.0％，
5.根据权利要求4所述的抗八百摄氏度高温氧化的共晶型轻质铸造合金，其特征在于：800℃/24h氧化后，所述合金表面的氧化层以TiO为主，氧化层无脱落，扩散层中少量的Nb5+通过掺杂效应降低O2-的扩散，所述合金达到了抗氧化级。
...【技术特征摘要】
1.一种抗八百摄氏度高温氧化的共晶型轻质铸造合金，其特征在于，所述合金的名义成分为tial20.5si8.5zr5.0nb10，各元素的原子百分比为al：20.0％-21.0％，si：8.0％-9.0％，zr：4.5％-5.5％，nb：8.0％-10.5％，其余为ti。
2.根据权利要求1所述的抗八百摄氏度高温氧化的共晶型轻质铸造合金，其特征在于：所述合金的密度为4.49g/cm3，固、液相线温度分别为1581.2℃和1589.5℃，室温下的原始微观组织为短窄的片层状，由(ti,zr,nb)3(al,si)固溶体相和(ti,zr,nb)5(si,al)3化合物组成。
3.根据权利要求2所述的抗八百摄氏度高温氧化的共晶型轻...
【专利技术属性】
技术研发人员：宁兆生，赵军，宋克兴，张彦敏，包春玲，李鸿举，李昕祺，曲赫威，
申请(专利权)人：中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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