一种耐高温钛合金制造技术

一种耐高温钛合金，它包括以金属钛为主要成份，再加入少量的金属铝，金属钒，硅元素，稀土钇元素以及不可避免的杂质所组成。本发明专利技术钛合金中是在原有高强度Ti-6Al-4V合金的基础上，添加少量的Si和稀土Y元素。采用Ti-6Al-4V合金为基础是因为在合金中有α稳定元素Al，形成高温强度、高温抗氧化性、抗蠕变性能和低密度钛铝化合物。添加适量的稀土元素钇，在不明显降低合金的拉伸强度下，钇不仅改善了合金热暴露前后的拉伸塑性，而且还明显提高了蠕变性能，在实际上表现为合金组织和蠕变中位错组态的改变以及硅化物的析出对位错组态的改变。α2相保持细小的均匀分布对提高合金的热稳定性和蠕变强度具有重要作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钛合金
，具体地说是一种属于Ti-Al-V-Si-Y系合金的耐高温铁合金。
技术介绍
钛及钛合金具有密度小、强度高、耐高温、耐低温、耐腐蚀等许多优点，特别是其比强度，在金属材料中是最高的。所以被广泛用作航空、航天、舰船制造和化工领域的热强材料、结构材料和耐蚀材料。尽管随着经济和社会的发展，钛及钛合金的应用领域越来越广阔，使用量也越来越大。但至今使用量最大、应用前景最好的钛合金仍是在航空航天领域应用的高温钛合金。世界上第一个成功的高温钛合金是Ti-6A1-4V，使用温度为400°C，随后相继研制出IMI550、BT3-1等合金，使用温度稍有提高，达350°C左右，而后各国又研制成功 7 IMI829, IMI834、Ti-1100、BT28、BT36、Τ 600 等合金，使用温度达 550_600°C，据报道个别合金已达650°C。可见，高温钛合金的发展是非常艰难的。各国研究者都已认识到，发展高温钛合金的主要问题是如何解决热强性和热稳定性之间的矛盾。而在600-650°C以上温度，两者的矛盾几乎达到了难以调和的程度。因此，有专家认为，除非现有的合金化、熔炼工艺、加工工艺出现重大突破，并解决了相应的高温保护涂层问题，否则高温钛合金的耐热温度超过600-650°C是相当困难的。目前的高温钛合金在强度(室温和高温强度)和热强性能(高温蠕变强度和持久强度)方面都能够达到比较满意的结果，但往往是热稳定性不够理想，表现为钛合金在高温环境的使用过程中性能明显降低，其原因在于第一，追求强度而采用高合金化，使合金长时间工作后脆性相析出机率增大，导致组织不稳定；第二，高温下氧的渗入，在合金表面形成一个富氧层，导致了合金表面的不稳定。这两种不稳定因素合称为热不稳定性。为解决以上问题，目前看来Si元素是高温钛合金中必不可少的重要元素之一，近些年来，对钛合金中的硅化物作了大量的研究，结果表明，加少量Si可大大提高合金高温抗蠕变性能，并能提高任何温度下的强度。弥散分布的硅化物颗粒对位错的运动有阻隔作用，这一位错滑移受阻机制的认识使一系列新型高温钛合金的设计获得成功。高温钛合金发展的另一重要趋势是稀土元素的应用。而在中国，由于具有稀土资源优势，加上稀土元素在钛合金中具有强烈脱氧作用和形成高熔点化合物的特点，所以稀土元素在高温钛合金中得到了广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种耐高温钛合金。具体的是属于Ti-Al-V-Si-Y系合金，名义成分为 Ti-6Al-4V-0. ISi-O. 2Y。本专利技术的目的是这样实现的一种耐高温钛合金，其特征是所述钛合金成份及重量百分比为Al 5.8% -6. 3%, V 4. 5% -4. 5%, Si :0. 1 % -0. 5%,稀土 Y 元素 0. 1-0. 5%，不可避免的杂质彡0. 1，余量为金属Ti。本专利技术的目的还包括所述钛合金成份及重量百分比为A1 5.8% -6.3%, V 4. 5% -4.5%，Si :0. 1% -0.4%,稀土 Y元素0. 1-0. 4%，不可避免的杂质彡0. 1，余量为金属Ti。本专利技术钛合金中是在原有高强度Ti-6A1_4V合金的基础上，添加少量的Si和稀土 Y元素。采用Ti-6A1-4V合金为基础是因为在合金中有α稳定元素Al，形成高温强度、高温抗氧化性、抗蠕变性能和低密度钛铝化合物。V作为β稳定元素，具有强化作用。并且 Ti-6al-4V合金本身就具有很高的强度，只需增加其热强度及热稳定性。Si元素对于钛合金的蠕变强化作用已经得到共识，Si大大提高合金高温抗蠕变性能，并能提高任何温度下的强度。弥散分布的硅化物颗粒对位错的运动有阻隔作用。但Si添加量不可过多，因Si含量过高时由于硅化物产生硬化，增加合金材料的脆性。Si含量应控制在0. 1-0. 5%之间。由于稀土元素有固溶、形成第二相弥散质点，细化晶粒、增加位错密度等作用。Y元素提高钛合金的α+β-β转变温度，稀土元素的添加细化了原始β晶粒，阻碍了晶粒的长大，因而对合金的拉伸塑性有所提高；稀土元素改变了合金中的位错组态，稀土氧化物第二相增加了位错运动的阻力，对蠕变性能有所提高；蠕变性能是高温钛合金非常重要的性能。Y对蠕变性能的有益作用可作如下解释硅化物是起抗蠕变作用的重要相组成物，它存在于残余β 片中，对位错运动起钉扎作用。Y元素细化了合金的组织，增加β片和硅化物的分散度，有利于发挥硅化物的抗蠕变作用。钛合金的热稳定性是用合金在高温长时间热暴露后塑性的下降程度来表征的。塑性的下降与合金在高温下发生的内部及表面组织结构变化有关。由于Y对合金的组织有影响，因而对热稳定性也有影响，而且是十分显著地。对热稳定性有益的主要原因Υ元素夺取合金基体中的间隙氧，降低铝当量，抑制Ti3Al脆性相的析出；Y元素细化组织，增大单位面积的α片错排程度，增加裂纹扩展障碍；细化组织促进硅化物的均勻析出，避免粗大硅化物粒子的危害。添加0. 1-0. 5%稀土元素钇，在不明显降低合金的拉伸强度下，钇不仅改善了合金热暴露前后的拉伸塑性，而且还明显提高了蠕变性能，在实际上表现为合金组织和蠕变中位错组态的改变以及硅化物的析出对位错组态的改变。α 2 相保持细小的均勻分布对提高合金的热稳定性和蠕变强度具有重要作用。Y以稀土氧化物 Y2O3形式存在，在蠕变前后尺寸稳定性较好。本专利技术还具有加工工艺简单，成品性能稳定、品质高，使用寿命长，应用范围宽等特点。下面将通过实例对本专利技术作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本专利技术其中的例子而已，并不代表本专利技术所限定的权利保护范围，本专利技术的权利保护范围以权利要求书为准。具体实施方式实施例1 用海绵钛、纯铝、纯钇粉、中间合金(Al-Si，Al_V)为原料， 合金的成分为 Ti-6Al-4V-0. ISi-O. 2Y,即按质量百分比 6. 0% Al,4. 0% V、0. 1% Si、0. 2% Y配制合金料，余量为Ti和不可避免的杂质。压制成圆成方电极，然后经二次真空自耗电弧熔炼，在950-1100°C开坯，加工成板和棒材，总变形量控制在50-80%。实施例2 用海绵钛、纯铝、纯钇粉、中间合金(Al-Si，Al-v)为原料，合金的成分为 Ti-6Al-4V-0. 2Si-0. 4Y,即按质量百分比 6. 0% Al,4. 0% V,0. 2% Si,0. 4% Y 配制合金料，余量为Ti和不可避免的杂质。压制成方电极，然后经二次真空自耗电弧熔炼，在 950-1100°C开坯，加工成板和棒材，总变形量控制在50-80%。实施例3 用海绵钛、纯铝、纯钇粉、中间合金(Al-Si，Al-v)为原料，合金的成分为 Ti-6Al-4V-0. 4Si-0. 2Y,即按质量百分比 6. 0% Al,4. 0% V、0. 4% Si、0. 2% Y 配制合金料，余量为Ti和不可避免的杂质。压制成圆成方电极，然后经二次真空自耗电弧熔炼，在950-1100°C开坯，加工成板和棒材，总变形量控制在50-80%。 合金与现有合金的性能比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种耐高温钛合金，其特征是：所述钛合金成份及重量百分比为：Ａｌ：５．８％－６．３％，Ｖ：４．５％－４．５％，Ｓｉ：０．１％－０．５％，：稀土Ｙ元素０．１－０．５％，不可避免的杂质≤０．１，余量为金属Ｔｉ。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温钛合金，其特征是所述钛合金成份及重量百分比为A1 5. 8%-6. 3%, V 4. 5% -4. 5%, Si :0. 1% -0. 5%,稀土 Y 元素 0. 1-0. 5%，不可避免的杂质彡 0. 1，余量为金属Ti。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，
申请(专利权)人：辽宁峰阁钛业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：89