本发明专利技术介绍了一种高温抗氧化蠕变性能优异适合铸造的钛铝基合金，属于γ-TiAl合金，组成为：Al：44.0~48.0at%、Nb：1.0~3.0at%、Mo：0.1-3.0at%、Si和C的一种或两种，其中Si：0-0.8at%，C：0-0.6at%，且Si和C总量为0.1-0.9at%，其余为Ti及杂质元素。本发明专利技术的钛铝基合金既有良好的高温性能，又有良好的铸造流动性，适合薄壁零件的铸造；在850-950℃温度下表面无需进行化学处理、热喷涂、离子注入等提高材料的抗氧化性能；特别适合于铸造在900-950℃以下工作的汽油发动机增压器涡轮转子。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高温合金领域技术，特别是一种高温抗氧化蠕变性能优异适合铸造的钛铝基合金。
技术介绍
随着航空、航天、汽车、舰船等发动机性能不断提高，对高温材料的性能提出了更高的要求，即更高的强度、抗氧化性能和更轻的密度等。Y-TiAl基合金材料具有良好的高温强度、蠕变抗力和抗氧化性能等优点，正在发展成为新一代航空发动机材料，可用于制造压气机、燃气涡轮机叶片，压气机定子挡风板，定子机座以及其他形状复杂的大尺寸铸造和锻造零件，以部分替代笨重的镍基高温合金，可减重约50%。Y-TiAl基合金已用于制造汽车发动机的涡轮增压器、气阀等。目前，中国和世界各工业国家都在积极地开展研究，但已经实际应用的合金种类很少。从钛铝二元相图分析，当Al含量高于51at%时，钛铝合金铸造过程中凝固路线为 Y相凝固，凝固后的钛铝合金处于Y单相区。单相Y-TiAl的室温延伸率非常差，原因是单相Y-TiAl室温下很多位错不可动，而主要的滑移位错又被层错偶极子钉扎。而α2+γ 两相组织在延伸率和强度上明显优于单相Y-TiAl，原因是Ci2吸收氧，从而降低了 γ中的氧含量，利于位错滑移。早期在钛铝合金制备过程中α相凝固路线研究很多。钛铝二元相图显示，当Al 含量高于49. 4 at%，低于51at%时，钛铝合金材料的凝固路线为α相凝固，α相凝固路线如下丄(液相)-L+a-a-a + y- y- a2+y,室温下组织为a 2+ Y。凝固过程中 L相冷却时首先生成固相α，α晶体将择优沿其c轴生成，从而形成明显的柱状晶体特征， 而后续形成的Y片层垂直于α相c轴方向，即柱状晶体生长方向，最终形成明显的树枝晶组织，从而影响凝固后铸件性能的均勻性。钛-铝二元合金相图，当Al含量在44. 8-49. 4 at %区间时，Y -TiAl合金凝固过程中将发生包晶反应丄+β — α。当Al含量位于44. 8-47.0%时，包晶反应不完全，凝固路线为L —L+β — β + α — α -α + γ-α2+γ ；当Al含量位于47. 0-49. 4%时，包晶反应不完全，凝固路线为L — L+β — L+α — α — α + γ — γ — α2+γ。当Al含量为47. 0% 时，包晶反应进行完全，凝固路线为L —L+β — a — α + Υ — Υ — α2+Υ。含包晶反应的钛铝合金凝固过程中，包晶反应发生在β相和液相界面处。包晶反应进行不完全时会一定程度上影响材料成分的均勻性。国内外经多年研究和测试，经过包晶反应的Y-TiAl合金可以在实际应用，但凝固后铸件成分的均勻性较经β相凝固的Y-TiAl合金要差。当Al含量小于44. 8 at %，钛铝合金材料为β相凝固，凝固路线为 L-L+β — β — β + α — α — α + y — α 2+Υ。β相凝固具有最好的成分均勻性；β相凝固过程中，由于β晶体中可以形成12个完全不同方向的α变体，最终得到取向完全不同的板条团，凝固后组织各向异性很小，各部位力学性能基本一致。但当Al含量过低时，导致凝固后组织Ci2+Y中α 2相含量过高，影响材料的耐高温性能。在γ-TiAl合金中添加适量的β稳定元素如Nb、Zr、Hf，可以使Ti-Al合金相图中的β相区向右移动，从而实现 β相凝固。专利US6051084指出Nb可以极大地改善钛铝合金的抗氧化性能，提高合金的高温强度及蠕变性能，当Nb含量为6 10%时合金均具有较好的抗氧化性能。中科院金属所 R. Yang 教授等，在〈〈Alloy development and shell mould casting of gamma TiAl)) (Journal of materials processing technology [J], 2003, 135 :179-188)中石if 究了 2 at %Nb、5 at %Nb、8 at %Nb分别对Y-TiAl合金抗氧化性能和抗热疲劳性能的影响，得出Nb 含量为5 at %时抗氧化性能、抗热疲劳性能较8 at %Nb时更好；当Nb含量为2 at %时钛铝合金抗热疲劳性能最好。专利US6^4132指出Ni可以提高β相的蠕变抗力、增加合金内部的摩擦和提高抗震性能；Si可以提高钛铝合金的高温强度和蠕变强度，并可以提高合金的抗氧化性能。低Nb (通常为l_3at%Nb)钛铝合金材料的高温蠕变性能和抗高温氧化性能很差， 特别是当温度在850°C -950°C长时间应用时材料表面氧化严重，因此，低Nb钛铝合金通常不适合制备在850-950°C高温环境下长时间应用的零部件。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高温抗氧化蠕变性能优异适合铸造的钛铝基合金，为新型低Nb钛铝合金材料，在原有低Nb钛铝合金材料的基础上，通过大量试验研究和数据分析，创新性地组合添加了 Mo、Si、C等合金元素，新材料在很多方面较目前国内外材料具有明显的优势。Mo、Si元素有利于提高材料的高温抗氧化性能；同时Si、C有利于提高材料的高温蠕变性能。本专利技术材料铸造性能优异，适合应用于850-950°C高温环境下长时间应用的零部件，如汽车发动机涡轮增压器的涡轮转子。在此温度下钛铝材料表面通常无需进行化学处理、热喷涂、离子注入等提高材料的抗氧化性能。为了实现解决上述技术问题的目的，本专利技术采用了如下技术方案本专利技术的一种高温抗氧化蠕变性能优异适合铸造的钛铝基合金，属于Y-TiAl合金，具体化学成分及原子百分比组成为A1 :44. (Γ48. 0 at%、Nb :1. 0 3. 0 at%、Mo 0. 1-3. 0at%、Si和C元素中的其中一种或两种，其中Si :0-0.8 at%,C 0 -0.6 at%，而且Si 和C元素的总量为0. 1-0. 9 at%，其余为Ti及不可避免的杂质元素。更具体优选的，具体化学成分及原子百分比组成可以为1) Ti-(44. 0 48· 0 ) Al- (1. 0 3· 0) Nb- (0. 1-3. 0) Mo- (0. 1-0. 8) Si ；2)Ti-(44. 0 48· 0 )Α1_(1· 0 3· 0)Nb-(0. 1-3. 0)Μο_(0· 1-0. 6)C ；3)Ti-(44. 0 48· 0 )Α1_(1· 0 3· 0)Nb-(0. 1-3. 0)Μο-(0. 1-0. 8) Si -(0. 1-0. 6)C，且 Si 和C元素的总量为0. 2-0. 9 at%。上述的耐高温钛铝基合金，优选的化学成分质量百分比组成可以是A1可以优选 46. 0-48. 0 at%,更优选 47 at% ；Nb 优选 2. 0-3. 0 at%,更优选 2. 0 at% ；Mo 可以优选 1. 0 2. 0 at%，更优选 1. 0 at%。对于Ti-(44. 0 48· 0 ) Al- (1. 0 3· 0) Nb- (0. 1-3. 0) Mo- (0. 1-0. 8) Si 的合金，Si 可4以优选0. 2-0. 6 at%,更优选0. 4 at%。对于Ti-(44. 0 48· 0 ) Al- (1. 0 3· 0) Nb- (0. 1-3. 0) Mo- (0. 1-0. 6) C, C 可以优选 0. 本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种高温抗氧化蠕变性能优异适合铸造的钛铝基合金，其特征是：属于γ－ＴｉＡｌ合金，具体化学成分及原子百分比组成为：Ａｌ：４４．０～４８．０ ａｔ％、Ｎｂ：１．０～３．０ ａｔ％、Ｍｏ：０．１－３．０ａｔ％、Ｓｉ和Ｃ元素中的其中一种或两种，其中Ｓｉ：０－０．８ ａｔ％，Ｃ：０ －０．６ ａｔ％，而且Ｓｉ和Ｃ元素的总量为０．１－０．９ ａｔ％，其余为Ｔｉ 及不可避免的杂质元素。
【技术特征摘要】
1.一种高温抗氧化蠕变性能优异适合铸造的钛铝基合金，其特征是属于Y-TiAl 合金，具体化学成分及原子百分比组成为A1 :44. (Γ48. 0 at%、Nb 1. (Γ3. 0 at%、Mo 0. 1-3. 0at%、Si和C元素中的其中一种或两种，其中Si :0-0.8 at%,C 0 -0.6 at%，而且Si 和C元素的总量为0. 1-0. 9 at%，其余为Ti及不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述钛铝基合金，其特征是合金的原子百分比组成为 Ti-(44. 0 48· 0 ) Al- (1. 0 3· 0) Nb- (0. 1-3. 0) Mo- (0. 1-0. 8) Si。3.根据权利要求1所述钛铝基合金，其特征是合金的原子百分比组成为 Ti-(44. 0 48· 0 )Α1-(1· 0 3· 0)Nb-(0. 1-3. 0)Mo-(0. 1-0. 6) C。4.根据权利要求1所述钛铝基合金，其特征是合金的原子百分比组成为 Ti-(...
【专利技术属性】
技术研发人员：周洪强，陈志强，包淑娟，王孟光，吴胜男，刘国良，
申请(专利权)人：洛阳双瑞精铸钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：41
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