一种含稀土和金属间化合物增强相的Ti-Si-Al基合金，属于金属材料领域。成分为:Si3.5-12.5%，Al2.5-9.5%，B0.01-0.5%，Y、La、Ce、Sm、Gd、Dy、Ho和Er元素中至少选一种0.01-3.5%，Ti余量。RE和B的添加起到了提高合金力学性能的作用。同时，适量的Si、Al、B和RE元素，还能使Ti-Si-Al基合金具有良好的高温抗氧化性和高温稳定性，使Ti-Si-Al合金获得拉伸强度超过900MPa以上的高强度和满足500℃以上使用环境。本发明专利技术合金的室温抗拉强度在700MPa—1200MPa，压缩强度在1500MPa—1980MPa，压缩延伸率可达13%以上。该合金适用于高温高负荷工况，如高压缩发电机的活塞、气缸部件，耐磨耐腐蚀的泵、阀门和叶轮，航空发动机压气机部位，舰船动力推进系统中的螺旋桨和喷水推进器等。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种含稀土和金属间化合物增强相的Ti-Si-Al基合金，属于金属材料领域。成分为:Si3.5-12.5%，Al2.5-9.5%，B0.01-0.5%，Y、La、Ce、Sm、Gd、Dy、Ho和Er元素中至少选一种0.01-3.5%，Ti余量。RE和B的添加起到了提高合金力学性能的作用。同时，适量的Si、Al、B和RE元素，还能使Ti-Si-Al基合金具有良好的高温抗氧化性和高温稳定性，使Ti-Si-Al合金获得拉伸强度超过900MPa以上的高强度和满足500℃以上使用环境。本专利技术合金的室温抗拉强度在700MPa—1200MPa，压缩强度在1500MPa—1980MPa，压缩延伸率可达13%以上。该合金适用于高温高负荷工况，如高压缩发电机的活塞、气缸部件，耐磨耐腐蚀的泵、阀门和叶轮，航空发动机压气机部位，舰船动力推进系统中的螺旋桨和喷水推进器等。【专利说明】含稀土和金属间化合物增强相的T1-S1-Al基合金
本专利技术属于金属材料领域，涉及一种含有稀土和金属间化合物增强相的T1-S1-Al基合金，更具体地是通过添加适量的稀土元素RE(RE=Y、La、Ce、Sm、Gd、Dy、Ho、Er)，使T1-S1-Al合金获得拉伸强度超过800MPa以上的高强度和满足500°C以上使用的T1-S1-Al基合金。
技术介绍
铸造钛合金目前已广泛应用于航空航天、舰船、化工、汽车、体育和医疗器械等领域。钛硅共晶系合金，结晶范围窄，流动性好，收缩小。钛硅共晶合金不仅密度小，比强度高，而且熔点低，易过热，能够很好地满足大型复杂薄壁钛合金铸件的工艺要求。Zhu等人研究了钦-娃基合金中的娃化物相(Material Scinence and Technology, 1991, Vol.7，N0.9，P.812-817)。Zhu等人研究了铸造钛合Ti_4.0S1-5.0A1-5.0Zr中硅化物晶格参数的分布、类型、组成，但Zhu等人没有研究任何含大于4%娃的钛复合材料。Flower等人研究了钛娃二元合金及含错与招的更复杂合金中的娃化物沉淀(Metallurgical Transactions, I971, Vol.2, N0.12，P3289-3297)。在含锆与铝的钛复合材料中，研究的最大硅含量为1.0%。最近，广西大学湛永钟等研制出了一种在室温下具有高强度和在高温下抗氧化的钛硅合金，其原料组分及含量按重量百分比为:Ti78.87-88.3，Si7.33-8.2，Al和/或Nb2.8-12.3%。该合金的室温抗压强度可达1498-1828MPa，在800-1000°C高温下合金的氧化增重少，合金表面形成的氧化膜致密可对合金起到很好的保护作用。史小波等研究Al对Si含量低于7.7%的T1-Si共晶合金高温抗氧化性的影响，他们还研究了含0-25wt%Nb高温抗氧化性，结果表明，适量合金化元素的加入改变了 T1-Si共晶合金高温抗氧化性，提高了合金的抗高温氧化温度，延长了合金抗高温氧化时间，总体上改善了合金的高温抗氧化性能。吴鹤等试验测试了亚共晶T1-7%Si合金和共晶T1-8.5%Si合金的室温和高温拉伸性能。发现随着Si含量的增加，硬脆相Ti5Si3体积分数增多，合金塑性下降。不同类型的T1-Si系合金，断裂机制不尽相同。亚共晶合金的断裂为准解理断裂；过共晶合金的断裂是解理脆性断裂；共晶合金的断裂形式介于二者之间，为类解理脆性断裂。亚共晶Ti7%Si合金和共晶合金在高温500°C下，有一定的强度和塑性，具有工程应用价值。从现有研究看，T1-S1-Al合金很有希望成为一种理想的轻质铸造合金。但是，由于该合金中金属间化合物Ti5Si3相的形成，合金的塑性大大降低，进而影响了合金的强度。同时Ti合金基体为α -Ti结构，所以大部分铸造T1-Si合金的使用温度都在500°C以下。
技术实现思路
本专利技术的目的是在T1-S1-Al的基础上，添加稀土元素(RE=Y, La, Ce, Sm, Gd, Dy, Ho, Er)和B元素，综合提高合金的力学性能。之所以选择添加这两类元素，是因为稀土元(RE=Y，La，Ce，Sm，Gd，Dy，Ho，Er)具有原子半径大和活性高的特点，研究表明，稀土元素可以部分甚至大部分取代T1-Si合金中Ti5Si3相，形成Ti5 (Si, RE) 3，从而大幅度提高合金强度。研究还发现，在Ti基合金中加入少量稀土后，可以明显细化晶粒，改善材料的机械性能、加工性能、焊接性能和耐腐蚀性能。许艳飞等研究了在 llat%T1-Si 合金中添加 0.25at.%，0.5at.%，lat.% 和 2.5at.% 的 Ce 和 Zr 元素后，合金的显微组织、力学性能和高温摩擦磨损性能的变化。发现少量的稀土 Ce就可以明显地改变合金的显微组织，使得Ti5Si3中的部分Si原子被Ce原子替代，形成了新相Ti5(Si，Ce)3,起到了细化晶粒的效果；当Ce的含量为0.5at.%的时候细化效果最佳，但过量稀土的加入会使T1-Si共晶合金的组织恶化。对于T1-S1-Al三元合金，有关RE元素的作用还没有人研究，如何将RE元素与T1、S1、Al这三个元素相互配合使合金达到最佳力学性能，是本专利技术的一个主要目的。硼在大多数材料中，起到细化剂的作用。研究表明，B能显著影响亚共晶T1-5wt%Si合金冷却过程中初生枝晶的生长，从而改变微观组织中的枝晶形貌。本专利技术的另一个目的是通过在T1-S1-Al中，同时添加B和RE元素，来进一步提高合金的力学性能。一种含金属间化合物增强相的铸造T1-S1-Al基合金，其特征在于T1-S1-Al基合金重量百分比为 Si3.5-12.5%, A12.5-9.5%, B0.01-0.5%, Y、La、Ce、Sm、Gd、Dy、Ho 和 Er 元素中至少选一种0.01-3.5%，Ti余量。 上述T1-S1-Al基合金重量百分比优选为:Si4.5-8.5%，A13.5-7.5%，B0.01-0.15%, Y、La、Ce、Sm、Gd、Dy、Ho 和 Er 元素中至少选一种 0.01-1.5%, Ti 余量。T1-S1-Al基合金重量百分比进一步优选为:Si4.5-8.5%, A13.5-7.5%,B0.01-0.15%, Sm0.01-1.5%, Ti 余量。T1-S1-Al基合金重量百分比再进一步优选为:Si4.5-8.5%, A13.5-7.5%,B0.01-0.15%, Y0.01-1.5%, Ti 余量。Al是Ti合金中广泛采用的α相稳定元素，Ti中加入Al，可降低熔点，通过β相转变温度，起到固溶强化作用，从而提高了屈服强度。在硅含量较高的合金中加入Al，可以在基体中通过时效反应产生细小和稳定的弥散颗粒。研究表明，Ti5Si3中Si可由Al来替代。Ti5Si3型硅化物中Al的存在，增加了硅化物的晶格常数。Al的添加使共晶硅化物变粗糙，减慢了其他硅化物的析出。因此本专利技术首先考虑通过添加Al来提高合金的强度。但是，在T1-Si合金加入Al，需保持合理含量，过高或过低均不利于合金力学性能的提高。在本专利技术中，RE和B的添加不仅起到了提高合金力学性能的作用。为了保证合金具有较高的强度，Si含量需要达到一定数值本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含稀土和金属间化合物增强相的Ti?Si?Al基合金，其特征在于Ti?Si?Al基合金重量百分比为Si3.5?12.5%，Al2.5?9.5%，B0.01?0.5%,Y、La、Ce、Sm、Gd、Dy、Ho和Er元素中至少选一种0.01?3.5%，Ti余量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：惠希东，张孟枭，王树申，林德烨，赵岩峰，朱建，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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