專利名稱：一種顆粒強(qiáng)化的耐熱鈦合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的鈦合金，具體是顆粒強(qiáng)化的耐熱鈦合金。
背景技術(shù)：
耐熱鈦合金主要用于航天、航空等材料服役溫度較高的領(lǐng)域。例如發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)材料的要求苛刻，要求其具有良好的室溫性能、高溫強(qiáng)度、蠕變抗力、熱穩(wěn)定性、疲勞性能和斷裂韌性等的匹配。目前，比較成熟的耐熱鈦合金如頂1834(英國(guó))、Ti-1100 (美國(guó))、BT36(俄羅斯)等已應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，我國(guó)在此方面也頗有建樹，研制了 600°C使用的Ti60、 Τ 600以及阻燃鈦合金Ti40。然而，與國(guó)外獲得實(shí)際應(yīng)用的耐熱鈦合金比較，國(guó)內(nèi)耐熱鈦合金綜合性能與國(guó)外尚存在差距，并不能滿足國(guó)家航天、航空領(lǐng)域的需求。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，徐國(guó)棟等人在《稀有金屬》，2008年12月，774-780，撰文“高溫鈦合金的發(fā)展和應(yīng)用”，綜述了國(guó)內(nèi)外耐熱鈦合金的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，從合金體系來(lái)說(shuō)，Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系近α鈦合金在高溫鈦合金中占主導(dǎo)地位；Si元素幾乎是高溫鈦合金中必不可少的重要元素；Nb、Y、Ce、Nd等稀土元素可提高合金的抗氧化性能，正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。然而，這種依靠多合金化的發(fā)展思路使得鈦合金的耐熱溫度難以進(jìn)一步提高。此外，高溫鈦合金幾個(gè)關(guān)鍵性能對(duì)材料的成分和組織的要求通常是矛盾的，這也是限制耐熱鈦合金向更高溫度發(fā)展的主要因素。經(jīng)專利檢索發(fā)現(xiàn)，呂維潔等人在ZL200710042304.4，2009年2月授權(quán)，發(fā)明了一種復(fù)合強(qiáng)化耐熱鈦合金，通過(guò)在鈦合金熔煉過(guò)程中添加鑭的硼化物，制備含有TiB和鑭氧化物強(qiáng)化相的鈦合金，該合金具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、抗蠕變、熱穩(wěn)定性等綜合性能。然而在實(shí)施中發(fā)現(xiàn)，該合金雖然性能優(yōu)異，但對(duì)工藝條件要求較為苛刻，特別是其熱加工、熱處理工藝窗口較窄，材料性能對(duì)工藝參數(shù)過(guò)于敏感，造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，工程化應(yīng)用難度較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種顆粒強(qiáng)化耐熱鈦合金。該鈦合金在600°C擁有非常好的耐熱性能，易于熱加工，且熔體充型流動(dòng)性良好，可以鑄造成型。采用真空自耗熔煉技術(shù)，制備含有TiB和TiC增強(qiáng)相的鈦合金母合金錠，并通過(guò)熱加工或鑄造方法制造出所需的零件。合金中C元素比一般耐熱鈦合金高，其熱加工和熱處理的工藝窗口均較寬。本發(fā)明的耐熱鈦合金使用溫度可達(dá)600-650°C。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明各組分重量百分比含量為A14% -7% ；Sn 3% -6% ；Zr 3% -6% ；Mo 0. 6% -I. 5% ；Nb 0. 5% -I. 5% ；Si 0. 1% -0. 5% ；B 0. 1% -I. 1% ；C 0. 03% -0. 3% ；Ti 為余量。所述的Al,其優(yōu)選范圍是5%-6. 5% ;所述的Sn,其優(yōu)選范圍是4%-5% ;所述的Zr，其優(yōu)選范圍是4% -5%;所述的Mo，其優(yōu)選范圍是0.8% -I. 2%;所述的Nb，其優(yōu)選范圍是0. 7% -I. 2% ;所述的Si，其優(yōu)選范圍是0. 2% -O. 4% ;所述的B，其優(yōu)選范圍是O. 2% -O. 7% ;所述的C，其優(yōu)選范圍是0. 06% -O. 2%o與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的鈦合金在600-650°C下仍然保持有良好的高溫強(qiáng)度、抗蠕變、熱穩(wěn)定等綜合性能，熱加工工藝窗口寬，熔體充型流動(dòng)性良好，可鑄造成型，變形件和鑄件的熱處理工藝窗口寬。本發(fā)明的鈦合金，為新一代發(fā)動(dòng)機(jī)提供理想的壓氣機(jī)盤、后機(jī)匣以及葉片材料，可應(yīng)用于航天、航空的耐高溫領(lǐng)域。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例1、2、3中材料的室溫、高溫強(qiáng)度與MI834、TillOO等耐熱鈦合金的對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例列舉的合金成分。實(shí)施例I利用真空自耗電弧熔煉法和熱加工法制備名義質(zhì)量百分比為A16%-Sn4. 5%-Zr4.5% -Mol % -NbO. 9% -SiO. 3% -BO. 4% -CO. I % 的耐熱鈦合金。按質(zhì)量百分比稱取一級(jí)海綿鈦(80 % )、B4C化合物(0.5%)、AlNb (Nb的質(zhì)量百分比53%)中間合金粉末(1.6% )、鋁粉(4.2% )、Α1Μο(Α1和Mo的質(zhì)量百分比50% )中間合金粉末(2. 0% )、TiSn (Sn的質(zhì)量百分比65% )中間合金粉末(6. 9% )、一級(jí)海綿錯(cuò)(4. 5% )、結(jié)晶硅粉末(O. 3% )。原料混合均勻后在630噸液壓機(jī)上壓制成電極棒；然后將電極放入真空自耗電弧爐中進(jìn)行一次熔煉，獲得一次錠；再將兩個(gè)一次錠用氬弧焊機(jī)焊接后，放入自耗電弧爐進(jìn)行二次熔煉，獲得二次錠；第三次熔煉工藝與二次熔煉相同。表面車光后的三次錠經(jīng)1090-11800C自由鍛造、950-1020°C二次熱加工，自由鍛及二次加工的變形量都在75%以上，得到變形件。采用優(yōu)選的熱處理工藝1020°C、1小時(shí)、空冷的固溶處理+650°C、2小時(shí)、空冷的時(shí)效處理。該合金增強(qiáng)相細(xì)小且分布均勻，室溫拉伸性能、高溫拉伸性能、蠕變抗力均十分優(yōu)異，且熱穩(wěn)定性良好。下面分別列出本實(shí)施例各種性能數(shù)據(jù)，如表I-表4所示，其中Ob為抗拉強(qiáng)度，σα2為規(guī)定非比例屈服強(qiáng)度，δ為斷裂延伸率。表I室溫拉伸性能
權(quán)利要求
1.一種顆粒強(qiáng)化的耐熱鈦合金，其特征在于各組分重量百分比含量為A1 4% -7% ；Sn 3 % -6 % ；Zr 3 % -6 % ；Mo O. 6 % -I. 5 % ；Nb 0. 5 % -I. 5 % ；Si 0. I % -0. 5 % ；B0. 1% -I. 1% ；C 0. 03% -0. 3% ；Ti 為余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒強(qiáng)化的耐熱鈦合金，其特征在于所述的Al，其優(yōu)選重量百分比含量是5% -6. 5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒強(qiáng)化的耐熱鈦合金，其特征在于所述的Sn，其優(yōu)選重量百分比含量是4% -5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒強(qiáng)化的耐熱鈦合金，其特征在于所述的Zr，其優(yōu)選重量百分比含量是4% -5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒強(qiáng)化的耐熱鈦合金，其特征在于所述的Mo，其優(yōu)選重量 百分比含量是0. 8% -I. 2%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒強(qiáng)化的耐熱鈦合金，其特征在于所述的Nb，其優(yōu)選重量百分比含量是0. 7% -I. 2%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒強(qiáng)化的耐熱鈦合金，其特征在于所述的Si，其優(yōu)選重量百分比含量是0. 2% -O. 4%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒強(qiáng)化的耐熱鈦合金，其特征在于所述的B，其優(yōu)選重量百分比含量是0. 2% -O. 7%。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顆粒強(qiáng)化的耐熱鈦合金，其特征在于所述的C，其優(yōu)選重量百分比含量是0. 06% -O. 2%0
全文摘要
一種顆粒強(qiáng)化耐熱鈦合金，屬于稀有金屬技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明各組分重量百分比含量為Al 4％-7％；Sn 3％-6％；Zr 3％-6％；Mo 0.6％-1.5％；Nb 0.5％-1.5％；Si 0.1％-0.5％；B 0.1％-1.1％；C 0.03％-0.3％；Ti為余量。本發(fā)明的鈦合金在600-650℃下仍然保持有良好的高溫強(qiáng)度、抗蠕變、熱穩(wěn)定等綜合性能，熱加工工藝窗口寬，熔體充型流動(dòng)性良好，可鑄造成型，變形件和鑄件的熱處理工藝窗口寬。本發(fā)明的鈦合金，為新一代發(fā)動(dòng)機(jī)提供理想的壓氣機(jī)盤、后機(jī)匣以及葉片材料，可應(yīng)用于航天、航空的耐高溫領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C22C14/00GK102952968SQ20111024317
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者肖旅, 呂維潔, 覃繼寧, 張荻 申請(qǐng)人:上海航天精密機(jī)械研究所