本發明涉及一種鈦合金，具體涉及一種tc11鈦合金以及該鈦合金的制備方法。

背景技術：

tc11鈦合金是一種高溫、高強的新型金屬材料，含85％～90％鈦，其余為鋁al、鉬mo、硅si、o等少量雜質，它具有比重輕(約4.5g/cm2，鋼鐵為7.8g/cm2)、耐腐蝕、強度高、塑性好、工作溫度可以高達450℃～500℃(高于一般的鈦合金材料)等諸多優點，因此被廣泛應用在發動機、葉片、導彈等關鍵零部件。

近幾年，隨著國防工業的迅速發展，tc11憑借其優良的綜合性能，被作為鈦合金戰略材料之一，越來越多地使用在航空航天武器等領域，由于使用環境的苛刻，對tc11鈦合金化學成分均勻性、純凈度、材質等方面也提出了更高的要求。

tc11鈦合金基本生產工藝流程如下：(1)鈦電極制備：將合金原材料(鋁al、鉬mo、硅si、鋯zr等單元或多元合金)，以一定的形式、一定的比例與海綿鈦(合金原材料)混合均勻(保證鈦電極的成分均勻)后，按一定的方法壓制成所需的鈦電極形狀。(2)熔煉：鈦合金一般采用真空自耗熔煉(國外先進國家也有采用電子束或等離子冷床熔煉方法)，若干次真空自耗成φ580或以上的成品錠。(3)成材：成品錠自由鍛造(先在鍛壓機上進行鍛造成大規格棒材或方坯，供下一步的鍛造或軋制。)后，采用軋制(將大規格棒材進一步軋制成小規格的棒材，一般指φ100mm以下的成品棒材)或模鍛(將棒材或方坯鍛成模鍛件)的壓力加工方法，生產出tc11鈦合金的成品。

從鍛件和發動機的缺陷分析中，發生過幾起由于mo偏析造成的高密度夾雜(如圖1)，而由于主元素mo、si成分不均勻容易引起tc11性能的波動，從而帶來質量隱患。

技術實現要素：

因此，本發明要解決的技術問題在于提供一種可以改善tc11鈦合金成分均勻性的三元中間合金，同時提供該中間合金的制備方法。此外，還提供了該三元中間合金在制備tc11鈦合金中作為原材料的用途。

本發明的技術方案是，一種改善tc11鈦合金成分均勻性的三元中間合金，其基本組成為si：5.0～6.0％；mo：55～60％；o≤0.08％；al：34％～40％；和雜質；所述三元中間合金的熔點為1400℃～1500℃。

根據本發明的改善tc11鈦合金成分均勻性的三元中間合金，優選的是，所述三元中間合金的顆粒度≤1mm。

本發明還提供了上述改善tc11鈦合金成分均勻性的三元中間合金的制備方法，該中間合金以al、moo3按一定配比混合后，先通過鋁熱反應冶煉得到al-mo；然后將al-mo和結晶si一起通過真空感應爐冶煉，通過真空感應熔煉均勻各元素成分并控制o等氣體雜質得到合金鑄錠，經精整、破碎、精選工序制成粉末狀三元中間合金。

這種將結晶si在真空感應熔煉階段加入而不是在前面的鋁熱反應冶煉加入的順序是本發明的創新，從而避免了si元素的燒損和揮發，提高了合金成分的均勻性，減少成分上下波動。

根據本發明的制備方法，優選的是，所述三元中間合金的顆粒度≤1mm。

本發明還提供了上述改善tc11鈦合金成分均勻性的三元中間合金在制備tc11鈦合金中作為原材料的用途。該三元中間合金作為原材料用于tc11鈦合金制備中的鈦電極制備步驟。

由于tc11鈦合金中含有較多的合金元素(gb成分見表1)，如果這些元素以金屬單質方式加入，因熔點高低不同，熔煉時電極塊中各原料的融化速率也會不同，易導致電極掉塊，熔煉電流難以控制，影響熔煉過程的穩定。同時，由于mo元素的熔點達到2800℃，也容易產生mo偏析造成的高密度夾雜；而給tc11材料增加熱強性的低熔點元素si成分均勻性不佳；因此確保這mo、si這2個元素在tc11冶煉鑄錠中的成分均勻性對后面的高品質產品起到至關重要的作用。

表1gb/t3620tc11鈦合金的化學成分wt％

本發明的有益效果：

與現有技術相比，本發明具有下列優點：

1、合金化均勻

由于該三元中間合金almosi的熔點大大低于mo金屬單質的熔點(約2800℃)，在tc11鈦合金熔煉過程中避免了由于金屬單質熔點不一致導致的熔煉電流不穩定的現象，提高了熔煉過程的穩定性，提高了si的成分均勻性分布，有效地降低高熔點元素mo形成高密度夾雜偏析缺陷的概率，保證了tc11鈦合金鑄錠和鈦材的成分均勻性(見圖2)。

2、降低成本

以一種中間合金取代多種純原料配合才能達到的效果，提高了生產效率并降低生產成本。

3、工藝可操作性強。

4、三元合金的夾雜物和氣體含量低。

附圖說明

圖1是現有技術中鈦合金中的mo高密度夾雜缺陷圖，tc11mo偏析組織圖。

圖2是本發明tc11正常組織圖。

具體實施方式

實施例1：

該中間合金以al、moo3按一定配比混合后，先通過常規鋁熱反應冶煉得到al-mo；然后按照配比加入結晶si，通過真空感應熔煉均勻各元素成分并控制o等氣體雜質得到合金鑄錠，經精整、破碎、精選等工序制成顆粒度≤1mm的粉末狀產品。產品成分為：al：36.0％，mo：58.0％，si：5.33％，o：0.04％，其余為雜質。將該中間合金(109.1kg)與海綿鈦(1867.52kg)、tio2(3.347kg)、海綿zr(32.254kg)等原料混和后，經過原料攪拌、模具擠壓以及電極塊焊接等步驟制成真空自耗熔煉用的鈦合金電極，通過真空自耗三次熔煉后得到成分均勻的高溫高強tc11鈦合金，鑄錠不同部位的化學成分滿足相應的技術要求，mo和si的成分均勻性良好；具體檢驗結果如表2所示，適用于航空發動機用關鍵零部件。

表2tc11鈦合金成品鑄錠的成分wt％

實施例2：

按照實例1的方法制成顆粒度≤1mm的粉末狀產品。產品成分為：al：35.8％，mo：58.3％，si：5.5％，o：0.05％，其余為雜質。該中間合金(84.384kg)與海綿鈦(1440.33kg)、tio2(1.38kg)、海綿zr(26.326kg)等原料混和后，經過原料攪拌、模具擠壓以及電極塊焊接等步驟制成真空自耗熔煉用的鈦合金電極，通過真空自耗三次熔煉后得到成分均勻的高溫高強tc11鈦合金，鑄錠不同部位的化學成分滿足相應的技術要求要求，mo和si的成分均勻性良好；具體檢驗結果如表3所示，適用于航空發動機用關鍵零部件。

表3tc11鈦合金成品鑄錠的成分wt％

本發明通過合理配比三元中間合金的組分以一種中間合金取代多種純原料配合才能達到的效果，提高了生產效率并降低生產成本。