一種耐熱鈦合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鈦合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐熱鈦合金。
【背景技術(shù)】
[0002]耐熱鈦合金的研究，是鈦合金領(lǐng)域最為重要的一個方向之一，其主要用于制造航空發(fā)動機的壓氣機和風(fēng)扇的盤件、葉片和機匣等零件，代替鋼或高溫合金，可以較明顯地減輕發(fā)動機的重量，提高了發(fā)動機的推重比。國內(nèi)外對耐熱鈦合金研究主要包括兩個個方面，一個是T1-Al-Sn-Zr-Mo-Si系的近α合金，一個是T1-Al金屬間化合物合金。以Ti_1100、頂1834和Ti60合金為代表的傳統(tǒng)T1-Al-Sn-Zr-Mo-Si系耐熱鈦合金目前發(fā)展較為成熟，其Al元素含量一般不超過7wt.%，相關(guān)合金已經(jīng)在航空發(fā)動機上得到應(yīng)用，但該類合金目前最高使用溫度為600°C，超過600°C合金的熱強性將無法滿足使用。T1-Al中間化合物合金雖然最高可以使用在700°C，但由于其Al含量很高，一般都超過20wt.%，合金具有較低的塑性，加工性能差，制造成本高。所以目前尚無具有明顯加工和性能優(yōu)勢的能夠在650°C條件下長期使用的耐熱鈦合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種一種耐熱鈦合金，該耐熱鈦合金中的鋁含量介于傳統(tǒng)耐熱鈦合金中的鋁含量和T1-Al中間化合物合金中的鋁含量之間，通過適量犧牲傳統(tǒng)耐熱鈦合金的塑性，提高了鈦合金的使用溫度，且該耐熱鈦合金具有良好的綜合性能，可以滿足在650°C條件下長期使用的要求。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種耐熱鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:Al 10.0%?12.0% ,Nb 5.0%?6.0% ,Zr 3.0%?4.0 % , Mo 1.5%?2.5% ,Sn 1.5%?2.5% ,Ta 0.5 % ?I %，Si 0.2 % ?0.4 %，C0.04%?0.08%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)；其中，Al的重量百分含量為Nb的重量百分含量的2倍，且Al的重量百分含量為Nb的重量百分含量、Zr的重量百分含量和Mo的重量百分含量之和，所述耐熱鈦合金在室溫條件下的抗拉強度不低于llOOMPa，延伸率不低于5.0%，所述耐熱鈦合金在溫度為650°C條件下的抗拉強度不低于640MPa，延伸率不低于15%，所述耐熱鈦合金在應(yīng)力為150MPa，溫度為650°C的條件下保持10h后的殘余變形量不大于0.2%。
[0005]上述的一種耐熱鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:Al10.5%?11.5% ,Nb 5.2%?5.8%, Zr 3.2%?3.7%, Mo 1.8%?2.2%, Sn 1.7%?
2.2%，Ta 0.6%?0.9% ,Si 0.3% , C 0.05%?0.07%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0006]上述的一種耐熱鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:Al10% ,Nb 5% , Zr 3% ,Mo 2% , Sn 1.5% , Ta 0.5% , Si 0.2% ,C 0.04%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]上述的一種耐熱鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:Al12% ,Nb 6% , Zr 4% ,Mo 2% , Sn 2.5% , Ta 1.0% , Si 0.4% , C 0.08%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。
[0008]上述的一種耐熱鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成:Al11% ,Nb 5.5% , Zr 3.5% ,Mo 2% , Sn 2.0% , Ta 0.75% , Si 0.3% , C 0.06%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0010]1、本發(fā)明耐熱鈦合金中的鋁含量介于傳統(tǒng)耐熱鈦合金中的鋁含量和T1-Al中間化合物合金中的鋁含量之間，通過適量犧牲傳統(tǒng)耐熱鈦合金的塑性，提高了鈦合金的使用溫度，且該耐熱鈦合金具有良好的綜合性能，可以滿足在650°C條件下長期使用的要求。
[0011]2、相對于傳統(tǒng)的T1-Al-Sn-Zr-Mo-Si系耐熱鈦合金，本發(fā)明的耐熱鈦合金適當提高了 Al元素的含量，Al元素含量的提高可以提高鈦合金的相變點，降低殘余β相的含量，降低鈦合金高溫蠕變過程中的擴散，提高鈦合金的高溫抗蠕變性能；同時，Al元素含量的提高，使得高溫條件下在鈦合金表面生成更多的具有穩(wěn)定保護作用的Al2O3保護膜，提高耐熱鈦合金的表面抗氧化性。雖然Al元素含量的提高，可能生成更多的Ti3Al有序相，降低鈦合金的塑性，但在本發(fā)明中Al元素含量范圍內(nèi)可以有效控制Ti3Al有序相的形成，使其不利影響得到有效控制，同時結(jié)合其他元素的韌化效果，可以使鈦合金具有較好的塑性，如果Al元素含量高出本發(fā)明中的含量范圍，鈦合金的塑性將急劇降低。
[0012]3、本發(fā)明耐熱鈦合金中添加Nb、Zr和Mo，這三種元素按照本發(fā)明中的設(shè)計配比添加在鈦合金中，不但具有較好的固溶強化效果，而且可以有效韌化合金，使得由于Al元素較高而生成Ti3Al有序相的不利影響降低到可控程度，從而使耐熱鈦合金獲得較好的強度、塑性和高溫性能的匹配。
[0013]4、本發(fā)明中添加Sn和Ta主要起到固溶強化的作用，按照本發(fā)明的設(shè)計配比使其具有更好的固溶強化效果，同時添加特定配比的Si元素可以很好的保障耐熱鈦合金的高溫蠕變性能。
[0014]5、本發(fā)明中C元素的加入可以增加耐熱鈦合金中的α +β兩相區(qū)的溫度范圍，增大合金的加工溫度窗口，能夠相對容易的控制初生α相的含量，進一步通過熱處理，可以獲得具有15%?25%初生α相的混合組織，有效協(xié)調(diào)鈦合金的熱穩(wěn)定性能、蠕變性能和疲勞性能，提高耐熱鈦合金的綜合力學(xué)性能。
[0015]本發(fā)明耐熱鈦合金中α相的含量為體積百分含量。
[0016]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例1制備的耐熱鈦合金的顯微組織圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實施例2制備的耐熱鈦合金的顯微組織圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實施例3制備的耐熱鈦合金的顯微組織圖。
[0020]圖4為本發(fā)明實施例4制備的耐熱鈦合金的顯微組織圖。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明耐熱鈦合金由以下重量百分含量的成分組成:Al 10.0%?12.0% ,Nb5.0%?6.0% ,Zr 3.0%?4.0% ,Mo 1.5%?2.5% ,Sn 1.5%?2.5% ,Ta 0.5%?1% , Si 0.2%?0.4%，C 0.04%?0.08%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)，其中，Al的重量百分含量為Nb的重量百分含量的2倍，Al的重量百分含量為Nb的重量百分含量、Zr的重量百分含量和Mo的重量百分含量之和。
[0022]制備本發(fā)明耐熱鈦合金所采用的原料包括Al-Mo中間合金、Al-Nb中間合金、Al-Sn中間合金、海綿鋯、純鉭粉(質(zhì)量純度不低于99.7% )、鋁豆和O級海綿鈦。
[0023]本發(fā)明耐熱鈦合金的制備過程為:將上述原料混合后壓制得到電極，電極經(jīng)真空自耗電弧熔煉制備得到合金鑄錠，合金鑄錠經(jīng)過表面扒皮并切去冒口和尾端后，在液壓鍛造機或鍛錘等自由鍛造設(shè)備上進行開坯鍛造和多火次高溫鍛造，然后在熱乳機上進行乳制，再經(jīng)固溶處理和時效處理后得到耐熱鈦合金。所述開坯鍛造的加熱溫度為1150°C?1250°C，多火次高溫鍛造的鍛造溫度為1000°C?1100 °C，所述乳制的溫度為1000°C?1100°c，所述開坯鍛造和每火次所述高溫鍛造均為兩墩兩拔鍛造，所述固溶處理的溫度為1000°C?1050°C，保溫時間為2h?3h，時效處理的溫度為700°C?750°C，保溫時間為
2.5h?4.5h。本發(fā)明耐熱鈦合金在室溫條件下的抗拉強度不低于llOOMPa，延伸率不低于5.0%，所述耐熱鈦合金在溫度為650°C條件下的抗拉強度不低于640MPa，延伸率不低于15%，所述耐熱鈦合金在應(yīng)力為150MPa，溫度為650°C的條件下保持10h后的殘余變形量不大于0.2%，具有良好的室溫性能與高溫性能匹配。
[0024]實施例1
[0025]本實施例耐熱鈦合金，由以下重量百分含量的成分組成:A1 10.0 % , Nb5.0% , Zr 3.0% ,Mo 2.0% , Sn 1.5%，Ta 0.5% ,Si 0.2% ,C 0.04%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)。
[0026]本實施例耐熱鈦合金的制備方法為:原料采用Al-Mo中間合金、Al-Nb中間合金、Al-Sn中間合金、海綿鋯、純鉭粉(質(zhì)量純度不低于99.7% )、鋁豆和O級海綿鈦，將上述原料混合均勻后壓制得到電極，電極經(jīng)真空自耗電弧熔煉制備得到合金鑄錠，合金鑄錠經(jīng)過表面扒皮并切去冒口和尾端后，在液壓鍛造機上進行