一種適用于650℃溫度下使用的高溫鈦合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高溫鈦合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦合金由于其優(yōu)異的性能，在航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。隨著航空、航天飛行 器飛行速度的增加，對(duì)飛行器結(jié)構(gòu)部件使用溫度的要求越來越高，常規(guī)鈦合金已經(jīng)不能滿 足使用溫度對(duì)材料的要求，因此需要發(fā)展新型的及耐熱溫度在650°c以上的輕質(zhì)耐熱高溫 鈦合金結(jié)構(gòu)材料。
[0003] 對(duì)于鈦合金來說，近a型鈦合金具有較好的高溫強(qiáng)度和塑性，特別適合于 鈦合金在高溫下的用途，因而目前高溫鈦合金大多為近a型鈦合金。其中，又以 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系鈦合金占主導(dǎo)地位。美國的Ti-1100,英國的頂1829、頂1834鈦合 金，俄羅斯的BT18Y、BT36合金，以及中國的Ti60、Ti600等都是Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si，這些 合金的使用溫度都在600°C以下。
[0004] 由以上可知，現(xiàn)有鈦合金的使用溫度一般在600°C以下，當(dāng)鈦合金在溫度為650°C 以上時(shí)，存在強(qiáng)度差、抗氧化性不足的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決現(xiàn)有鈦合金的使用溫度一般在600°C以下，當(dāng)鈦合金在溫度為 650°C以上時(shí)，存在強(qiáng)度差、抗氧化性不足的問題，而提供一種適用于650°C溫度下使用的高 溫鈦合金及其制備方法。
[0006] 一種適用于650°C溫度下使用的高溫鈦合金按重量百分比由5 %~7 %的A1、 4%~6%的 Sn、9%~12%的 Zr、0. 7%~1. 0% Mo、0. 1%~0? 3% Si、l%~2% Nb、l%~ 2% W、0. 1%~0. 5% Y、0. 3%~0. 8% B和余量為Ti組成，所述的適用于650°C溫度下使用 的高溫鈦合金的抗拉強(qiáng)度為553MPa~572MPa，屈服強(qiáng)度為431. OMPa~460MPa，伸長率為 6. 0%~8. 4%〇
[0007] 本發(fā)明的一種適用于650°C溫度下使用的高溫鈦合金依據(jù)GB/T 4338-2006標(biāo) 準(zhǔn)，在拉伸溫度為650°C下測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為553MPa~572MPa，屈服強(qiáng)度為431. OMPa~ 460MPa，伸長率為 6. 0%~8. 4%。
[0008] 一種適用于650°C溫度下使用的高溫鈦合金的制備方法，是按照以下步驟進(jìn)行 的：
[0009] 一、稱取各組分：按各元素重量百分比組成為5%~7%的Al、4%~6%的Sn、 9%~12% 的 Zr、0. 7%~1. 0% Mo、0. 1%~0.3%Si、l%~2%Nb、l%~2% W、0. 1%~ 0. 5% Y、0. 3%~0. 8% B和余量為Ti分別稱取海綿鈦、高純鋁錠、高純海綿鋯、高純錫錠、 Al-Mo中間合金、Al-Nb中間合金、A1-W中間合金、Al-Si中間合金、A1-Y中間合金及含硼原 材料為原料；
[0010] 二、熔煉：將步驟一稱取的原料利用水冷銅坩堝真空感應(yīng)熔煉法或真空自耗電極 電弧熔煉法制備得到高溫鈦合金鑄錠；
[0011] 三、熱等靜壓處理：在氬氣壓力llOMPa~150MPa及加熱溫度為900°C~950°C的 條件下，將高溫鈦合金鑄錠保溫2h~3h，隨爐冷卻，得到熱等靜壓后的高溫鈦合金鑄錠；
[0012] 四、熱處理：將熱等靜壓后的高溫鈦合金鑄錠在溫度為940°C~975°C下保溫lh~ 3h，自然冷卻，然后在溫度為650 °C~750 °C下保溫lh~3h，自然冷卻，即得到適用于650 °C 溫度下使用的高溫鈦合金；
[0013] 當(dāng)步驟二中將步驟一稱取的原料利用水冷銅坩堝真空感應(yīng)熔煉法制備得到高溫 鈦合金鑄錠時(shí)，具體是按以下步驟進(jìn)行的：首先將稱取的海綿鈦及高純海綿鋯混合均勻，然 后向混合后的海綿鈦及高純海綿鋯中加入Al-Mo中間合金、Al-Nb中間合、A1-W中間合金及 Al-Si中間合金，繼續(xù)混合均勻，得到混合材料，將混合材料置于熔煉爐的銅坩堝內(nèi)，將高純 鋁錠、高純錫錠、A1-Y中間合金及用鋁箔包住的含硼原材料置于熔煉爐的二次加料斗內(nèi)，對(duì) 熔煉爐進(jìn)行抽真空至真空度達(dá)到l(T 3mbar，然后以速度為10kW/min~20kW/min加載功率 至200kW~300kW，熔煉至銅坩堝內(nèi)的混合材料完全融化，得到合金熔體，然后將二次加料 斗的高純鋁錠、高純錫錠、A1-Y中間合金及用鋁箔包住的含硼原材料加入到合金熔體中，加 熱至合金熔化，并在合金熔化溫度下保溫15min~20min，得到高溫鈦合金熔體，然后將銅 坩堝翻轉(zhuǎn)，將高溫鈦合金熔體傾倒入鋼模具中，lmin后向熔煉爐體內(nèi)充入氬氣，然后開爐， 得到高溫鈦合金鑄錠；
[0014] 當(dāng)步驟二中將步驟一稱取的原料利用真空自耗電極電弧熔煉法制備得到高溫鈦 合金鑄錠時(shí)，具體是按以下步驟進(jìn)行的：首先將稱取的海綿鈦及高純海綿鋯混合均勻，然后 向混合后的海綿鈦及高純海綿鋯中加入高純鋁錠、高純錫錠、Al-Mo中間合金、Al-Nb中間 合金、A1-W中間合金、Al-Si中間合金及A1-Y中間合金，繼續(xù)混合均勻，得到混合材料，將混 合材料利用壓力機(jī)壓制成電極塊，然后將電極塊在真空焊箱內(nèi)組焊成自耗電極，最后將自 耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行第一次熔煉，得到圓柱型的一次錠，將圓柱型的一次錠從 圓形面頂部陣列鉆有n個(gè)孔槽，再將含硼原材料均勻分成n份并置于n個(gè)孔槽內(nèi)，然后將內(nèi) 部含有含硼原材料的圓柱型的一次錠在真空自耗電弧爐中進(jìn)行2次熔煉，得到高溫鈦合金 鑄錠；所述的n彡1。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的高溫鈦合金在650°C下仍然具有較高的強(qiáng)度和塑 性，并且其抗氧化性能優(yōu)良。本發(fā)明中的高溫鈦合金由于加入了 Y和B元素，得到的高溫鈦 合金顯微組織細(xì)小、力學(xué)性能優(yōu)良，在拉伸溫度為650°C下，抗拉強(qiáng)度為553MPa~572MPa， 屈服強(qiáng)度為431. OMPa~460MPa，伸長率為6. 0%~8. 4%。
[0016] 原理：Y和B加入后，在高溫鈦合金的凝固過程中，Y和B在合金的固液界面前沿溶 質(zhì)富集，影響液相線溫度，引起成分過冷，促進(jìn)0大量形核，形核后TiB和Y 203也都能阻礙 其長大，同時(shí)也以同樣的方式影響a集束。
[0017] 本發(fā)明用于一種適用于650°C溫度下使用的高溫鈦合金及其制備方法。
【附圖說明】
[0018] 圖1為實(shí)施例一制備的高溫鈦合金在650°C循環(huán)氧化105h后放大5000倍的表面 形貌；
[0019] 圖2為實(shí)施例一制備的高溫鈦合金在650°C循環(huán)氧化105h后放大50000倍的表面 形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】之 間的任意組合。
【具體實(shí)施方式】 [0021] 一：一種適用于650°C溫度下使用的高溫鈦合金按重量百分比由 5%~7% 的 Al、4% ~6% 的 Sn、9%~12% 的 Zr、0. 7%~1. 0% Mo、0. 1%~0? 3% Si、 1 %~2 % Nb、l %~2 % W、0. 1 %~0? 5 % Y、0. 3 %~0? 8 % B和余量為Ti組成，所述 的適用于650°C溫度下使用的高溫鈦合金的抗拉強(qiáng)度為553MPa~572MPa，屈服強(qiáng)度為 431. OMPa ~460MPa，伸長率為 6. 0%~8. 4%。
[0022] 本實(shí)施方式的一種適用于650°C溫度下使用的高溫鈦合金依據(jù)GB/T 4338-2006 標(biāo)準(zhǔn)，在拉伸溫度為650°C下測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為553MPa~572MPa，屈服強(qiáng)度為431. OMPa~ 460MPa，伸長率為 6. 0%~8. 4%。
[0023] 本【具體實(shí)施方式】將熱等靜壓后的高溫鈦合金鑄錠在溫度為933°C~975°C下保溫 lh~3h，即在相變點(diǎn)（983°C )以下8°C~50°C。
[0024] 本【具體實(shí)施方式】為使成分均勻，合金熔化后保溫15min~20min再澆注，通過翻轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)將坩堝翻轉(zhuǎn)將熔化好的高溫鈦合金熔體澆注到模具里面。
[0025] 本【具體實(shí)施方式】當(dāng)步驟二中將步驟一稱取的原料利用真空自耗電極電弧熔煉法 制備得到高溫鈦合金鑄錠時(shí)，n個(gè)孔槽的尺寸形狀相同。
[0026] 本實(shí)施方式的有益效果是：本實(shí)施方式的高溫鈦合金在650°C下仍然具有較高的 強(qiáng)度和塑性，并