CN101457313A - 一种含有稀土元素的高温钛合金 - Google Patents

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张翥
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Abstract

本发明涉及一种含有稀土元素的高温钛合金，其特征在于含有：5.5－7重量％的铝(Al)；0.5－3重量％的锡(Sn)和/或镓(Ga)；0.08－0.2重量％的氧(O)，0.45～0.55重量％的硅(Si)；4～5.5重量％的Zr或Hf；0.3～0.5重量％的Mo；0.3～0.5重量％的Nb和/或Ta；0.6～0.85重量％的稀土元素Y、Nd或Er；其余间隙和杂质元素按常规钛合金控制，余量为钛。本发明的优点是：合金的室温强度不低于1100MPa，600℃的高温强度不低于650MPa。

Description

一种含有稀土元素的高温钛合金
技术领域
本发明涉及一种含有稀土元素的高温钛合金。
背景技术
发展大推重比和长寿命的航空发动机是航空飞行器不断发展追求的重要目标之一。耐高温、高比强、抗疲劳、耐腐蚀、长寿命和低成本等要求成为飞机发动机选材的标准。
气轮发动机中高温部件较多使用镍基合金和铁基合金，其使用温度虽高，但最大的缺点在于密度太大。而高温钛合金除具有较高的使用温度外，其最大的优点在于具有低的密度和高的比强度。现在的研究表明，镍基合金Inconel718和In-100高温机械性能绝对值虽高于高温钛合金，但如考虑密度系数，镍基合金性能明显低于高温钛合金。因此相对于镍基和铁基高温合金，钛合金的使用就可减轻重量并提高推重比。
因此，提供一种应用于航空发动机等有耐高温、长寿命要求的环境的高温钛合金就成为该技术领域急需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于航空发动机等有耐高温、长寿命要求的环境的高温钛合金。
本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：
一种含有稀土元素的高温钛合金，其组成为含有：5.5-7重量％的铝(Al)；0.5-3重量％的锡(Sn)和/或镓(Ga)；0.08-0.2重量％的氧(O)，0.45～0.55重量％的硅(Si)；4～5.5重量％的Zr或Hf；0.3～0.5重量％的Mo；0.3～0.5重量％的Nb和/或Ta；0.6～0.85重量％的稀土元素Y、Nd或Er；其余间隙和杂质元素按常规钛合金控制，余量为钛。
一种优选技术方案，其特征在于：[Al]当量＝7.965％-8.025％，Al当量为：[Al]＝Al％+0.46(Sn％)+0.42(Ga％)+6.7(O％)。
其中：Al％：为Al元素的重量百分含量；
Sn％：为Sn元素的重量百分含量；
Ga％：为Ga元素的重量百分含量；
O％：为O元素的重量百分含量。
本发明的合金可用市售的纯金属和中间合金利用真空自耗熔炼、凝壳炉熔炼、等离子束熔炼、电子束熔炼、悬浮炉熔炼等多种熔炼方法熔炼，也可采用这些方法的组合。上述的熔炼方法均为常规的熔炼方法。
本发明合金的铸锭在相变点以上开坯，进行中间锻造或轧制，制成棒坯。棒坯在相变点上100～150℃范围内加热，然后采用轧制或锻造成形方法制成棒材，棒材采用直接时效处理。
本发明的优点是：合金的室温强度不低于1100MPa，600℃的高温强度不低于650MPa。
下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
具体实施方式
实施例1
将市售的海绵钛、海绵锆、纯铝、纯硅、铝钼中间合金、铝钕中间合金、钛铌钽中间合金和铝锡中间合金按表1的成分配比(重量百分比，下同)制备成电极块，电极块在真空等离子箱内焊接成真空自耗电极，然后进行三次真空自耗熔炼制成铸锭。铸锭在相变点上开坯锻造，经过中间锻造后制成φ35mm的轧制棒坯，棒坯加热到1150℃后，在横列式轧机上轧制成φ15mm棒材。
轧制成的棒材经过表2中所列的热处理制度处理后，按GB/T228-2002的要求进行力学性能测试，其力学性能见表2。
表1
 
化学成分 Al Sn Zr Mo Nb Ta Nd Si O C H N Ti
量 6 3 5.5 0.42 0.24 0.18 0.6 0.45 0.09 0.05 0.005 0.006 余量
表2
Figure A200710179338D00051
表2中Rm表示抗拉强度，Rp0.2、表示屈服强度，A表示延伸率，Z表示面缩率。
实施例2
将市售的海绵钛、纯铪、纯铝、纯硅、铝钼中间合金、铝钇中间合金、钛铌中间合金、铝镓中间合金和铝锡中间合金按表3的成分配比制备成电极块，电极块在真空等离子箱内焊接成真空自耗电极，然后进行三次真空自耗熔炼制成铸锭。铸锭在相变点上开坯锻造，经过中间锻造后制成φ35mm的轧制棒坯，棒坯加热到1150℃后，在横列式轧机上轧制成φ15mm棒材。
轧制成的棒材经过表4中所列的热处理制度处理后，按GB/T228-2002的要求进行力学性能测试，其力学性能见表4。
表3 实施例2中合金的配比成分
 
学成分 Al Sn Ga Hf Mo Nb Y Si O C H N Ti
量 6.9 0.5 0.5 4 0.32 0.32 0.7 0.5 0.10 0.05 0.005 0.006 余量
表4 实施例2中棒材的力学性能
Figure A200710179338D00061
实施例3
将市售的海绵钛、海绵锆、纯铝、纯硅、铝钼中间合金、铝铒中间合金、钛铌中间合金和铝锡中间合金按表5的成分配比制备成电极块，电极块在真空等离子箱内焊接成真空自耗电极，然后进行三次真空自耗熔炼制成铸锭。铸锭在相变点上开坯锻造，经过中间锻造后制成φ35mm的轧制棒坯，棒坯加热到1150℃后，在横列式轧机上轧制成φ15mm棒材。
轧制成的棒材经过表6中所列的热处理制度处理后，按GB/T228-2002的要求进行力学性能测试，其力学性能见表6。
表5
 
化学成分 Al Sn Zr Mo Nb Er Si O C H N Ti
含量 5.8 3 5 0.5 0.5 0.85 0.55 0.13 0.05 0.005 0.006 余量
表6
Figure A200710179338D00062

Claims (2)

1、一种含有稀土元素的高温钛合金，其特征在于含有：5.5-7重量％的铝(Al)：0.5-3重量％的锡(Sn)和/或镓(Ga)；0.08-0.2重量％的氧(0)，0.45～0.55重量％的硅(Si)；4～5.5重量％的Zr或Hf；0.3～0.5重量％的Mo；0.3～0.5重量％的Nb和/或Ta；0.6～0.85重量％的稀土元素Y、Nd或Er；其余间隙和杂质元素按常规钛合金控制，余量为钛。
2、根据权利要求1所述的含有稀土元素的高温钛合金，其特征在于：Al％+0.46(Sn％)+0.42(Ga％)+6.7(0％)＝7.965％-8.025％。
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