CN102978440B

CN102978440B - 一种短时高温高强钛合金

Info

Publication number: CN102978440B
Application number: CN201210545624.2A
Authority: CN
Inventors: 葛鹏; 洪权; 周伟; 李倩
Original assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Current assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: CN102978440A

Abstract

本发明公开了一种短时高温高强钛合金，由以下重量百分比的成分组成：Al 5.8%~7.0%，Sn 2%~4%，Zr 2%~4%，W+Mo+Cr 5.0%~7.0%，C≤0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质；其中，Mo≤3.0%，Cr≤1.0%。本发明短时高温高强钛合金热工艺性良好，热处理后可获得高的强塑性配合，600℃抗拉强度达到810MPa，500℃抗拉强度达到900MPa，适于短时高温高承力零部件应用。

Description

一种短时高温高强钛合金

技术领域

本发明属于高温钛合金技术领域，具体涉及一种短时高温高强钛合金。

背景技术

航空发动机是高温钛合金最主要的应用领域。为了满足高性能航空发动机长寿命安全服役的要求，高温钛合金不但应具有高的高温强度，还应当具有良好的热稳定、蠕变、高温疲劳、抗氧化等性能。综合考虑这些要求，可在500℃以上长期服役的高温钛合金一般选用近α型合金，如Ti-6242S、IMI834、Ti-1100等。这些合金在500℃强度一般低于800MPa，在600℃强度一般低于680MPa。航天等短时应用，对热稳定、蠕变、疲劳及抗氧化性的要求较低，高温热强性成为最主要的关注点，希望尽可能提高钛合金的高温强度。对于航天领域，薄板是最重要的应用产品形式。现有近α高温钛合金的加工窗口窄、热塑性较差，容易开裂，薄板制备的难度较高，难以满足应用的需求，急需开发具有良好工艺性的新型短时高温高强钛合金。研究表明，一定含量β稳定元素的加入可有效提高钛合金的高温强度及热工艺性，但某些或过量β稳定元素的加入会导致高温强度的下降，而中性元素Sn和Zr对于钛合金高温强度的提高起有利作用。因此，对于新型短时高温钛合金的研发设计显得尤其重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高温强度及热工艺性优良的短时高温高强钛合金。该短时高温高强钛合金为一种α+β两相钛合金，热处理后可获得高的强塑性配合，600℃抗拉强度达到810MPa，500℃抗拉强度达到900MPa，适于短时高温高承力零部件应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al 5.8%~7.0%，Sn2%~4%，Zr 2%~4%，W+Mo+Cr 5.0%~7.0%，C≤0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质；其中，Mo≤3.0%，Cr≤1.0%；所述高温高强钛合金是指热处理后500℃抗拉强度为800MPa~900MPa，600℃抗拉强度为730MPa~810MPa，700℃抗拉强度为610MPa~680MPa的钛合金。

上述的一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al6.5%，Sn3.0%，Zr3.0%，W3.0%，Mo2.0%，Cr0.5%，C0.12%，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al 7%，Sn2.0%，Zr4.0%，W5.0%，Mo1.5%，Cr0.4%，C0.08%，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al5.8%，Sn3.0%，Zr3.0%，W4.0%，Mo2.5%，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al6.3%，Sn4.0%，Zr2.0%，W3.0%，Mo2.8%，Cr0.8%，C0.05%，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al6.0%，Sn3.0%，Zr3.0%，W3.0%，Mo3.0%，Cr1.0%，C0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al6.7%，Sn2.0%，Zr4.0%，W3.0%，Mo1.0%，Cr1.0%，C0.10%，余量为Ti和不可避免的杂质。

本发明的制备方法为钛合金的常规制备方法：根据需要选择合适的中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，经真空自耗电弧重熔法得到合金锭，合金锭在液压锻造机或锻锤等自由锻造设备上进行开坯锻造，可根据需要进行棒材锻造、板材轧制、棒丝材轧制等热加工工艺制成成品。成品经退火或固溶时效后使用。

本发明与现有技术相比具有以下优点：该短时高温高强钛合金热加工性优良，室温强度可在1050MPa~1300MPa较宽范围内调整，在500℃-700℃温度范围内同比现有商业高温钛合金具有更高的强度，满足短时高温应用对钛合金性能的要求。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

具体实施方式

本发明一种短时高温高强钛合金，所涉及的中间合金包括铝钼合金、海绵锆、钛锡合金、钛钨合金、碳化铬等，所使用的海绵钛为0级或1级。其合金的重量百分比组成为Al 5.8%~7.0%，Sn 2%~4%，Zr 2%~4%，W+Mo+Cr 5.0%~7.0%，C≤0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质；其中，Mo≤3.0%，Cr≤1.0%。根据需要选择合适的中间合金，将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，用常规真空自耗电弧炉经二次或三次熔炼铸成合金锭，合金锭在1100℃-1200℃温度下开坯锻造，成品棒材锻造、板材轧制温度930℃-980℃。合金成品经900℃-970℃、600℃-700℃双重退火处理后的室温拉伸性能为：σ_b:1150-1300MPa，σ_0.2:1030-1200MPa，δ:11%~17%；500℃抗拉强度：800MPa-900MPa；600℃抗拉强度：730MPa-810MPa；700℃抗拉强度：610MPa-680MPa。

实施例1

本实施例合金的名义成分为Ti-6.5Al-3Sn-3Zr-3W-2Mo-0.5Cr-0.12C，即按重量百分比计为Al:6.5%，Sn:3.0%，Zr:3.0%，W:3.0%，Mo:2.0%，Cr:0.5%，C:0.12%，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：Al-60Mo合金、Ti-80Sn合金、火器级海绵锆、Ti-30W合金、碳化铬、0级海绵钛。

本实施例的制备方法：将中间合金（Al-60Mo合金、Ti-80Sn合金、Ti-30W合金和碳化铬）与海绵钛按设计成分混合压制电极后，用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭经两火次锻造，最终在950℃轧制锻成直径为15mm的钛合金圆棒。

本实施例钛合金棒材经970℃/1h＋700℃/4h处理后的室温拉伸性能为：σ_b:1240MPa，σ_0.2:1130MPa，δ:15％；500℃抗拉强度：870MPa；600℃抗拉强度：750MPa；700℃抗拉强度：660MPa。

实施例2

本实施例合金的名义成分为Ti-7Al-2Sn-4Zr-5W-1.5Mo-0.4Cr-0.08C，即按重量百分比计为Al:7%，Sn:2.0%，Zr:4.0%，W:5.0%，Mo:1.5%，Cr:0.4%，C:0.08%，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：Al-60Mo合金、Ti-80Sn合金、火器级海绵锆、Ti-30W合金、碳化铬、0级海绵钛。

将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭经两火次锻造，最终在970℃轧成直径为6mm厚的板材。

本实施例合金板材经950℃/1h＋600℃/4h处理后的室温拉伸性能为：σ_b:1290MPa，σ_0.2:1200MPa，δ:12％；500℃抗拉强度：900MPa；600℃抗拉强度：790MPa。

实施例3

本实施例合金的名义成分为Ti-5.8Al-3Sn-3Zr-4W-2.5Mo，即按重量百分比计为Al:5.8%，Sn:3.0%，Zr:3.0%，W:4.0%，Mo:2.5%，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：Al-60Mo合金、Ti-80Sn合金、火器级海绵锆、Ti-30W合金、1级海绵钛。

将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭经两火次锻造，最终在950℃锻成直径100mm棒材。

本实施例合金棒材经950℃/1h＋650℃/4h处理后的室温拉伸性能为：σ_b:1210MPa，σ_0.2:1120MPa，δ:13％；550℃抗拉强度：810MPa；650℃抗拉强度：710MPa。

实施例4

钛合金的名义成分为Ti-6.3Al-4Sn-2Zr-3W-2.8Mo-0.8Cr-0.05C，即按重量百分比计为Al:6.3%，Sn:4.0%，Zr:2.0%，W:3.0%，Mo:2.8%，Cr:0.8%，C:0.05%，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：Al-60Mo合金、Ti-80Sn合金、火器级海绵锆、Ti-30W合金、碳化铬、金属铬、0级海绵钛。

将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭经两火次锻造，最终在930℃轧制直径20mm棒材。

本实施例合金棒材经900℃/1h＋600℃/4h处理后的室温拉伸性能为：σ_b:1230MPa，σ_0.2:1150MPa，δ:16％；500℃抗拉强度：850MPa；600℃抗拉强度：740MPa。

实施例5

钛合金的名义成分为Ti-6Al-3Sn-3Zr-3W-3Mo-1Cr-0.15C，即按重量百分比计为Al:6.0%，Sn:3.0%，Zr:3.0%，W:3.0%，Mo:3.0%，Cr:1.0%，C:0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：Al-60Mo合金、Ti-80Sn合金、火器级海绵锆、Ti-30W合金、碳化铬、金属铬、0级海绵钛。

将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭经两火次锻造两火次轧制，最终在960℃轧制成厚度12mm板材。

本实施例合金棒材经950℃/1h＋600℃/4h处理后的室温拉伸性能为：σ_b:1300MPa，σ_0.2:1230MPa，δ:10％；600℃抗拉强度：800MPa；700℃抗拉强度：690MPa。

实施例6

钛合金的名义成分为Ti-6.7Al-2Sn-4Zr-3W-1Mo-1Cr-0.10C，即按重量百分比计为Al:6.7%，Sn:2.0%，Zr:4.0%，W:3.0%，Mo:1.0%，Cr:1.0%，C:0.10%，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：Al-60Mo合金、Ti-80Sn合金、火器级海绵锆、Ti-30W合金、碳化铬、金属铬、铝豆、0级海绵钛。

将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金锭经两火次锻造及两火次轧制，最终在940℃轧制成厚度6mm板材。

本实施例合金棒材经950℃/1h＋550℃/4h处理后的室温拉伸性能为：σ_b:1250MPa，σ_0.2:1180MPa，δ:12％；600℃抗拉强度：750MPa；700℃抗拉强度：640MPa。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al5.8%～7.0%，Sn2%～4%，Zr2%～4%，W+Mo+Cr5.0%～7.0%，C≤0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质；其中，Mo≤3.0%，Cr≤1.0%；所述高温高强钛合金是指合金成品经900℃-970℃、600℃-700℃双重退火处理后500℃抗拉强度为800MPa～900MPa，600℃抗拉强度为730MPa～810MPa，700℃抗拉强度为610MPa～680MPa的钛合金。

2.根据权利要求1所述的一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al6.5%，Sn3.0%，Zr3.0%，W3.0%，Mo2.0%，Cr0.5%，C0.12%，余量为Ti和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al7%，Sn2.0%，Zr4.0%，W5.0%，Mo1.5%，Cr0.4%，C0.08%，余量为Ti和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al5.8%，Sn3.0%，Zr3.0%，W4.0%，Mo2.5%，余量为Ti和不可避免的杂质。

5.根据权利要求1所述的一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al6.3%，Sn4.0%，Zr2.0%，W3.0%，Mo2.8%，Cr0.8%，C0.05%，余量为Ti和不可避免的杂质。

6.根据权利要求1所述的一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al6.0%，Sn3.0%，Zr3.0%，W3.0%，Mo3.0%，Cr1.0%，C0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质。

7.根据权利要求1所述的一种短时高温高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al6.7%，Sn2.0%，Zr4.0%，W3.0%，Mo1.0%，Cr1.0%，C0.10%，余量为Ti和不可避免的杂质。