一种钛铝合金材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种钛铝合金材料及其制备工艺。
背景技术
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域,世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用,20世纪50~60年代,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金,70年代开发出一批耐蚀钛合金,80年代以来,耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。
钛合金是以钛为基础加入应用了钛合金的产品其他元素组成的合金,钛有两种同质异晶体:882℃以下为密排六方结构α钛,882℃以上为体心立方的β钛,合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类:稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等,其中铝是钛合金主要合金元素,它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果,稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素,又可分同晶型和共析型二种,前者有钼、铌、钒等;后者有铬、锰、铜、铁、硅等,对相变温度影响不大的元素为中性元素,有锆、锡等,氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质,氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降,通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15~0.2%和0.04~0.05%以下,氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物,使合金变脆,通常钛合金中氢含量控制在 0.015%以下。
钛合金在加工时容易混入氧和氮等杂质,影响了钛合金使用的功能和品质。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无氮氧杂质,具有抗蚀性好、强度高、低温性能好、导热弹性小等优点,适合用于制作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件的钛铝合金材料及其制备工艺。
为解决上述问题,本发明采用如下技术方案:
一种钛铝合金材料及其制备工艺,按照重量百分比含量含有:Al7-7.5%,Cr0.1-0.25%,Mn0.5-0.8%,Nb1.2-1.4%,Mo0.15-0.3%,W5-6%,Bi0.75-0.9%,Dy0.05-0.08%,Gd0.05-0.15%,Er0.3-0.45%,Ce3-4%,Zr2-2.5%,Sn3-3.5%,其余为Ti。
进一步的,按照重量百分比含量含有:Al7.2%,Cr0.18%,Mn0.65%,Nb1.3%,Mo0.22%,W5.5%,Bi0.83%,Dy0.07%,Gd0.1%,Er0.38%,Ce3.5%,Zr2.25%,Sn3.25%,其余为Ti。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种钛铝合金材料的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:包括以下步骤:
1)按照重量百分比含量提取Al7-7.5%,Cr0.1-0.25%,Mn0.5-0.8%,Nb1.2-1.4%,Mo0.15-0.3%,W5-6%,Bi0.75-0.9%,其中W为金属粉末,其余材料为金属锭,将原料投入到依次投入熔炼炉中,保持熔炼炉中的温度为2300℃-2500℃,对金属进行精炼,精炼时间为10-12分钟,精炼完成后进行3次电磁搅拌,静置5分钟后出去熔炉表层的杂质,备用;
2)按照重量百分比含量提取Dy0.05-0.08%,Gd0.05-0.15%,Er0.3-0.45%,Ce3-4%,Zr2-2.5%,Sn3-3.5%与Ti一同放入真空电弧熔炉中,保持真空电弧熔炉中密封,在真空度为3pa-10pa,温度为1260℃下加热4小时,备用;
3)将步骤1)得到的合金与步骤2)得到的合金在真空电弧熔炉中混合,在真空度为3-10pa,温度为1800℃-1900℃下加热10分钟,保温静置1-2分钟,将温度降到700℃,浇铸到制模具中,得到钛铝合金毛坯件,将毛坯钛铝合金在1200℃下电淬火10分钟,600℃固溶处理12小时,制得钛铝合金细坯件,备用;
4)将步骤3)所得细坯件经过轧机轧制成10mm厚钛铝合金板,在1000吨锻造机锻造5分钟,退火1小时,退火温度为500℃-550℃,再次轧制成4-6mm板材,将板材在1200℃下电淬火10分钟后,在300℃-350℃下回火。
该技术方案采用真空电弧熔进行加热,使得钛铝合金内无氮氧杂质,具有抗蚀性好、强度高、低温性能好、导热弹性小等优点,适合用于制作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
本发明的有益效果是:该钛铝合金材料在潮湿的大气和海水介质中工作,其抗蚀性远优于不锈钢;对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强;对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力,但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差,钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右,仅为钢的60%,纯钛的密度才接近普通钢的密度,一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度,因此钛合金的比强度远大于其他金属结构材料,在加工过程中经过锻造、淬火使得钛铝合金材料的强度更高,使得钛合金在低温和超低温下,仍能保持其力学性能。
具体实施方式
实施例1:
一种钛铝合金材料及其制备工艺,按照重量百分比含量含有:Al7%,Cr0.1%,Mn0.5%,Nb1.2%,Mo0.15%,W5%,Bi0.75%,Dy0.05%,Gd0.05%,Er0.45%,Ce4%,Zr2.5%,Sn3.5%,其余为Ti。
一种钛铝合金材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按照重量百分比含量提取Al7%,Cr0.1%,Mn0.5%,Nb1.2%,Mo0.15%,W5%,Bi0.75%,其中W为金属粉末,其余材料为金属锭,将原料投入到依次投入熔炼炉中,保持熔炼炉中的温度为2300℃-2500℃,对金属进行精炼,精炼时间为10-12分钟,精炼完成后进行3次电磁搅拌,静置5分钟后出去熔炉表层的杂质,备用;
2)按照重量百分比含量提取Dy0.05%,Gd0.05%,Er0.45%,Ce4%,Zr2.5%,Sn3.5%与Ti一同放入真空电弧熔炉中,保持真空电弧熔炉中密封,在真空度为3pa-10pa,温度为1260℃下加热4小时,备用;
3)将步骤1)得到的合金与步骤2)得到的合金在真空电弧熔炉中混合,在真空度为3-10pa,温度为1800℃-1900℃下加热10分钟,保温静置1-2分钟,将温度降到700℃,浇铸到制模具中,得到钛铝合金毛坯件,将毛坯钛铝合金在1200℃下电淬火10分钟,600℃固溶处理12小时,制得钛铝合金细坯件,备用;
4)将步骤3)所得细坯件经过轧机轧制成10mm厚钛铝合金板,在1000吨锻造机锻造5分钟,退火1小时,退火温度为500℃-550℃,再次轧制成4-6mm板材,将板材在1200℃下电淬火10分钟后,在300℃-350℃下回火。
实施例2:
一种钛铝合金材料及其制备工艺,按照重量百分比含量含有:Al7.2%,Cr0.18%,Mn0.65%,Nb1.3%,Mo0.22%,W5.5%,Bi0.83%,Dy0.07%,Gd0.1%,Er0.38%,Ce3.5%,Zr2.25%,Sn3.25%,其余为Ti。
一种钛铝合金材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按照重量百分比含量提取l7.2%,Cr0.18%,Mn0.65%,Nb1.3%,Mo0.22%,W5.5%,Bi0.83%,其中W为金属粉末,其余材料为金属锭,将原料投入到依次投入熔炼炉中,保持熔炼炉中的温度为2300℃-2500℃,对金属进行精炼,精炼时间为10-12分钟,精炼完成后进行3次电磁搅拌,静置5分钟后出去熔炉表层的杂质,备用;
2)按照重量百分比含量提取Dy0.07%,Gd0.1%,Er0.38%,Ce3.5%,Zr2.25%,Sn3.25%与Ti一同放入真空电弧熔炉中,保持真空电弧熔炉中密封,在真空度为3pa-10pa,温度为1260℃下加热4小时,备用;
3)将步骤1)得到的合金与步骤2)得到的合金在真空电弧熔炉中混合,在真空度为3-10pa,温度为1800℃-1900℃下加热10分钟,保温静置1-2分钟,将温度降到700℃,浇铸到制模具中,得到钛铝合金毛坯件,将毛坯钛铝合金在1200℃下电淬火10分钟,600℃固溶处理12小时,制得钛铝合金细坯件,备用;
4)将步骤3)所得细坯件经过轧机轧制成10mm厚钛铝合金板,在1000吨锻造机锻造5分钟,退火1小时,退火温度为500℃-550℃,再次轧制成4-6mm板材,将板材在1200℃下电淬火10分钟后,在300℃-350℃下回火。
实施例3:
一种钛铝合金材料及其制备工艺,按照重量百分比含量含有:Al7.5%,Cr0.25%,Mn0.8%,Nb1.4%,Mo0.3%,W6%,Bi0.9%,Dy0.08%,Gd0.15%,Er0.45%,Ce4%,Zr2.5%,Sn3.5%,其余为Ti。
一种钛铝合金材料的制备方法,包括以下步骤:
1)按照重量百分比含量提取Al7.5%,Cr0.25%,Mn0.8%,Nb1.4%,Mo0.3%,W6%,Bi0.9%,其中W为金属粉末,其余材料为金属锭,将原料投入到依次投入熔炼炉中,保持熔炼炉中的温度为2300℃-2500℃,对金属进行精炼,精炼时间为10-12分钟,精炼完成后进行3次电磁搅拌,静置5分钟后出去熔炉表层的杂质,备用;
2)按照重量百分比含量提取Dy0.08%,Gd0.15%,Er0.45%,Ce4%,Zr2.5%,Sn3.5%与Ti一同放入真空电弧熔炉中,保持真空电弧熔炉中密封,在真空度为3pa-10pa,温度为1260℃下加热4小时,备用;
3)将步骤1)得到的合金与步骤2)得到的合金在真空电弧熔炉中混合,在真空度为3-10pa,温度为1800℃-1900℃下加热10分钟,保温静置1-2分钟,将温度降到700℃,浇铸到制模具中,得到钛铝合金毛坯件,将毛坯钛铝合金在1200℃下电淬火10分钟,600℃固溶处理12小时,制得钛铝合金细坯件,备用;
4)将步骤3)所得细坯件经过轧机轧制成10mm厚钛铝合金板,在1000吨锻造机锻造5分钟,退火1小时,退火温度为500℃-550℃,再次轧制成4-6mm板材,将板材在1200℃下电淬火10分钟后,在300℃-350℃下回火。
实施例1-3得到的合金的性能列于下表
实施例 |
抗拉强度 |
-20℃抗拉强度 |
导热弹性模量 |
1 |
300MPa |
260MPa |
50MPa |
2 |
320MPa |
280MPa |
60MPa |
3 |
310MPa |
270MPa |
55MPa |
本发明的有益效果是:该钛铝合金材料在潮湿的大气和海水介质中工作,其抗蚀性远优于不锈钢;对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强;对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力,但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差,钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右,仅为钢的60%,纯钛的密度才接近普通钢的密度,一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度,因此钛合金的比强度远大于其他金属结构材料,在加工过程中经过锻造、淬火使得钛铝合金材料的强度更高,使得钛合金在低温和超低温下,仍能保持其力学性能。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何不经过创造性劳动想到的变化或替换,都应涵盖在本实用新保护范围为准。