CN109722565A - 耐高温钛合金及其制备方法和应用 - Google Patents

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CN109722565A CN201910024040.2A CN201910024040A CN109722565A CN 109722565 A CN109722565 A CN 109722565A CN 201910024040 A CN201910024040 A CN 201910024040A CN 109722565 A CN109722565 A CN 109722565A
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周武
王福清
钱光凝
赵统福
孙宁宁
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Abstract

本发明涉及钛合金技术领域，具体涉及耐高温钛合金及其制备方法和应用。以重量百分比计，所述耐高温钛合金包括：Al 5.57wt％～6.19wt％；Sn 1.83wt％～1.99wt％；Zr 3.65wt％～3.98wt％；Mo 1.86wt％～2.19wt％；Si 0.043wt％～0.057wt％；Ti 83.6wt％～86.8wt％；杂质的总含量≤0.3wt％。本发明提供的耐高温钛合金内部元素分布均匀，稳定性高，且杂质含量低，排除了高低密度夹杂的问题，具有高强度、高韧性和良好的抗蠕变性能的优点，其工作温度高达550℃。

Description

耐高温钛合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及钛合金技术领域，具体涉及耐高温钛合金及其制备方法和应用。
背景技术
钛及钛合金因综合性能优异而成为航空航天等工业的关键材料。受高推重比航空发动机长期发展的推动，高温钛合金的研究一直是钛合金研究领域的热点。目前，常用的高温钛合金主要有Ti-6242、IMI685、IMI829、BT25等。Ti-6242钛合金的名义成分为Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si，对应我国钛合金牌号TA19，它具有高强度、高韧性和良好的抗蠕变性能，主要工作温度为470℃～550℃，用于制作航空发动机的风扇圆盘、压气机盘、叶片、机匣。
在国内，随着先进飞机，尤其是商用大飞机的研制，对航空发动机的推重比要求不断提高，使得对叶片用Ti6242钛合金小规格棒材的冶金缺陷、组织均匀性、杂波水平、力学性能和批次稳定都提出了更高的要求，而要获得以上要求，前提条件就是要获得组织的高度均匀化和稳定化。
目前，钛合金熔炼技术主要为VAR，受大型锻造设备的限制，航空发动机大型钛合金机匣锻件全部靠等温锻造成形，存在模具要求高、加工成本高及等温锻造生产率低的缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种耐高温钛合金，该钛合金中各合金元素分布均匀，且杂质含量低，具有优异的耐高温性能。
本发明的目的之二是提供一种本发明的耐高温钛合金的制备方法。
本发明的目的之三是提供本发明的耐高温钛合金在飞机发动机中的应用。
为实现上述发明目的，本发明第一方面提供一种耐高温钛合金，以重量百分比计，所述耐高温钛合金包括：
本发明第二方面提供一种本发明的耐高温钛合金的制备方法，包括：将金属物料加入电子束冷床炉中进行熔炼，所述电子束冷床炉包括熔化区、精炼区和结晶区，所述熔化区设置4个第一电子枪，精炼区设置1个第二电子枪，结晶区设置2个第三电子枪；其中，包括以下步骤：
(1)将含有钛、铝、锡、钼、硅和锆的金属物料压制成块料，所述块料中Al元素的含量为7.37～8.61wt％，Sn元素的含量为2.24～2.5wt％；
(2)将所述块料在电子束冷床炉中进行预烘；
(3)启枪：启动第一电子枪、第二电子枪和第三电子枪，对电子枪和电子束冷床炉进行预热；
(4)熔炼：调节所述第一电子枪、第二电子枪和第三电子枪的电流，使所述块料完全熔化，得到钛熔液，并用第二电子枪对钛熔液进行精炼，其中，从所述块料开始熔化至完全熔化的时间为25～50min；
(5)将经所述精炼而得的钛液进行结晶、拉锭。
本发明第三方面提供一种本发明的耐高温钛合金在飞机发动机中的应用。
通过上述技术方案，本发明得到以下技术效果：
本发明提供的耐高温钛合金，具有内部元素分布均匀，稳定性高，且杂质含量低，具有强度高、韧性高和抗蠕变性能良好的优点，其工作温度可达到600℃以上。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例中采用的电子束冷床炉的结构示意图；
图2是本发明实施例中采用的电子束冷床炉的电子枪的结构示意图；
图3是本发明实施例中采用的电子束冷床炉的电子枪的照射位置示意图；
图4是本发明测试例中铸锭取样点的位置图。
附图标记说明
1结晶器 2冷床
3进料器 4块料
5挡板 6电子枪
7第一检测器 8第二检测器
9铸锭器 10熔化区
20精炼区 30结晶区
601第一电子枪 602第二电子枪
603第三电子枪
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明第一方面提供一种耐高温钛合金，以重量百分比计，所述耐高温钛合金包括：
优选条件下，以重量百分比计，所述耐高温钛合金包括：
进一步优选的，以重量百分比计，所述耐高温钛合金包括：
本发明提供的耐高温钛合金中杂质的总含量≤0.3wt％，其中，在耐高温钛合金的熔炼过程中，主要的杂质为铁元素、氧元素和氮元素，优选条件下，所述杂质的含量为Fe≤0.035wt％；N≤0.03wt％；O≤0.13wt％，更优选为Fe≤0.03wt％；N≤0.005wt％；O≤0.12wt％，远低于国标的要求(Fe≤0.25，N≤0.05，O≤0.15，其他杂质总和不大于0.30)，因此，可以提供一种纯度提高的耐高温钛合金，可以具有改进的高温下的力学性能。优选条件下，所述耐高温钛合金在550℃下的力学性能为：Rm为1071～1092MPa，Rp0.2为965～990MPa，A为15～18％，ψ为25～32％。
在本发明的研发过程中，本发明的发明人注意到，在制备得到五元耐高温钛合金的过程中，在2000K和平衡蒸汽压为1MPa时，铝元素的蒸汽压将达到642MPa、锡元素的蒸汽压将达到356MPa左右。因此在该五元耐高温钛合金中，各组分金属元素在熔炼过程中的饱和蒸气压存在较大的差异，每种元素均存在一定的烧损挥发，导致产物合金中的各元素含量也与原始物料中的元素含量存在较大差异，得到的合金不符合要求，因此，铝、锡元素作为耐高温钛合金的主要添加元素，其成分控制就显得尤为重要。由此提出本发明以下的制备方法。
本发明第二方面提供一种本发明的耐高温钛合金的制备方法，包括：将金属物料加入电子束冷床炉中进行熔炼，所述电子束冷床炉包括熔化区、精炼区和结晶区，所述熔化区包括4个第一电子枪，精炼区包括1个第二电子枪，结晶区包括2个第三电子枪；包括以下步骤：
(1)将含有钛、铝、锡、钼、硅和锆的金属物料压制成块料，所述块料中Al元素的含量为7.37～8.61wt％，Sn元素的含量为2.24～2.5wt％；
(2)将所述块料在电子束冷床炉中进行预烘；
(3)启枪：启动第一电子枪、第二电子枪和第三电子枪，对电子枪和电子束冷床炉进行预热；
(4)熔炼：调节所述第一电子枪、第二电子枪和第三电子枪的电流，使所述块料完全熔化，得到钛熔液，并用第二电子枪对钛熔液进行精炼，其中，从所述块料开始熔化至完全熔化的时间为25～50min；
(5)将经所述精炼而得的钛液进行结晶、拉锭。
如图1至图2所示(图1是本发明采用的电子束冷床炉的结构示意图；图2是本发明实施例中采用的电子束冷床炉的电子枪的结构示意图；图3是本发明实施例中采用的电子束冷床炉的电子枪的照射位置示意图)；本发明中电子冷床炉的工作过程为：首先将块料4放置在进料器3中，进料器3上的推料器将块料4推送至熔化区10，此时，四个第一电子枪601照射物料4，使物料4熔化产生钛熔液，第一监控器7对熔化过程进行监控，接着钛熔液从熔化区10流入冷床2，通过在熔化区10和冷床2之间设置的挡板5控制流入冷床2的钛熔液的液面高度，冷床中的钛熔液在第二电子枪602的照射下进行精炼，精炼后的钛熔液由冷床2流入结晶器1中，并在第三电子枪603的照射下进行结晶，结晶后的钛熔液在铸锭器9中进行拉锭，通过第二监控器8检测结晶器的液位。
合金中各元素的含量是影响合金性能的重要因素，而决定合金中各元素含量的最主要因素是金属物料中各元素的含量。由于在耐高温钛合金的熔炼过程中，Al元素和Sn元素存在较大的挥发烧损，而Zr元素、Mo元素、Si元素的挥发烧损率较小，因此在熔炼前，可以根据Al元素和Sn元素的挥发烧损率，精确控制Al元素和Sn元素在块料中的含量。优选条件下，所述块料中Al元素的含量为7.37～8.61wt％(例如可以为7.37wt％、7.46wt％、7.63wt％、7.86wt％、7.95wt％、8.08wt％、8.12wt％、8.25wt％、8.35wt％、8.48wt％、8.61wt％及以上数值之间的范围)，更优选为8.08wt％；所述块料中Sn元素的含量为2.24～2.5wt％(例如可以为2.28wt％、2.35wt％、2.38wt％、2.47wt％、2.5wt％及以上数值之间的范围)，更优选为2.35wt％；所述块料中Zr元素的含量为3.66～3.97wt％(例如可以为3.66wt％、3.78wt％、3.84wt％、3.92wt％、3.97wt％及以上数值之间的范围)，更优选为3.84wt％；所述块料中Mo元素的含量为1.62～2.07wt％(例如可以为1.62wt％、1.77wt％、1.81wt％、1.9wt％、1.95wt％、2.07wt％及以上数值之间的范围)，更优选为1.9wt％；所述块料中Si元素的含量为0.059～0.1wt％(例如可以为0.059wt％、0.068wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.1wt％及以上数值之间的范围)，更优选为0.09wt％。
本发明对金属物料的中合金的具体组成没有特殊的要求，为了提高金属物料的熔融速度，降低金属物料的熔融时间，降低Al元素和Sn元素的挥发烧损量，优选条件下，以所述金属物料的总重量为基准，所述金属物料包括：海绵钛82.7～85wt％、AlSn50中间合金4.4～4.9wt％、AlMo40Si10中间合金0.5～0.9wt％、AlMo70中间合金2～2.4wt％、AlZr50中间合金7.2～7.8wt％和Al豆0.9～1.3wt％；更优选的，以所述金属物料的总重量为1计，所述金属物料包括：海绵钛83.7wt％、AlSn50中间合金4.6wt％、AlMo40Si10中间合金0.78wt％、AlMo70中间合金2.22wt％、AlZr50中间合金7.55wt％和Al豆1.15wt％。
本发明中首先将颗粒状或碎屑状的金属物料混合，然后压制成块料，优选的，所述海绵钛的粒径为0.83～12.7mm；所述AlMo40Si10的粒径为2～5mm；所述AlMo70的粒径为2～5mm；所述AlZr50的粒径为2～5mm；所述Al豆为Al99.6，所述Al99.6的粒径为3～5mm。
块料的大小是影响块料熔化速度和金属元素挥发率的因素之一，为了控制Al元素和Sn元素的挥发率。优选条件下，所述块料的重量为10～25kg，优选为20kg，所述块料的长度为200～210mm，厚度为170～200mm。
本发明对块料的进料方式没有特殊的要求，可以为单侧进料也可以为双侧进料，在本发明的一个优选的实施方式中，所述块料为双侧进料，优选条件下，所述块料的进料速度为13～16mm。
优选的，在步骤(2)中，所述预烘的时间为2～5h，预烘的温度为100～130℃；所述电子束冷床炉中的真空度为9.4×10-3～1.1×10-2torr。
电子束冷床炉内的真空度是影响铝元素和锡元素烧损挥发的重要因素之一，真空度越高，铝元素和锡元素的烧损挥发量越低，所制成的耐高温钛合金中铝元素和锡元素的含量越稳定；此外真空度越高，也降低了电子束冷床炉内杂质(氧、氮、铁等)的含量，从而降低了所制成的耐高温钛合金中杂质的含量，提高了耐高温钛合金中金属元素的含量，从而有利于提高耐高温钛合金的耐高温性能。
优选的，在步骤(3)中，所述电子束冷床炉内的真空度为8×10-3～1.1×10-2torr。
由于过高的启枪电流(高于2A)时，会导致块料在启枪阶段开始熔化，而在启枪阶段，电子束冷床炉内的真空度尚未达到熔炼要求，从而导致块料长期处于液态而造成铝元素和锡元素过量挥发，影响耐高温钛合金中元素分布的均匀性，优选的，在步骤(3)中(即启枪阶段)，每个所述第一电子枪的电流不大于2A(例如可以为0.2A、0.5A、0.8A、1A、1.3A、1.5A、1.8A或2A及以上数值之间的范围)，所述第二电子枪的电流不大于2A(例如可以为0.2A、0.5A、0.8A、1A、1.3A、1.5A、1.8A或2A及以上数值之间的范围)；进一步优选的，每个所述第一电子枪的电流为0.2～1.3A；所述第二电子枪的电流为1～1.5A。
熔化时间为块料开始熔化至完全熔化的时间。
为了降低铝元素和锡元素的过量挥发，在熔融阶段，本发明一方面通过提高电子束冷床炉内的真空度降低铝元素和锡元素的烧损挥发，优选的，在步骤(4)中(即熔融阶段)，所述电子束冷床炉内的真空度为5.2×10-3～1.1×10-2torr；另一方面通过提高电子枪的电流，从而降低块料熔化时间，避免液态时间过长而导致的铝元素和锡元素的过量挥发，当熔化时间过长时，铝元素和锡元素处于液态的时间也相应增长，从而导致铝元素和锡元素的烧损挥发增加，从而影响耐高温钛合金内部元素分布的均匀性，优选条件下，所述熔化时间为25～50min，更优选为30～40min。
优选条件下，在步骤(4)中(即熔融阶段)，每个第一电子枪的电流为3～6A(例如可以为3A、3.4A、3.6A、3.9A、4.2A、4.5A、4.8A或5A及以上数值之间的范围)，进一步优选为3～5A；熔融后的钛熔液从熔化区10流入冷床2在第二电子枪的照射下进行精炼，优选条件下，所述第二电子枪的电流为3～6A(例如可以为3A、3.4A、3.6A、3.9A、4.2A、4.5A、4.8A或5A及以上数值之间的范围)；进一步优选为3.4～5.1A。
精炼后的钛熔液由冷床2流入结晶器1中，并在第三电子枪603的照射下进行结晶，结晶后的钛熔液在铸锭9中进行拉锭，通过第二监控器检测结晶器的液位，优选条件下，所述第三电子枪603的电流为6.8～7.2A；所述拉锭的速度为6～8mm/min。
本发明第三方面提供一种本发明的耐高温钛合金在飞机发动机中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，海绵钛购自朝阳金达钛业股份有限公司，生产批号为JD1704-233-A，粒径为0.83～12.7mm；AlSn50中间合金(屑状)购自忠世高新材料股份有限公司，生产批号为ZP1610-1；AlMo40Si10中间合金购自承德天大钒业有限责任公司，生产批号为JAMS20170401，粒径为2～5mm；AlMo70中间合金购自承德天大钒业有限责任公司，生产批号为M20170403，粒径为2～5mm；AlZr50中间合金购自承德天大钒业有限责任公司，生产批号为JAZ20170401，粒径为2～5mm；Al豆购自承德天大钒业有限责任公司，生产批号为DA20170307，粒径为3～5mm。
以下实施例中，电子束冷床炉为青海聚能钛业股份有限公司的BMO-01型号的电子束冷床熔炼炉，其工作电压为30kV。
以下实施例中，所述块料的压制工艺为：
(1)使用5000g电子天平对每块料块所需中间合金及铝豆称重并包入自封袋中；
(2)使用100kg电子称对每块料块所需海绵钛称重，电子称使用前必须使用试重块检查测量精度；
(3)经称重的海绵钛倒入V型混料机中，中间合金与铝豆经5000g电子天平称重复检无误后倒入V型混料机中；
(4)确认入料口与出料口封闭无误后开始混料，混料机正反各转1分钟，经2分钟混料后出料，出料时确认混料机内无原料遗留；
(5)经混料的原料手动加入压机模具，压制成块。
以下实施例中，4个第一电子枪分别标记为1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪、4#电子枪；第二电子枪标记为5#电子枪，2个第三电子枪分别标记为6#电子枪、7#电子枪。
由于在实际操作过程中，在耐高温钛合金的整个制备过程中，电子束冷床炉一直在进行抽真空操作，以防止电子束冷床炉内的真空度降低，而电子枪的电流受真空度的影响也较大，因此，在耐高温钛合金的整个制备过程中，电子枪的电流和电子束冷床炉内的真空度存在细微的波动，而不是固定值，因此，以下实施例中电流和真空度皆为其在某段时间内的平均值。
实验例1
一种耐高温钛合金的制备方法，步骤如下：
(1)将海绵钛、AlSn50中间合金、AlMo40Si10中间合金、AlMo70中间合金、AlZr50中间合金和Al豆压制成6个重量和体积均相同的块料，每个块料的重量为20kg，厚度为180mm，长度为200mm；
上述各物料的用量配比和粒径参数如表1所示，块料中各金属元素的重量配比如表2所示；
(2)将块料在电子束冷床炉中在120℃下预烘3h，并调节电子束冷床炉内的真空度调节至1×10-2torr，使用氦质谱检漏仪对炉体检漏确认无漏点，且炉体漏气率应当低于3.3torr*L/s；
(3)启枪：启动电源柜，调节电子束冷床炉内的真空度为1×10-2torr，接着启动第一电子枪(1#电子枪、2#电子枪、3#电子枪、4#电子枪)、第二电子枪和第三电子枪，并将1#电子枪～4#电子枪的电流逐渐提升至1A，将5#电子枪的电流逐渐提升至1.2A；
(4)熔融和精炼：当电子束冷床炉内的真空度达到1.1×10-2torr，将1#电子枪～4#电子枪的电流提升至4A，将5#电子枪的电流提升至4.2A，采用1#电子枪～4#电子枪发射电子束高速轰击料块，使块料熔化，形成钛熔液，采用5#电子枪照射钛熔液，对钛熔液进行精炼；
(5)钛熔液结晶：精炼后的钛熔液进入结晶器1中，并在第三电子枪(6#电子枪和7#电子枪)的照射下进行结晶，所述6#电子枪和7#电子枪的电流分别为7A；
(6)拉锭，结晶后的钛熔液在铸锭9中进行拉锭，拉锭的速度为7.0mm/min；
(7)铸锭通氩气后冷却3h，然后放气、出锭，得到耐高温钛合金。
表1：实施例1中金属物料的用量配比
重量(g) 重量配比(％)
AlSn50 5520 4.6
AlMo70 2670 2.22
AlZr50 9060 7.55
AlMo40Si10 930 0.78
Al豆 1380 1.15
海绵钛 100500 83.7
表2：实施例1中块料中各金属元素的重量配比
Al(wt％) Sn(wt％) Mo(wt％) Zr(wt％) Si(wt％) Ti(wt％) 杂质(wt％)
8.08 2.35 3.84 1.90 0.09 83.7 0.04
实施例2
按照实施例1的方法，不同的是，所述金属物料的用量配比如表3所示，块料中各金属元素的重量配比如表4所示。
实施例3
按照实施例1的方法，不同的是，所述金属物料的用量配比如表3所示，块料中各金属元素的重量配比如表4所示。
表3：实施例2和实施例3中金属物料的用量配比
表4：实施例2和实施例3中块料中各金属元素的重量配比
实施例4
按照实施例1的方法，不同的是，所述启枪阶段的参数和熔炼阶段的参数如表5所示。
实施例5
按照实施例1的方法，不同的是，所述启枪阶段的参数和熔炼阶段的参数如表5所示。
实施例6
按照实施例1的方法，不同的是，所述启枪阶段的参数和熔炼阶段的参数如表5所示。
实施例7
按照实施例1的方法，不同的是，所述启枪阶段的参数和熔炼阶段的参数如表5所示。
表5：实施例1～7中启枪阶段和熔炼阶段的参数
对比例1
按照实施例1的方法，不同的是，所述启枪阶段的参数和熔炼阶段的参数如表6所示。
对比例2
按照实施例1的方法，不同的是，所述启枪阶段的参数和熔炼阶段的参数如表6所示。
对比例3
按照实施例1的方法，不同的是，所述启枪阶段的参数和熔炼阶段的参数如表6所示。
对比例4
按照实施例1的方法，不同的是，所述启枪阶段的参数和熔炼阶段的参数如表6所示。
对比例5
按照实施例1的方法，不同的是，所述启枪阶段的参数和熔炼阶段的参数如表6所示。
表6：对比例1～5中启枪阶段和熔炼阶段的参数
测试例
图4是本发明测试例中铸锭取样点的位置图，按照图4所示的采样位置对实施例1～7和对比例1～5所制备得到的耐高温钛合金铸锭进行化学成分分析，具体采样步骤如下：
1)取长度为1300mm、宽度为400mm的耐高温钛合金铸锭，以铸锭沿长度方向上距头部50mm处、350mm处、650mm处、950mm处和1250mm处，深度为100mm处和300mm处的交点为取样点；
2)使用立铣刀在取样点上钻铣屑样0.1g，将铣屑样与硫酸(浓度为98.0wt％)按照1:2比例混合，待铣屑样完全溶解后，用美国PE公司的ICP-7300V电感耦合等离子发射光谱仪分析实施例1～7和对比例1～5所制备得到的耐高温钛合金铸锭中铝、锡、铁的化学成分，实验结果见表7～表17。
3)采用ONH2000氧氮仪检测上述取样点上的O、N含量。
表7：实施例1中耐高温钛合金铸锭的化学成分分析表
从表1中可以看出，按照实施例1中的工艺参数进行熔炼得到的钛合金具有良好的元素分布均匀性和稳定性，由于实施例2和实施例3与实施例1的区别仅在于块料中元素含量的差别，而熔炼参数完全一致，因此，下面对实施例2和实施例3所得到的耐高温钛合金的元素分布均匀性不再赘述，只记录耐高温钛合金中各元素的平均含量，实验结果如表8所示。
表8：实施例2～3中耐高温钛合金铸锭的化学成分分析表
从表8中可以看出，块料中元素的含量是影响熔炼产物中元素含量的重要因素。
表9：实施例4中耐高温钛合金铸锭的化学成分分析表
从表9中可以看出，在启枪阶段，电子束冷床炉内的真空度变差，导致制得的合金中元素的分布均匀性变差，且杂质的含量也变多。
表10：实施例5中耐高温钛合金铸锭的化学成分分析表
从表10中可以看出，在熔炼阶段，电子束冷床炉内的真空度变差，会导致制得的合金中元素的分布均匀性变差，且杂质的含量也变多。
表11：实施例6中耐高温钛合金铸锭的化学成分分析表
编号 A1 B1 C1 D1 E1 均值 标准差
Al％ 5.56 5.51 5.86 5.57 5.53 5.606 0.144
Sn％ 1.83 1.96 1.89 1.99 1.85 1.904 0.069
Zr％ 3.96 4.21 4.1 3.71 3.99 3.994 0.187
Mo％ 1.99 2.13 2.04 2.19 1.95 2.06 0.099
Si％ 0.048 0.041 0.051 0.042 0.059 0.048 0.007
Fe％ 0.036 0.025 0.028 0.032 0.035 0.031 0.005
O％ 0.121 0.125 0.123 0.122 0.115 0.121 0.004
N％ 0.0002 0.003 0.005 0.003 0.003 0.003 0.002
编号 A2 B2 C2 D2 E2 均值 标准差
Al％ 6.02 5.53 5.89 5.92 6.01 5.874 0.200
Sn％ 1.73 1.82 1.82 1.93 1.88 1.836 0.0750
Zr％ 4.05 3.66 3.76 4.25 4.19 3.982 0.261
Mo％ 1.99 2.11 1.93 2.01 2.18 2.044 0.099
Si％ 0.044 0.044 0.046 0.042 0.04 0.043 0.002
Fe％ 0.025 0.031 0.026 0.028 0.022 0.026 0.003
O％ 0.112 0.121 0.128 0.131 0.125 0.123 0.007
N％ 0.005 0.006 0.004 0.003 0.003 0.004 0.001
从表11中可以看出，在熔炼阶段，当第一电子枪和第二电子枪的电流变小，会导致熔炼时间变长，导致了合金中元素的分布均匀性变差，且杂质的含量也变多。
表12：实施例7中耐高温钛合金铸锭的化学成分分析表
编号 A1 B1 C1 D1 E1 均值 标准差
Al％ 5.73 6.22 6.11 5.57 5.67 5.86 0.2869
Sn％ 1.89 1.83 2.01 1.96 1.93 1.924 0.0684
Zr％ 3.72 3.66 3.62 3.86 3.63 3.698 0.0986
Mo％ 1.99 1.97 2.04 2.19 1.95 2.028 0.0965
Si％ 0.052 0.051 0.048 0.065 0.044 0.052 0.0079
Fe％ 0.022 0.025 0.03 0.035 0.03 0.0284 0.0050
O％ 0.115 0.118 0.122 0.128 0.131 0.1228 0.0067
N％ 0.003 0.004 0.006 0.004 0.005 0.0044 0.0011
编号 A2 B2 C2 D2 E2 均值 标准差
Al％ 5.62 6.15 5.77 6.21 5.57 5.864 0.2985
Sn％ 1.86 1.88 1.89 1.88 2.01 1.904 0.0602
Zr％ 3.66 3.98 3.65 3.71 3.94 3.788 0.1593
Mo％ 2.01 1.93 2.12 2.08 1.83 1.994 0.1167
Si％ 0.06 0.052 0.048 0.042 0.061 0.0526 0.0080
Fe％ 0.031 0.026 0.034 0.031 0.028 0.03 0.0031
O％ 0.112 0.115 0.121 0.123 0.125 0.1192 0.0055
N％ 0.004 0.005 0.005 0.003 0.002 0.0038 0.0013
从表12中可以看出，在熔炼阶段，当第一电子枪和第二电子枪的电流增加，同样会导致制得的合金中元素的分布均匀性变差，且杂质的含量也变多。
表13：对比例1中耐高温钛合金铸锭的化学成分分析表
表14：对比例2中耐高温钛合金铸锭的化学成分分析表
编号 A1 B1 C1 D1 E1 均值 标准差
Al％ 4.76 4.99 5.52 4.66 5.32 5.05 0.3652
Sn％ 1.69 1.58 1.93 1.87 1.61 1.736 0.1565
Zr％ 3.79 3.93 4.21 4.08 4.38 4.078 0.2310
Mo％ 1.73 1.86 1.98 2.18 2.07 1.964 0.1759
Si％ 0.057 0.061 0.069 0.072 0.059 0.0636 0.0065
Fe％ 0.055 0.046 0.031 0.025 0.039 0.0392 0.0119
O％ 0.12 0.13 0.15 0.15 0.13 0.136 0.0134
N％ 0.005 0.006 0.004 0.008 0.009 0.0064 0.0021
编号 A2 B2 C2 D2 E2 均值 标准差
Al％ 4.93 4.86 4.57 4.63 5.52 4.902 0.3771
Sn％ 1.72 2.19 1.61 1.84 1.59 1.79 0.2448
Zr％ 3.96 3.76 3.91 4.08 4.26 3.994 0.1878
Mo％ 1.85 1.86 1.79 1.88 2.21 1.918 0.1666
Si％ 0.058 0.063 0.077 0.051 0.069 0.0636 0.0100
Fe％ 0.039 0.034 0.046 0.051 0.016 0.0372 0.0135
O％ 0.15 0.11 0.15 0.11 0.18 0.14 0.0300
N％ 0.007 0.004 0.007 0.005 0.008 0.0062 0.0016
表15：对比例3中耐高温钛合金铸锭的化学成分分析表
编号 A1 B1 C1 D1 E1 均值 标准差
Al％ 4.98 5.25 5.69 6.08 5.32 5.464 0.4276
Sn％ 1.56 1.63 2.26 1.59 1.52 1.712 0.3090
Zr％ 4.26 4.82 4.93 4.57 4.73 4.662 0.2605
Mo％ 1.89 2.35 2.29 2.48 2.39 2.28 0.2287
Si％ 0.071 0.065 0.059 0.053 0.062 0.062 0.0067
Fe％ 0.039 0.046 0.057 0.039 0.051 0.0464 0.0078
O％ 0.15 0.16 0.13 0.15 0.08 0.134 0.0321
N％ 0.008 0.006 0.005 0.004 0.005 0.0056 0.0015
编号 A2 B2 C2 D2 E2 均值 标准差
Al％ 5.21 4.63 5.39 6.18 5.53 5.388 0.5598
Sn％ 1.51 1.59 2.04 1.81 1.67 1.724 0.2085
Zr％ 4.62 4.71 4.69 4.81 4.79 4.724 0.0773
Mo％ 2.38 2.17 2.64 2.26 1.92 2.274 0.2653
Si％ 0.063 0.071 0.065 0.057 0.058 0.0628 0.0057
Fe％ 0.062 0.049 0.053 0.036 0.042 0.0484 0.0100
O％ 0.12 0.19 0.13 0.15 0.18 0.154 0.0305
N％ 0.06 0.005 0.004 0.008 0.006 0.0166 0.0243
表16：对比例4中耐高温钛合金铸锭的化学成分分析表
表17：对比例5中耐高温钛合金铸锭的化学成分分析表
编号 A1 B1 C1 D1 E1 均值 标准差
Al％ 4.34 4.56 4.39 5.29 4.67 4.65 0.3814
Sn％ 1.75 1.83 1.93 1.86 1.83 1.84 0.0648
Zr％ 4.16 4.08 3.88 3.69 4.21 4.004 0.2159
Mo％ 2.23 2.51 2.31 1.86 2.07 2.196 0.2457
Si％ 0.061 0.048 0.041 0.051 0.055 0.0512 0.0075
Fe％ 0.052 0.039 0.054 0.048 0.061 0.0508 0.0081
O％ 0.13 0.15 0.16 0.15 0.16 0.15 0.0122
N％ 0.008 0.007 0.006 0.006 0.005 0.0064 0.0011
编号 A2 B2 C2 D2 E2 均值 标准差
Al％ 4.24 4.31 4.49 4.67 4.83 4.508 0.2456
Sn％ 1.93 1.88 1.74 1.91 1.95 1.882 0.0835
Zr％ 4.08 3.98 4.21 4.26 3.71 4.048 0.2186
Mo％ 2.03 2.11 1.89 1.94 2.23 2.04 0.1356
Si％ 0.055 0.052 0.067 0.044 0.04 0.0516 0.0105
Fe％ 0.055 0.041 0.056 0.057 0.042 0.0502 0.0080
O％ 0.14 0.18 0.15 0.11 0.17 0.15 0.0274
N％ 0.008 0.008 0.007 0.007 0.006 0.0072 0.0008
从表7～表17中可以看出，在启枪阶段和熔炼阶段，电子束冷床炉内的真空度越高，铝元素和锡元素的挥发率越小，耐高温钛合金中元素的稳定性越好，杂质含量也越低；在启枪阶段和熔炼阶段，电流过高，制得的耐高温钛合金中铝元素和锡元素元素的稳定性越差，杂质含量也越高。这可能是因为电流增大，导致铝元素和锡元素的烧损挥发增加，导致耐高温钛合金中铝元素和锡元素的稳定性变差。
在启枪阶段和熔炼阶段，电流过低，耐高温钛合金中铝元素和锡元素的稳定性变差，杂质含量也越高。
2、力学性能测试
钛合金室温力学性能测试标准参照《GBT 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》；
钛合金在480℃及600℃温度下的力学性能测试标准参照《GBT4338-2006金属材料高温拉伸试验方法》。
结果见表18、19，其中，Rm为抗拉强度；Rp0.2为总延伸率为0.2％时的应力；A为断后伸长率；ψ为断面收缩率。
表18：实施例1～7中的耐高温钛合金的力学性能表
表19：对比例1～5中的耐高温钛合金的力学性能表
从表18、19的力学性能结果可以看出，本发明提供的方法制备的实施例1-7的钛合金铸锭，可以具有比对比例制得的钛合金铸锭更好的综合力学性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种耐高温钛合金，其特征在于，以重量百分比计，所述耐高温钛合金包括：
杂质的总含量≤0.3wt％。
2.根据权利要求1所述的耐高温钛合金，其中，以重量百分比计，所述耐高温钛合金包括：
Fe≤0.035wt％；N≤0.005wt％；O≤0.13wt％。
3.根据权利要求2所述的耐高温钛合金，其中，以重量百分比计，所述耐高温钛合金包括：
Fe≤0.03wt％；N≤0.003wt％；O≤0.12wt％。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的耐高温钛合金，其中，所述耐高温钛合金在550℃下的力学性能为：Rm为1071～1092MPa，Rp0.2为965～990MPa，A为15～18％，ψ为25～32％。
5.一种权利要求1～4中任意一项所述的耐高温钛合金的制备方法，包括：将金属物料加入电子束冷床炉中进行熔炼，所述电子束冷床炉包括熔化区、精炼区和结晶区，所述熔化区设置4个第一电子枪，精炼区设置1个第二电子枪，结晶区设置2个第三电子枪；其特征在于，包括以下步骤：
(1)将含有钛、铝、锡、钼、硅和锆的金属物料压制成块料，所述块料中Al元素的含量为7.37～8.61wt％，Sn元素的含量为2.24～2.5wt％；
(2)将所述块料在电子束冷床炉中进行预烘；
(3)启枪：启动第一电子枪、第二电子枪和第三电子枪，对电子枪和电子束冷床炉进行预热；
(4)熔炼：调节所述第一电子枪、第二电子枪和第三电子枪的电流，使所述块料完全熔化，得到钛熔液，并用第二电子枪对钛熔液进行精炼，其中，从所述块料开始熔化至完全熔化的时间为25～50min；
(5)将经所述精炼而得的钛液进行结晶、拉锭。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述块料中Zr元素的含量为3.66～3.97wt％；和/或
所述块料中Mo元素的含量为1.62～2.07wt％；和/或
所述块料中Si元素的含量为0.059～0.1wt％。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其中，在启枪阶段：
每个所述第一电子枪的电流不大于2A，所述第二电子枪的电流不大于2A；和/或
所述电子束冷床炉内的真空度为8×10-3～1.1×10-2torr。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其中，在熔炼阶段：
调节每个所述第一电子枪的电流为3～6A，所述第二电子枪的电流为3～6A；和/或
所述电子束冷床炉内的真空度为5.2×10-3～1.1×10-2torr。
9.根据权利要求5或8所述的制备方法，其中，在熔炼阶段：从所述块料开始熔化至完全熔化的时间为30～40min。
10.一种权利要求1～5中任意一项所述的耐高温钛合金在飞机发动机中的应用。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3933473A (en) * 1973-10-19 1976-01-20 Airco, Inc. Method for recovering a usable alloy from titanium scrap
CN102159340A (zh) * 2008-09-22 2011-08-17 斯奈克玛 一种铸造钛合金制造的热机械部件的方法
CN102465217A (zh) * 2010-11-12 2012-05-23 Fmw合成物系统公司 多组分钛合金热性能和电性能的改性方法
JP2014208873A (ja) * 2013-03-29 2014-11-06 独立行政法人物質・材料研究機構 耐酸化性に優れた高強度チタン合金及びこれを用いたコンプレッサー部品
CN105861877A (zh) * 2016-06-03 2016-08-17 西部超导材料科技股份有限公司 一种WSTi64311SC耐热钛合金及其制备方法
CN106544544A (zh) * 2016-12-06 2017-03-29 青海聚能钛业股份有限公司 一种电子束冷床炉单次熔炼tc4钛合金铸锭的方法
CN108239710A (zh) * 2018-04-10 2018-07-03 青海聚能钛业股份有限公司 一种提高TC4钛合金中Al元素均匀性的方法
CN108277370A (zh) * 2017-12-14 2018-07-13 洛阳双瑞精铸钛业有限公司 一种tc4钛合金大规格板坯及其制备方法与应用
CN108384966A (zh) * 2018-04-13 2018-08-10 青海聚能钛业股份有限公司 一种利用电子束冷床炉熔炼ta10钛合金的方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3933473A (en) * 1973-10-19 1976-01-20 Airco, Inc. Method for recovering a usable alloy from titanium scrap
CN102159340A (zh) * 2008-09-22 2011-08-17 斯奈克玛 一种铸造钛合金制造的热机械部件的方法
CN102465217A (zh) * 2010-11-12 2012-05-23 Fmw合成物系统公司 多组分钛合金热性能和电性能的改性方法
JP2014208873A (ja) * 2013-03-29 2014-11-06 独立行政法人物質・材料研究機構 耐酸化性に優れた高強度チタン合金及びこれを用いたコンプレッサー部品
CN105861877A (zh) * 2016-06-03 2016-08-17 西部超导材料科技股份有限公司 一种WSTi64311SC耐热钛合金及其制备方法
CN106544544A (zh) * 2016-12-06 2017-03-29 青海聚能钛业股份有限公司 一种电子束冷床炉单次熔炼tc4钛合金铸锭的方法
CN108277370A (zh) * 2017-12-14 2018-07-13 洛阳双瑞精铸钛业有限公司 一种tc4钛合金大规格板坯及其制备方法与应用
CN108239710A (zh) * 2018-04-10 2018-07-03 青海聚能钛业股份有限公司 一种提高TC4钛合金中Al元素均匀性的方法
CN108384966A (zh) * 2018-04-13 2018-08-10 青海聚能钛业股份有限公司 一种利用电子束冷床炉熔炼ta10钛合金的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《中国航空材料手册》编辑委员会: "《中国航空材料手册 第4卷》", 31 January 2002, 中国标准出版社 *
张英明 等: "钛合金电子束冷床熔炼研究进展", 《钛工业进展》 *

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