CN110512116A - 一种多组元高合金化高Nb-TiAl金属间化合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多组元高合金化高Nb‑TiAl金属间化合物,属于金属材料。该金属间化合物的摩尔百分含量:40~50%的Al、4~12%的Nb、0~15%的(W,Ta,Mo,Co)、0~4.5%的(Ni,Fe,Hf,Zr)、0~4%的(V,Cr,Mn)、0~2%的B、0~3%的(C,Si)、0~3%的稀土元素和余量的Ti及不可避免的杂质,合金组元数量不低于6类,本发明得到的铸造、增材制造用新型高Nb‑TiAl合金材料具有优异的高温强度、蠕变抗力及抗氧化性能,且铸造和增材制造工艺性能良好,可采用该高Nb‑TiAl合金大规模生产850℃以上服役精铸件和增材制造构件,也可用于制备高温服役用热变形高Nb‑TiAl合金构件,具有推广价值。
Description
技术领域:
本发明涉及一种多组元高合金化高Nb-TiAl金属间化合物,尤其涉及一种多种微量元素的适用于铸造、增材制造成形的新型多组元高合金化高Nb-TiAl合金材料属于高温合金技术领域。
背景技术:
TiAl金属间化合物具有密度低、比强度和比弹性模量高,且具有良好的抗蠕变及抗氧化能力,是新一代航空、航天飞行器用最具潜力的轻质、高强高温结构材料,然而目前TiAl合金服役温度难以超过800℃,因此无法应用于更高工作温度和高温强度的构件上。研究表明,在TiAl合金中添加Nb合金元素,可进一步提高TiAl合金的高温强度、抗蠕变及抗氧化的能力,使高Nb-TiAl合金成为最具应用前景的高温结构材料。
在TiAl合金中添加Nb元素,大幅度提高了合金的抗氧化性、抗蠕变性能和有序化温度,服役温度从650℃提高至850℃。同时,Ti原子受到Nb原子排斥引起γ相固溶强化,而且片层间距和晶粒细化,高温强度显著高于传统TiAl合金。近几年的研究表明,当Nb含量高于5at.%时,强化效果最明显,最终发展出高Nb-TiAl合金体系。为进一步提高Ti-Al-Nb三元系合金高温强度、塑性和高温抗氧化性能等,推动合金的工程化应用,研究者们提出了多组元合金化的方法。
研究表明少量的Co、Fe、Mn、V、Cr等元素可提高合金塑性、Nb、Mo、Ta、稀土元素等课题提高合金抗蠕变性能、固溶强化、室高温强度等,Mo、W、Hf可明显提高组织稳定性,Fe、Ni、Si元素可明显提高合金铸造性能,C、B、Si元素具有细化晶粒、高温强化作用。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种通过添加多组元元素提高高Nb-TiAl合金高温力学性能、抗氧化性能及铸造性能、增材制造工艺性能优异的高Nb-TiAl金属间化合物。
本发明所要解决的技术问题是:首先,目前研发出的高Nb-TiAl合金成分体系大多适用于挤压、锻造等变形工艺,无法满足复杂构件对铸造、增材制造用高Nb-TiAl合金铸造性能和力学性能要求;其次,高Nb-TiAl合金塑性低热加工性能差,材料利用率低成本高,限制了其大规模工程化应用;再者,目前实验室阶段铸造高Nb-TiAl合金强度、塑性低于变形合金,且铸造成形方法难以通过热变形方法破碎粗大凝固组织,细化晶粒提高力学性能,因此多组元高合金化是提高铸造、增材制造合金力学性能最有效、易实现的方法之一。因此,多组元高合金化是铸造、增材制造用高Nb-TiAl合金重要发展方向。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:
一种多组元高合金化高Nb-TiAl金属间化合物,其特征在于,高Nb-TiAl合金中Al含量为40-50at.%,Nb含量为4-12at.%,W、Ta、Mo、Co单个或任意组合含量为0-15at.%;Ni、Fe、Hf、Zr单个或任意组合含量为0-4.5at.%;V、Cr、Mn单个或任意组合含量为0-4at.%,B含量0-2at.%;C、Si单个或任意组合含量0-3at.%,稀土元素0-3at.%,余量为Ti。
所述高Nb-TiAl合金中Al含量为44-50at.%,Nb含量为5-9at.%,W含量为0.1-2at.%,Mo含量为0.5-1.5at.%,Zr含量为0-2at.%,V含量为0-2at.%,B含量为0.1-0.5at.%,Si含量为0.05-0.5at.%,稀土元素含量0-1.5at.%。
所述稀土元素为La、Y、Nd、Er中的任意一种或任意组合。
所述高Nb-TiAl合金中B含量0.05-1.5at.%,Si含量0.1-1.5at.%。
所述高Nb-TiAl合金中O含量不高于500ppm,C含量不高于300ppm。
所述高Nb-TiAl合金的组织主要由α2、γ相和β相组成,γ相含量为70-95%,β相含量为3.0-25%,α2相的含量为2.0-8.0%,铸造合金的组织为均匀的等轴晶。
所述铸造组织为全片层组织。
8.如权利要求1所述多组元高合金化高Nb-TiAl金属间化合物,其特征在于,经热处理后可获得γ相呈等轴状,β相呈网状分布在片层团晶界处的微观组织特征。
本发明的有益效果为:通过设计一种含多组元的高合金化高Nb-TiAl金属间化合物材料,同时满足复杂熔模精密铸件、增材制造构件用高Nb-TiAl合金铸造流动性、充填性及高温强度、蠕变抗力、抗氧化性等要求。可应用航空发动机燃烧室机匣、发动机低压涡轮叶片、汽车发动机增压涡轮等部件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明,但本发明并不限于以下实施例。
实施例1为Ti-47Al-8Nb-0.5W-3Mo-1.5Zr-0.5Y-0.2B-0.2Si(at.%)的新型高Nb-TiAl金属间化合物材料。
该合金通过下述步骤实现:一、将海绵钛、高纯铝、铝铬中间合金、铝铌中间合金、铝钨铌中间合金、铝锆中间合金、铝钇中间合金、纯硅按配比称取;二、将步骤一称得的原料加入到压力机设备中,进行加压成型,单块电极重量180kg;三、将步骤二得到的电极块放入到真空自耗电极熔炼炉中,其主要熔炼工艺参数:真空度为1Pa,熔炼电流为35KA,熔炼电压为40V,然后在恒定功率下熔炼200s,使熔体混合均匀,浇铸到水冷铜坩锅中,并随炉冷却得到一次合金铸锭;五、将步骤四中所述一次自耗电极置于真空自耗电弧炉内,进行第二次熔炼,其主要熔炼工艺参数:真空度为2Pa,熔炼电流为28KA,熔炼电压为35V,然后在恒定功率下熔炼200s,随炉冷却后得到Ti-47Al-8Nb-0.5W-3Mo-1.5Zr-0.5Y-0.2B-0.2Si(at.%)金属间化合物二次铸锭。
经热等静压、热处理后,室高温力学性能如下:
室温拉伸性能σb≥780MPa,σp0.2≥660MPa,δ5≥6%,Ψ≥5%;
700℃拉伸性能σb≥700MPa,σp0.2≥600MPa,δ5≥15%,Ψ≥17%;
高温蠕变性能700℃/100Mpa/100h条件下残余变形≤0.15%。
断裂韧性性能KIC=37Mpam1/2。
实施例2为Ti-45Al-8Nb-0.5Ni-1.5V-2Zr-0.5Nd-0.2B-0.2Si(at.%)的新型高Nb-TiAl金属间化合物材料。
本实施例的Ti-45Al-8Nb-0.5Ni-1.5V-2Zr-0.5Nd-0.2B-0.15Si(at.%)金属间化合物材料制备通过下述步骤实现:一、将海绵钛,高纯铝,铝铌中间合金,铝镍中间合金,铝钒中间合金,铝锆中间合金,铝钕中间合金,铝钛硼中间合金,纯硅按重量比称取;二、将步骤一称得的原料加入到压力机设备中,进行加压成型,单块电极重量180kg;三、将步骤二得到的电极块放入到真空自耗电极熔炼炉中,其主要熔炼工艺参数:真空度为1Pa,熔炼电流为30KA,熔炼电压为40V,然后在恒定功率下熔炼200s,在水冷铜坩锅中随炉冷却得到一次合金铸锭;四、将步骤三得到的一次合金锭放入到水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中,熔炼功率升至550kw后熔炼150s得到钛铝合金熔体,浇铸到陶瓷型壳模具中,得到Ti-45Al-8Nb-0.5Ni-2Zr-0.5Nd-0.2B-0.15Si(at.%)铸锭。
经热等静压、热处理后,室高温力学性能如下:
室温拉伸性能σb≥760MPa,σp0.2≥670MPa,δ5≥6%,Ψ≥8%;
700℃拉伸性能σb≥690MPa,σp0.2≥620MPa,δ5≥13%,Ψ≥19%;
高温蠕变性能700℃/100Mpa/100h条件下残余变形≤0.2%;
断裂韧性性能KIC=40Mpam1/2。
Claims (8)
1.一种多组元高合金化高Nb-TiAl金属间化合物,其特征在于,高Nb-TiAl合金中Al含量为40-50at.%,Nb含量为4-12at.%,W、Ta、Mo、Co单个或任意组合含量为0-15at.%;Ni、Fe、Hf、Zr单个或任意组合含量为0-4.5at.%;V、Cr、Mn单个或任意组合含量为0-4at.%,B含量0-2at.%;C、Si单个或任意组合含量0-3at.%,稀土元素0-3at.%,余量为Ti。
2.如权利要求1所述多组元高合金化高Nb-TiAl金属间化合物,其特征在于,高Nb-TiAl合金中Al含量为44-50at.%,Nb含量为5-9at.%,W含量为0.1-2at.%,Mo含量为0.5-1.5at.%,Zr含量为0-2at.%,V含量为0-2at.%,B含量为0.1-0.5at.%,Si含量为0.05-0.5at.%,稀土元素含量0-1.5at.%。
3.如权利要求1所述多组元高合金化高Nb-TiAl金属间化合物,其特征在于,所述稀土元素为La、Y、Nd、Er中的任意一种或任意组合。
4.如权利要求1所述多组元高合金化高Nb-TiAl金属间化合物,其特征在于,高Nb-TiAl合金中B含量0.05-1.5at.%,Si含量0.1-1.5at.%。
5.如权利要求1所述多组元高合金化高Nb-TiAl金属间化合物,其特征在于,高Nb-TiAl合金中O含量不高于500ppm,C含量不高于300ppm。
6.如权利要求1所述多组元高合金化高Nb-TiAl金属间化合物,其特征在于,高Nb-TiAl合金的组织主要由α2、γ相和β相组成,γ相含量为70-95%,β相含量为3.0-25%,α2相的含量为2.0-8.0%,铸造合金的组织为均匀的等轴晶。
7.如权利要求6所述多组元高合金化高Nb-TiAl金属间化合物,其特征在于,铸造组织为全片层组织。
8.如权利要求1所述多组元高合金化高Nb-TiAl金属间化合物,其特征在于,经热处理后可获得γ相呈等轴状,少量β相分布在片层团晶界处的微观组织特征。
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112195367A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-08 | 中国科学院金属研究所 | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti6Al4V-Co合金及其制备方法 |
KR20210084762A (ko) * | 2019-12-27 | 2021-07-08 | 한국재료연구원 | 고온 특성이 향상된 티타늄-알루미늄계 합금 |
CN113502412A (zh) * | 2021-07-03 | 2021-10-15 | 西北工业大学 | 一种可抑制有序ω相生成的TiAl合金及其制备方法 |
RU2777775C1 (ru) * | 2021-10-27 | 2022-08-09 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ γ-TiAl ФАЗЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ЛОПАТКИ ИЗ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ γ-TiAl ФАЗЫ |
CN114959361A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-08-30 | 芜湖天科航空科技有限公司 | 一种可析出大量有序ω相的TiAl合金及其制备方法 |
CN115502412A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-23 | 中国航空制造技术研究院 | 一种TiAl单晶材料的电子束选区熔化增材制造方法 |
CN115679231A (zh) * | 2022-09-16 | 2023-02-03 | 中南大学 | 一种提高钛铝基合金高温强塑性的工艺 |
CN116334447A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-06-27 | 北京科技大学 | 一种含C高Nb-TiAl合金的制备方法 |
CN116516213A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-08-01 | 北京科技大学 | 一种含Si高Nb-TiAl合金的制备方法 |
CN116516212A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-08-01 | 北京科技大学 | 一种高温高强的高Nb-TiAl合金的制备方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1672918A (zh) * | 2005-04-19 | 2005-09-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种TiAl金属间化合物-钛合金复合板材及其制备方法 |
CN101020983A (zh) * | 2007-04-02 | 2007-08-22 | 北京科技大学 | 大尺寸铸态高铌TiAl基合金获得全片层组织的热处理方法 |
CN101875106A (zh) * | 2009-11-20 | 2010-11-03 | 北京科技大学 | 一种定向凝固高铌钛铝基合金的制备方法 |
CN101942583A (zh) * | 2010-09-30 | 2011-01-12 | 洛阳双瑞精铸钛业有限公司 | 一种铸造性能优异的耐高温钛铝基合金及其制备方法 |
EP2851445A1 (de) * | 2013-09-20 | 2015-03-25 | MTU Aero Engines GmbH | Kriechfeste TiAl - Legierung |
CN107653397A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-02-02 | 北京科技大学 | 一种具有优良高温变形能力的β‑γ高Nb‑TiAl合金 |
CN108559872A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-09-21 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种TiAl合金及其制备方法 |
-
2019
- 2019-09-09 CN CN201910850353.3A patent/CN110512116B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1672918A (zh) * | 2005-04-19 | 2005-09-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种TiAl金属间化合物-钛合金复合板材及其制备方法 |
CN101020983A (zh) * | 2007-04-02 | 2007-08-22 | 北京科技大学 | 大尺寸铸态高铌TiAl基合金获得全片层组织的热处理方法 |
CN101875106A (zh) * | 2009-11-20 | 2010-11-03 | 北京科技大学 | 一种定向凝固高铌钛铝基合金的制备方法 |
CN101942583A (zh) * | 2010-09-30 | 2011-01-12 | 洛阳双瑞精铸钛业有限公司 | 一种铸造性能优异的耐高温钛铝基合金及其制备方法 |
EP2851445A1 (de) * | 2013-09-20 | 2015-03-25 | MTU Aero Engines GmbH | Kriechfeste TiAl - Legierung |
CN107653397A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-02-02 | 北京科技大学 | 一种具有优良高温变形能力的β‑γ高Nb‑TiAl合金 |
CN108559872A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-09-21 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种TiAl合金及其制备方法 |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210084762A (ko) * | 2019-12-27 | 2021-07-08 | 한국재료연구원 | 고온 특성이 향상된 티타늄-알루미늄계 합금 |
KR102614799B1 (ko) * | 2019-12-27 | 2023-12-18 | 한국재료연구원 | 고온 특성이 향상된 티타늄-알루미늄계 합금 |
CN112195367A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-08 | 中国科学院金属研究所 | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti6Al4V-Co合金及其制备方法 |
CN113502412A (zh) * | 2021-07-03 | 2021-10-15 | 西北工业大学 | 一种可抑制有序ω相生成的TiAl合金及其制备方法 |
CN113502412B (zh) * | 2021-07-03 | 2022-05-13 | 西北工业大学 | 一种可抑制有序ω相生成的TiAl合金及其制备方法 |
RU2777775C1 (ru) * | 2021-10-27 | 2022-08-09 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ γ-TiAl ФАЗЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ЛОПАТКИ ИЗ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ γ-TiAl ФАЗЫ |
CN114959361B (zh) * | 2022-06-17 | 2023-11-28 | 芜湖天科航空科技有限公司 | 一种可析出大量有序ω相的TiAl合金及其制备方法 |
CN114959361A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-08-30 | 芜湖天科航空科技有限公司 | 一种可析出大量有序ω相的TiAl合金及其制备方法 |
CN115679231A (zh) * | 2022-09-16 | 2023-02-03 | 中南大学 | 一种提高钛铝基合金高温强塑性的工艺 |
CN115679231B (zh) * | 2022-09-16 | 2024-03-19 | 中南大学 | 一种提高钛铝基合金高温强塑性的工艺 |
CN115502412A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-23 | 中国航空制造技术研究院 | 一种TiAl单晶材料的电子束选区熔化增材制造方法 |
CN116516212A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-08-01 | 北京科技大学 | 一种高温高强的高Nb-TiAl合金的制备方法 |
CN116516213A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-08-01 | 北京科技大学 | 一种含Si高Nb-TiAl合金的制备方法 |
CN116334447A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-06-27 | 北京科技大学 | 一种含C高Nb-TiAl合金的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110512116B (zh) | 2021-03-26 |
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