CN112322944B

CN112322944B - 一种耐高温轻型铝钛合金

Info

Publication number: CN112322944B
Application number: CN202011367685.5A
Authority: CN
Inventors: 王辅成
Original assignee: Anhui Junming Machinery Manufacturing Co ltd
Current assignee: Anhui Junming Machinery Manufacturing Co ltd
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2040-11-30
Also published as: CN112322944A

Abstract

本发明涉及铝合金材料研究技术领域，公开了一种耐高温轻型铝钛合金，熔炼过程中，结合钛铝合金自身特点，添加Hf、V、B、Sn、RE元素，热处理中，控制加热、保温和冷却过程，利用相变原理，细化合金晶粒，降低了其脆性敏感度，在室温下的塑性得到提升，达到26%以上，800℃高温下的塑性达到82%以上，高温强度好，成为一种理想的轻质耐高温结构材料，本发明提高了铝钛基合金的弹性模量，具有很好的抗蠕变性能，耐腐蚀性能和抗氧化性能，制备得到的铝钛合金具有轻质、耐高温特性，加工得到的结构铸件整体性能好，不易产生裂纹，一次成型，可靠性高，加工成本低，拓展了其应用范围。

Description

一种耐高温轻型铝钛合金

技术领域

本发明属于铝合金材料研究技术领域，具体涉及一种耐高温轻型铝钛合金。

背景技术

由于铝合金重量轻、强度高、韧性好，国内外的许多汽车零部件均采用铝合金材料制成。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶，铝合金及化学工业中已大量应用。铝及铝合金因其良好的物理、化学性能，在海洋工业、电力系统和航空等领域中得到了广泛应用。

在航空航天制造领域，不仅需要较低的密度材料，还需要较高的耐热性，可满足发动机减重以及提高使用温度的设计要求。为了提高铝合金的耐高温性、降低密度，向合金中添加镍、钛元素，有效的实现了该目的。然而，镍-钛-铝合金在室温下的塑形很差，难以加工成结构部件，制约了铝钛合金的发展和应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种耐高温轻型铝钛合金。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种耐高温轻型铝钛合金，按照质量百分比计含有以下元素：Si占7.2-9.0%、Hf占0.6-0.8%、B占0.2-0.3%、Cu占1.2-1.6%、Zn占0.8-1.0%、Mg占0.20-0.24%、Mn占0.5-0.7%、V占0.12-0.15%、Sn占0.3-0.4%、Al占48-52%、RE元素占0.02-0.03%、剩余为Ti和不可避免的杂质；其中主要制备技术手段包括以下步骤：

（1）将铝钛合金制备原料置于电阻炉中进行熔炼：熔炼前，抽真空至80-100pa，然后在氩气保护下进行熔炼，先加入Al、Mg，全部溶解后，再依次加入Cu、Zn、Mn、Si，全部熔融后，最后加入Ti、Hf、V、Sn、RE元素和B，待炉料全部熔化后，加入精炼剂进行精炼，精炼时间为8-10分钟，精炼后轻微搅拌，静置5-8分钟后除渣；

（2）将精炼得到的合金熔体浇注到预热的陶瓷型壳中，进行熔模铸造，离心浇注转速为315-330转/分钟，浇注结束后使用水冷方式加快降温速度，降温速度达到26-30℃/秒，完全凝固，得到合金铸件；

（3）对加工得到的铸件进行热处理：先将铸件加热升温至1320-1350℃，保温6-8分钟，然后水冷至80-100℃，继续升温至1150-1160℃，保温5-6小时，空冷至120-130℃，再次升温至1200-1240℃，保温3-4分钟，油冷至880-900℃，进行空冷，冷却至室温即可。

所述精炼剂按照重量份计由以下成分制成：氯化钾13-15份、氯化钠11-14份、氯化钙7.5-8.0份、氯化镁5.5-6.5份、氯化钡1.5-2.0份。

所述陶瓷型壳的面层耐火材料为氧化铝、氧化锆和氧化镍按照质量比为1.3-1.5:0.45-0.48:0.14-0.16的比例混合得到的。

进一步的，步骤（1）所述氩气流量为7.5-8.0升/分钟

进一步的，步骤（2）所述陶瓷型壳预热温度为305-310℃。

所述RE元素中Y占23-25%、Sm占17-22%、剩余为Sc。

本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有铝钛合金存在的常温下塑性差的缺陷问题，本发明提供了一种耐高温轻型铝钛合金，熔炼过程中，结合钛铝合金自身特点，添加Hf、V、B、Sn、RE元素，热处理中，控制加热、保温和冷却过程，利用相变原理，细化合金晶粒，降低了其脆性敏感度，在室温下的塑性得到提升，达到26%以上，800℃高温下的塑性达到82%以上，高温强度好，成为一种理想的轻质耐高温结构材料，本发明提高了铝钛基合金的弹性模量，具有很好的抗蠕变性能，耐腐蚀性能和抗氧化性能，制备得到的铝钛合金具有轻质、耐高温特性，加工得到的结构铸件整体性能好，不易产生裂纹，一次成型，可靠性高，加工成本低，拓展了其应用范围。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。

实施例1

一种耐高温轻型铝钛合金，按照质量百分比计含有以下元素：Si占7.2%、Hf占0.6%、B占0.2%、Cu占1.2%、Zn占0.8%、Mg占0.20%、Mn占0.5%、V占0.12%、Sn占0.3%、Al占48%、RE元素占0.02%、剩余为Ti和不可避免的杂质；其中主要制备技术手段包括以下步骤：

（1）将铝钛合金制备原料置于电阻炉中进行熔炼：熔炼前，抽真空至80pa，然后在氩气保护下进行熔炼，先加入Al、Mg，全部溶解后，再依次加入Cu、Zn、Mn、Si，全部熔融后，最后加入Ti、Hf、V、Sn、RE元素和B，待炉料全部熔化后，加入精炼剂进行精炼，精炼时间为8分钟，精炼后轻微搅拌，静置5分钟后除渣；

（2）将精炼得到的合金熔体浇注到预热的陶瓷型壳中，进行熔模铸造，离心浇注转速为315转/分钟，浇注结束后使用水冷方式加快降温速度，降温速度达到26℃/秒，完全凝固，得到合金铸件；

（3）对加工得到的铸件进行热处理：先将铸件加热升温至1320℃，保温6分钟，然后水冷至80℃，继续升温至1150℃，保温5小时，空冷至120℃，再次升温至1200℃，保温3分钟，油冷至880℃，进行空冷，冷却至室温即可。

所述精炼剂按照重量份计由以下成分制成：氯化钾13份、氯化钠11份、氯化钙7.5份、氯化镁5.5份、氯化钡1.5份。

所述陶瓷型壳的面层耐火材料为氧化铝、氧化锆和氧化镍按照质量比为1.3:0.45:0.14的比例混合得到的。

进一步的，步骤（1）所述氩气流量为7.5升/分钟

进一步的，步骤（2）所述陶瓷型壳预热温度为305℃。

所述RE元素中Y占23%、Sm占17%、剩余为Sc。

按照实施例1的方法制备钛铝合金，性能测试按照GB/T 228-2002的标准加工成试样，进行性能测定，实验结果均取5个试样的平均值，结果测得：抗压强度达到1550MPa，屈服强度达到1230MPa；蠕变极限温度达到970℃，氧化极限温度达到980℃，25℃下的塑性达到28%。

实施例2

一种耐高温轻型铝钛合金，按照质量百分比计含有以下元素：Si占8.0%、Hf占0.7%、B占0.25%、Cu占1.4%、Zn占0.9%、Mg占0.22%、Mn占0.6%、V占0.13%、Sn占0.35%、Al占50%、RE元素占0.025%、剩余为Ti和不可避免的杂质；其中主要制备技术手段包括以下步骤：

（1）将铝钛合金制备原料置于电阻炉中进行熔炼：熔炼前，抽真空至90pa，然后在氩气保护下进行熔炼，先加入Al、Mg，全部溶解后，再依次加入Cu、Zn、Mn、Si，全部熔融后，最后加入Ti、Hf、V、Sn、RE元素和B，待炉料全部熔化后，加入精炼剂进行精炼，精炼时间为9分钟，精炼后轻微搅拌，静置6.5分钟后除渣；

（2）将精炼得到的合金熔体浇注到预热的陶瓷型壳中，进行熔模铸造，离心浇注转速为322转/分钟，浇注结束后使用水冷方式加快降温速度，降温速度达到28℃/秒，完全凝固，得到合金铸件；

（3）对加工得到的铸件进行热处理：先将铸件加热升温至1335℃，保温7分钟，然后水冷至90℃，继续升温至1155℃，保温5.5小时，空冷至125℃，再次升温至1220℃，保温3.5分钟，油冷至890℃，进行空冷，冷却至室温即可。

所述精炼剂按照重量份计由以下成分制成：氯化钾14份、氯化钠12份、氯化钙7.8份、氯化镁6.0份、氯化钡1.8份。

所述陶瓷型壳的面层耐火材料为氧化铝、氧化锆和氧化镍按照质量比为1.4:0.46:0.15的比例混合得到的。

进一步的，步骤（1）所述氩气流量为7.8升/分钟

进一步的，步骤（2）所述陶瓷型壳预热温度为308℃。

所述RE元素中Y占24%、Sm占19%、剩余为Sc。

按照实施例2的方法制备钛铝合金，性能测试按照GB/T 228-2002的标准加工成试样，进行性能测定，实验结果均取5个试样的平均值，结果测得：抗压强度达到1552MPa，屈服强度达到1231MPa；蠕变极限温度达到974℃，氧化极限温度达到982℃，25℃下的塑性达到29%。

实施例3

一种耐高温轻型铝钛合金，按照质量百分比计含有以下元素：Si占9.0%、Hf占0.8%、B占0.3%、Cu占1.6%、Zn占1.0%、Mg占0.24%、Mn占0.7%、V占0.15%、Sn占0.4%、Al占52%、RE元素占0.03%、剩余为Ti和不可避免的杂质；其中主要制备技术手段包括以下步骤：

（1）将铝钛合金制备原料置于电阻炉中进行熔炼：熔炼前，抽真空至100pa，然后在氩气保护下进行熔炼，先加入Al、Mg，全部溶解后，再依次加入Cu、Zn、Mn、Si，全部熔融后，最后加入Ti、Hf、V、Sn、RE元素和B，待炉料全部熔化后，加入精炼剂进行精炼，精炼时间为10分钟，精炼后轻微搅拌，静置8分钟后除渣；

（2）将精炼得到的合金熔体浇注到预热的陶瓷型壳中，进行熔模铸造，离心浇注转速为330转/分钟，浇注结束后使用水冷方式加快降温速度，降温速度达到30℃/秒，完全凝固，得到合金铸件；

（3）对加工得到的铸件进行热处理：先将铸件加热升温至1350℃，保温8分钟，然后水冷至100℃，继续升温至1160℃，保温6小时，空冷至130℃，再次升温至1240℃，保温4分钟，油冷至900℃，进行空冷，冷却至室温即可。

所述精炼剂按照重量份计由以下成分制成：氯化钾15份、氯化钠14份、氯化钙8.0份、氯化镁6.5份、氯化钡2.0份。

所述陶瓷型壳的面层耐火材料为氧化铝、氧化锆和氧化镍按照质量比为1.5:0.48:0.16的比例混合得到的。

进一步的，步骤（1）所述氩气流量为8.0升/分钟

进一步的，步骤（2）所述陶瓷型壳预热温度为310℃。

所述RE元素中Y占23-25%、Sm占17-22%、剩余为Sc。

按照实施例3的方法制备钛铝合金，性能测试按照GB/T 228-2002的标准加工成试样，进行性能测定，实验结果均取5个试样的平均值，结果测得：抗压强度达到1551MPa，屈服强度达到1230MPa；蠕变极限温度达到970℃，氧化极限温度达到980℃，25℃下的塑性达到28%。

Claims

1.一种耐高温轻型铝钛合金，其特征在于，按照质量百分比计含有以下元素：Si占7.2-9.0%、Hf占0.6-0.8%、B占0.2-0.3%、Cu占1.2-1.6%、Zn占0.8-1.0%、Mg占0.20-0.24%、Mn占0.5-0.7%、V占0.12-0.15%、Sn占0.3-0.4%、Al占48-52%、RE元素占0.02-0.03%、剩余为Ti和不可避免的杂质；制备方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述一种耐高温轻型铝钛合金，其特征在于，所述RE元素中Y占23-25%、Sm占17-22%、剩余为Sc。

3.如权利要求1所述一种耐高温轻型铝钛合金，其特征在于，步骤（1）所述氩气流量为7.5-8.0升/分钟。

4.如权利要求1所述一种耐高温轻型铝钛合金，其特征在于，步骤（1）所述精炼剂按照重量份计由以下成分制成：氯化钾13-15份、氯化钠11-14份、氯化钙7.5-8.0份、氯化镁5.5-6.5份、氯化钡1.5-2.0份。

5.如权利要求1所述一种耐高温轻型铝钛合金，其特征在于，步骤（2）所述陶瓷型壳的面层耐火材料为氧化铝、氧化锆和氧化镍按照质量比为1.3-1.5:0.45-0.48:0.14-0.16的比例混合得到的。

6.如权利要求1所述一种耐高温轻型铝钛合金，其特征在于，步骤（2）所述陶瓷型壳预热温度为305-310℃。