CN112831708B - 一种钛铝基多晶耐热钛合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种钛铝基多晶耐热合金及其制备方法。本发明通过多元合金化改善合金性能；通过微合金化改变合金组织演变路径；通过添加硼、碳细化合金铸锭组织；通过固溶、沉淀强化提高强度、抗蠕变性能，改善耐高温氧化和环境脆化性能；通过热加工、热处理和快速冷却相变强化合金；通过γ（TiAl）的层片状组织提高高温强度、断裂韧性和抗蠕变性能，达到提高使用温度和高温使用寿命的目的。

Description

一种钛铝基多晶耐热钛合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及钛及钛合金加工，属于有色金属材料加工与合金化技术领域，尤其涉及一种钛铝基多晶耐热合金及其制备方法。
背景技术
钛合金因具有质量轻、比强度高、耐热等优异的性能，广泛应用于航空、航天、潜艇、舰船、高速导弹壳体以及汽车发动机领域，用钛合金替代各类发动机中的镍基高温合金，可以实现减重50%，大幅度减轻结构重量，增加有效载重量和航程，提高能量效率。随着航空航天、潜艇舰船以及交通运输业的高速发展，对广泛应用的耐热钛合金提出了更高的要求，现有的钛基合金，包括中国的Ti600、美国的Ti1100、英国的IMI834、俄罗斯的BT36等合金，极限使用温度为600℃，长期使用温度在520℃左右，不能满足现代发动机对钛合金耐热温度的要求。而现有的钛铝基合金存在铸锭组织粗大，合金成分偏析严重，虽经后续热处理也很难消除上述两种缺陷。钛铝基合金是高温钛合金的发展方向，尤其是γ（TiAl）合金具有密度低、熔点高的优点。但是，单相的γ（TiAl）合金室温塑性很差、脆性大，即使在延伸率为0.5%-1.0%时，就会发生脆性断裂，很难进行塑性变形。单相的γ（TiAl）合金对热加工和后续热处理过程的晶粒长大非常敏感，严重影响合金的性能，在700℃左右的高温下，氧化倾向严重，易于因高温氧化剥落而产生环境脆化。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种钛铝基多晶耐热合金及其制备方法。
上述目的是通过下述方案实现的：本发明介绍了一种钛铝基多晶耐热合金及其制备方法，合金的主要相组成为：α2（Ti3Al）+γ（TiAl）+O（Ti2AlNb），合金中含有Cr、Mo、W有助于形成颗粒状的β/B2相，此外，合金中还会含有硼、碳、硅的化合物高熔点相。在合金中，γ（TiAl）具有熔点高、密度低、良好的结构稳定性、优良的抗氧化、良好的耐蚀性和阻燃性能，是提高和保证合金性能的主要相组成，γ（TiAl）占合金相组成的80%以上。O（Ti2AlNb）具有高的室温塑性，良好的可成型性，在700℃的高温下具有良好的热稳定性和抗蠕变性能，且具有高损伤容限、热膨胀系数小的优点，比γ（TiAl）能更好地满足喷气发动机高温结构的要求,通过在合金中添加Nb使脆性的α2（Ti3Al）转化为热加工性能得到改善的O（Ti2AlNb）。α2（Ti3Al）在室温时是一种脆性材料，在超过550℃的高温会产生环境诱发的脆化效应，对合金的性能有害。但α2（Ti3Al）中间隙元素的溶解度较高，能吸走γ（TiAl）中的杂质，改善γ（TiAl）的加工性能，工程中控制α2（Ti3Al）在10%以下。合金的化学组份可以表示为（以原子的摩尔份数表示，以下同）：
Ti+(44.0-48.0at.%)Al+（5.0-9.0at.%）Nb+(0.2-0.6at.%)Ni +(0.06 -0.12at.%)Y + (1.2 -3.5 at.%)A +(0.2-2.0at.%)M +(1.0-2.5at.%)N + ( 0.2- 0.8 at.%)Q+ 0.18at.% O
式中：A为铬（Cr）、锰（Mn）、钒（V）三种元素中的一种或者两种，选择两种元素时，每种元素的添加量均不超过0.5-1.8%，总量不超过1.2-3.5at.%；M为钨（W）、钼（Mo）、钽（Ta）三种元素中的一种或者两种，选择两种元素时，每种元素的添加量均不超过0.3-1.6%，总量不超过0.6-2.0at.%； N为锆（Zr）、硅（Si）两种合金元素中的一种或者两种，其中硅的含量为0.3-0.9at.%，锆的添加量为1.0-1.6at.%。Q为和硼（B）和碳（C）中的一种或者两种，且两种元素的总添加量控制在0.3-0.8at.%。合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
具体实施方案为：
⑴按权利要求所述的合金，其特征在于，含有以下的成分（按原子百分比%）： Al：44.0-48.0at.% ；Nb：5.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； （Mo+Ta）：0.2-2.0at.%；Zr：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% 。合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
⑵按权利要求所述的合金，其特征在于，含有以下的成分（按原子百分比%）： Al：44.0-48.0at.% ；Nb：5.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Mn+V): 1.2 -3.5 at.%； （Mo+Ta）：0.2-2.0at.%；Zr：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% 。合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
⑶按权利要求所述的合金，其特征在于，含有以下的成分（按原子百分比%）： Al：44.0-48.0at.% ；Nb：5.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； （Mo+W）：0.2-2.0at.%；Zr：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% 。合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
⑷按权利要求所述的合金，其特征在于，含有以下的成分（按原子百分比%）： Al：44.0-48.0at.% ；Nb：5.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； （W+Ta）：0.2-2.0at.%；Zr：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% 。合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
⑸按权利要求所述的合金，其特征在于，含有以下的成分（按原子百分比%）： Al：44.0-48.0at.% ；Nb：5.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； （Mo+Ta）：0.2-2.0at.%；（Zr+Si）：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% 。合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
⑹按权利要求所述的合金，其特征在于，含有以下的成分（按原子百分比%）： Al：44.0-48.0at.% ；Nb：5.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Mn+V): 1.2 -3.5 at.%； Ta：0.2-2.0at.%；（Zr+Si）：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% 。合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
⑺按权利要求所述的合金，其特征在于，含有以下的成分（按原子百分比%）： Al：44.0-48.0at.% ；Nb：5.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； Mo：0.2-2.0at.%；（Zr+Si）：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% 。合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
⑻按权利要求所述的合金，其特征在于，含有以下的成分（按原子百分比%）： Al：44.0-48.0at.% ；Nb：5.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Mn+V): 1.2 -3.5 at.%； Ta：0.2-2.0at.%；（Zr+Si）：1.2-1.9at.% ；（B+C）：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% 。合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
⑼按权利要求所述的合金，其特征在于，含有以下的成分（按原子百分比%）： Al：44.0-48.0at.% ；Nb：5.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； Ta：0.2-2.0at.%；（Zr+Si）：1.2-1.9at.% ；C：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% 。合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
⑽按权利要求所述的合金，其特征在于，含有以下的成分(按原子百分比%）： Al：44.0-48.0at.% ；Nb：5.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； （Mo+Ta）：0.2-2.0at.%；Si：1.2-1.9at.% ；(B+C)：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% 。合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
在上述所列举的合金中（有数十种实施方案，本处仅列举上述十例），铝是控制O（Ti2AlNb）氧化性能的主要元素，合金中铝含量的高低是决定合金组织并影响合金性能的关键。合金中的铝含量在44.0 at.%-48.0at.%之间时，在1285的温度条件下，按共析反应从β固溶体中析出γ（TiAl）（β→α+γ）。在1125℃的条件下按共析反应生成α2（Ti3Al）（α→α2+γ）。合金在熔铸凝固过程中容易发生包晶反应，产生宏观柱状晶和合金元素显微偏析，这种缺陷在后续的处理过程中不易消除，对合金的力学性能有害。合金在凝固结束时，二元的γ（TiAl）合金穿过α固溶体单相区，在进一步的冷却过程中，α相按照反应式β→（α+γ）→（α2+γ）+γ发生分解，其中：β→（α+γ）和α→（α2+γ）的反应机理相同，都是通过γ层片形核和长大的方式进行，γ相的体积分数远远大于平衡状态时的体积分数。降低铝含量可以提高合金的强度和塑性，但会降低合金在高温条件下的抗氧化能力。
合金中，V、Nb、Ta、Mo四种元素与高温时的β（Ti）无限互溶，对合金均有一定的固溶强化作用。元素V能够提高合金的塑性。Nb有助于钛铝化合物形成细小的晶粒组织，提高α2（Ti3Al）在室温和高温下的塑性，提高α2（Ti3Al）的抗氧化性能，从而提高合金的抗氧化性能。Nb和Mn均能固溶于α2（Ti3Al）和γ（TiAl）中，对合金产生显著的固溶强化效果。在700℃以上的高温条件下，合金中的层状组织发生球化、粗化的退化现象，以及合金中α2（Ti3Al）、γ（TiAl）、O（Ti2AlNb）的塑性各向异性，是造成合金高温蠕变和断裂失效的主要原因。Nb在钛铝基合金中的扩散速度缓慢，能够限制合金中受扩散辅助的变形机制启动，阻碍超位错攀移，是钛铝基合金具有较高的高温强度的主要原因。Nb能提高合金的抗蠕变性能，改变γ（TiAl）的本质性能，使脆性的α2（Ti3Al）转化为热加工性能得到改善的O（Ti2AlNb）。
添加元素Cr、Mn和V，能降低β相的相转变温度，能够促进β相发生共析分解，形成α相和金属化合物，β→α+γ。Cr、Mn、V可以提高合金的室温塑性。
Zr能够与α相和β相无限互溶，在合金中其作用是通过固溶于γ（TiAl）中，对合金起到强化作用。
稀土元素Y除了极少数以固溶钛存在外，大部分以稀土氧化物Y2O3的形式存在，可以细化合金的晶粒和显微组织，改善合金的塑性，提高合金的热稳定性和蠕变抗力。稀土Y与氧有较强的亲和力，能够夺取合金基体中的间隙氧形成Y2O3，使合金基体中的氧贫化，提高合金在高温条件下的抗氧化能力，延长合金的使用寿命。
合金中添加硼或者碳，硼能够与钛作用形成高熔点的TiB2，碳能够与钛作用形成高熔点的TiC和Ti2AlC，TiB2和TiC、Ti2AlC均可以作为α（Ti）、β（Ti）的形核基底，在合金凝固过程中，起到细化合金铸锭的晶粒组织的作用。微量的硼、碳均能固溶于钛铝基合金中，硼能够抑制合金在退火过程的组织异常长大，合金通过退火或者固溶以及后续的时效工艺，析出高熔点的弥散质点，能够抑制合金再结晶晶粒长大，稳定合金在高温使用过程中的显微组织，提高合金的高温强度和蠕变抗力。
限制合金中的氧含量不超过0.18at.%，目的是减少合金在高温下的氧化，降低合金在高温环境下的脆化、剥落风险，延长合金的使用寿命。氧是脆性α2（Ti3Al）相的强稳定元素，还能降低合金的塑性和断裂伸长率，氧含量的高低对合金最终相组成也有影响，控制氧含量有助于调控合金最终的相组成。
本发明所述的多相钛铝基合金，通过热加工、热处理和快速冷却产生相变等缘故而含有密集的内部边界，这些边界是各种位错运动的有效障碍，对合金有较强的强化作用。γ（TiAl）的层片状组织大大提高合金的高温强度、断裂韧性和抗蠕变性能。
合金的熔炼过程简述如下：
以0级海绵钛（要求海绵钛的氧含量低于0.10%）、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Al-80%Mo中间合金、Ti-65%Mn中间合金、Ti-25%Si中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-10%B中间合金、Ti-C中间合金为原料，或者以铝热法生产的CrBAl、CrAlSi、NbAlTiC中间合金为原料。在水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中熔化一次铸锭，以一次铸锭为原料，在真空等离子体-水冷炉床熔炼炉中进行二次熔炼。在二次熔炼过程中，给炉室中冲入高纯氩气作为载气，提高熔炼期炉压，减少低熔点金属铝的蒸发损失，并脱除熔炼过程中合金中挥发出的气体。依靠等离子体产生的高温对合金进行加热、保温，使合金液中的高密度夹杂、低密度夹杂充分熔化、溶解，不能熔化、溶解的高密度夹杂、低密度夹杂，通过浮选、沉降的机理而脱除，得到纯净的合金液，并浇注成高质量的铸锭。
铸锭热等静压和均匀化：在氩气保护条件下，用氩弧焊接技术对铸锭表面的气孔、孔洞等缺陷进行封闭焊合。将铸锭在保护气氛条件下加热到980-1000℃，气体压力180Mpa保压5h，铸锭经过热等静压处理后，内部孔隙、疏松缺陷基本修复。随后，在α相区温度对铸锭进行均匀化处理，消除包晶反应形成的成分偏析。
热加工：钛铝基合金室温塑性很低，热加工要在共析温度附近进行，可以进行等温精锻、包套锻造或者热挤压加工。等温锻造加热温度1150-1180℃，包套锻造时，可以更有效地通过锻打细化铸锭晶粒而不形成铸锭裂纹。包套材质低碳钢板，包套锻造加热温度为1170-1200℃。先在α+γ相区加热，并对合金进行小变形量的热加工，变形应变速率控制在1S-1以内，通过第一次热加工使合金中的层片组织通过动态再结晶、球化过程转化为细小的等轴晶组织，使合金的组织和成分更趋均匀。随后进行第二次热加工，组织细化后的第二次热加工，锻打变形量可以达到80%，锻打应变速率控制在10-2S-1以内。
钛铝基合金的挤压在温度较高的α+γ相区或者α相区进行，为了防止合金在高温条件下发生氧化，挤压前需要对钛铝基合金铸锭进行包覆处理，包覆材料为低碳钢板，挤压温度在α+γ相区，采用静液挤压法，挤压筒靠近挤压模的区域通常设计成锥形，待挤压的锭坯也被加工成带有一定的锥度。挤压过程分两次完成，第一次用包套挤压棒坯毛料，第二次挤压用棒坯毛料为坯料挤压二次棒坯，两次挤压的总的挤压比为：130-250之间。通过选择和控制挤压温度，可以使合金的组织在等轴晶、双相或者全层片组织之间变化。
热矫直和表面处理：将二次挤压坯进行热矫直，定尺锯切并清除表面包套。将二次挤压坯料加工成所需要的工件。如，发动机叶片，气缸阀门等。
该合金具有良好的高温性能、抗蠕变性能和高温抗氧化性能，能在700-750℃的条件下长期使用，适合于制造航空发动机的压气机叶片、涡轮盘，汽车发动机提升阀、缸体，高速导弹的壳体等耐热构件，可以大大减轻结构重量，具有广阔的市场前景。
本发明通过多元合金化手段在钛铝基合金中形成多晶相改善合金的性能；通过微合金化的手段改变钛铝基合金的组织演变路径；通过添加硼、碳形成TiB2、TiC细化合金铸锭组织；通过多组元合金元素固溶强化、沉淀强化提高合金的强度、抗蠕变性能，改善合金的耐高温氧化和环境脆化性能；通过热加工、热处理和快速冷却相变使合金内部产生密集的内部边界，这些边界是各种位错运动的有效障碍，对合金有较强的强化作用；通过γ（TiAl）的层片状组织大大提高合金的高温强度、断裂韧性和抗蠕变性能。从而达到提高合金使用温度和高温条件下使用寿命的目的。
具体实施方式
本发明介绍了一种钛铝基多晶耐热合金及其制备方法，合金的主要相组成为：α2（Ti3Al）+γ（TiAl）+O（Ti2AlNb），合金中含有Cr、Mo、W有助于形成颗粒状的β/B2相，此外，合金中还会含有硼、碳、硅的化合物高熔点相。在合金中，γ（TiAl）具有熔点高、密度低、良好的结构稳定性、优良的抗氧化、良好的耐蚀性和阻燃性能，是提高和保证合金性能的主要相组成，γ（TiAl）占合金相组成的80%以上。O（Ti2AlNb）具有高的室温塑性，良好的可成型性，在700℃的高温下具有良好的热稳定性和抗蠕变性能，且具有高损伤容限、热膨胀系数小的优点，比γ（TiAl）能更好地满足喷气发动机高温结构的要求,通过在合金中添加Nb使脆性的α2（Ti3Al）转化为热加工性能得到改善的O（Ti2AlNb）。α2（Ti3Al）在室温时是一种脆性材料，在超过550℃的高温会产生环境诱发的脆化效应，对合金的性能有害。但α2（Ti3Al）中间隙元素的溶解度较高，能吸走γ（TiAl）中的杂质，改善γ（TiAl）的加工性能，工程中控制α2（Ti3Al）在10%以下。
合金的熔炼过程：
实施例1：Ti-46Al-2.5（Cr+V）-1.9（Ta+Mo） -0.9Si -6.0Nb -0.4Ni -0.08Y-1.4Zr-0.6B钛合金铸锭，控制氧含量低于0.18at.%
⑴以0级海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Al-80%Mo中间合金、Ti-25%Si中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-10%B中间合金为原料，或者以铝热法生产的CrBAl、CrAlSi、NbAlTi中间合金为原料。将电解铝锭剪切制成粒度为8-12.7mm粒度的块料备用，将中间合金破碎筛分至3-12.7mm的粒度备用。
⑵将制备的电解铝、、Al-80%V中间合金、Al-80%Mo中间合金、Ti-25%Si中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-10%B中间合金送入干燥炉干燥，去除原料中的吸附水分，烘干、干燥结束，原料直接出炉。
⑶将海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Al-50%Mo中间合金、Ti-25%Si中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-10%B中间合金按照合金的名义成分进行配料。
将经过干燥的海绵钛和电解铝原料装入感应熔炼炉中，装料时，将低熔点合金元素电解铝锭装在坩埚的中部，中间合金和海绵钛原料按照熔点由低到高的顺序，依次为Al-10%B中间合金、Ti-25%Si中间合金、Al-50%Mo中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-80%V中间合金、海绵钛原料，由坩埚中部的电解铝周围依次向坩埚壁装料，熔点最高的海绵钛装在靠近坩埚的内壁附近。铝的配入量为51.5%（考虑5%的铝的挥发损耗），余量为钛。
⑷装炉结束后，封炉，启动真空系统对炉室抽真空，反冲氩气至炉室内，并再次抽真空、再次反充氩气至炉室，将炉压调整到50-55kPa。启动感应熔炼电源进行合金熔化，考虑钛铝互熔时的放热效应，采用阶梯式的加载方式，缓慢升温加热。通过控制炉压减少合金元素铝的损耗。控制升温速度，待到心部铝炉料完全熔化和合金化后，迅速增加熔炼功率，增强电磁搅拌、提高化料速度，直至炉料完全化尽。将熔化的合金液铸成铸锭，作为一次铸锭。
⑸以一次铸锭为原料，以等离子体冷床熔炼炉熔炼一次铸锭得到二次铸锭，在进行等离子冷床熔炼时，需要通入高纯的氩气保护气氛，以减少铝的挥发损失，并脱除合金中逸出的气体，通过等离子体冷床炉熔化-精炼的合金液铸成二次铸锭。在进行等离子体熔化-精炼时，给炉室中冲入高纯氩气作为载气，提高熔炼期炉压，减少低熔点金属铝的蒸发损失，并脱除熔炼过程中合金中挥发出的气体。依靠等离子体产生的高温对合金进行加热、保温，使合金液中的高密度夹杂、低密度夹杂充分熔化、溶解，不能熔化、溶解的高密度夹杂、低密度夹杂，通过浮选、沉降的机理而脱除，得到纯净的合金液，并浇注成高质量的铸锭。以二次铸锭作为成品铸锭。成品铸锭的化学成分为（按元素原子的摩尔百分比计）：Al：46.16%；V：2.10%；Cr：0.31%， Mo：0.69%；Ta：1.2%； Si：0.86%；Nb：6.36%；Ni：0.43%；Y：0.09%； Zr：1.32%；B：0.56%；O：0.016%；余量为Ti。
⑹铸锭热等静压和均匀化：在氩气保护条件下，用氩弧焊接技术对铸锭表面的气孔、孔洞等缺陷进行封闭焊合。将铸锭在保护气氛条件下加热到980-1000℃，气体压力180Mpa保压5h，铸锭经过热等静压处理后，内部孔隙、疏松缺陷基本修复。随后，在α相区温度对铸锭进行均匀化处理，消除包晶反应形成的成分偏析。
⑺热加工：钛铝基合金室温塑性很低，热加工要在共析温度附近进行，可以进行等温精锻、包套锻造或者热挤压加工。等温锻造加热温度1150-1180℃，包套锻造时，可以更有效地通过锻打细化铸锭晶粒而不形成铸锭裂纹。包套材质低碳钢板，包套锻造加热温度为1170-1200℃。先在α+γ相区加热，并对合金进行小变形量的热加工，变形应变速率控制在1S-1以内，通过第一次热加工使合金中的层片组织通过动态再结晶、球化过程转化为细小的等轴晶组织，使合金的组织和成分更趋均匀。随后进行第二次热加工，组织细化后的第二次热加工，锻打变形量可以达到80%，锻打应变速率控制在10-2S-1以内。
钛铝基合金的挤压在温度较高的α+γ相区或者α相区进行，为了防止合金在高温条件下发生氧化，挤压前需要对钛铝基合金铸锭进行包覆处理，包覆材料为低碳钢板，挤压温度在α+γ相区，采用静液挤压法，挤压筒靠近挤压模的区域通常设计成锥形，待挤压的锭坯也被加工成带有一定的锥度。挤压过程分两次完成，第一次用包套挤压棒坯毛料，第二次挤压用棒坯毛料为坯料挤压二次棒坯，两次挤压的总的挤压比为：130-250之间。通过选择和控制挤压温度，可以使合金的组织在等轴晶、双相或者全层片组织之间变化。
⑻热矫直和表面处理：将二次挤压坯进行热矫直，定尺锯切并清除表面包套。将二次挤压坯料加工成所需要的工件。如，发动机叶片，气缸阀门等。
⑼经测试，钛铝基多晶合金在室温下的抗拉强度达到930Mpa，延伸率为1.1%；在850℃温度下的抗拉强度为867Mpa，延伸率2.6%。
实施例2：Ti-45Al-3.0（Mn+V）-1.9（Ta+Mo）-7.0Nb -0.5Ni -0.10Y-1.4Zr-0.6B钛合金铸锭，控制氧含量低于0.18at.%
⑴以0级海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Al-80%Mo中间合金、Ti-65%Mn中间合金、Ti-30%Ta中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金，以及纯镍、纯铌为原料。将电解铝锭剪切制成粒度为8-12.7mm粒度的块料备用，将中间合金破碎筛分至3-12.7mm的粒度备用。
⑵将制备的电解铝、Al-80%V中间合金、Al-80%Mo中间合金、Ti-65%Mn中间合金、Ti-30%Ta中间合金、Al-10%B中间合金、Al-5%Y中间合金、以及纯镍、纯铌送入干燥炉干燥，去除原料中的吸附水分，烘干、干燥结束，原料直接出炉。
⑶将海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Al-50%Mo中间合金、Ti-65%Mn中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金、Ti-30%Ta中间合金、以及纯镍、纯铌按照合金的名义成分进行配料。
将经过干燥的海绵钛和电解铝原料装入感应熔炼炉中，装料时，将低熔点合金元素电解铝锭装在坩埚的中部，中间合金和海绵钛原料按照熔点由低到高的顺序，依次为Al-10%B中间合金、Ti-65%Mn中间合金、Ti-25%Si中间合金、Al-50%Mo中间合金、Al-80%V中间合金、海绵钛等原料，由坩埚中部的电解铝周围依次向坩埚壁装料，熔点最高的海绵钛装在靠近坩埚的内壁附近。铝的配入量为50.5%（考虑5%的铝的挥发损耗），余量为钛。
⑷装炉结束后，封炉，启动真空系统对炉室抽真空，反冲氩气至炉室内，并再次抽真空、再次反充氩气至炉室，将炉压调整到50-55kPa。启动感应熔炼电源进行合金熔化，考虑钛铝互熔时的放热效应，采用阶梯式的加载方式，缓慢升温加热。通过控制炉压减少合金元素铝的损耗。控制升温速度，待到心部铝炉料完全熔化和合金化后，迅速增加熔炼功率，增强电磁搅拌、提高化料速度，直至炉料完全化尽。将熔化的合金液铸成铸锭，作为一次铸锭。
⑸以一次铸锭为原料，以等离子体冷床熔炼炉熔炼一次铸锭得到二次铸锭，在进行等离子冷床熔炼时，需要通入高纯的氩气保护气氛，以减少铝的挥发损失，并脱除合金中逸出的气体，通过等离子体冷床炉熔化-精炼的合金液铸成二次铸锭。在进行等离子体熔化-精炼时，给炉室中冲入高纯氩气作为载气，提高熔炼期炉压，减少低熔点金属铝的蒸发损失，并脱除熔炼过程中合金中挥发出的气体。依靠等离子体产生的高温对合金进行加热、保温，使合金液中的高密度夹杂、低密度夹杂充分熔化、溶解，不能熔化、溶解的高密度夹杂、低密度夹杂，通过浮选、沉降的机理而脱除，得到纯净的合金液，并浇注成高质量的铸锭。以二次铸锭作为成品铸锭。成品铸锭的化学成分为（按元素原子的摩尔百分比计）：Al：45.04%；V：1.93%；Mn：0.44%， Mo：1.66%； Ta：0.23%；Nb：7.13%；Ni：0.51%；Y：0.11%；O：0.017%； Zr：1.39%；B：0.58%；余量为Ti。
⑹铸锭热等静压和均匀化：在氩气保护条件下，用氩弧焊接技术对铸锭表面的气孔、孔洞等缺陷进行封闭焊合。将铸锭在保护气氛条件下加热到980-1000℃，气体压力180Mpa保压5h，铸锭经过热等静压处理后，在α相区温度对铸锭进行均匀化处理，消除包晶反应形成的成分偏析。
⑺热加工：对处理后的铸锭包套，包套材质低碳钢板，加热温度为1170-1200℃。先在α+γ相区加热，并对合金进行小变形量的热加工，变形应变速率控制在1S-1以内，随后进行第二次热加工，锻打变形量可以达到80%，锻打应变速率控制在10-2S-1以内。
钛铝基合金的挤压在温度较高的α+γ相区或者α相区进行，为了防止合金在高温条件下发生氧化，挤压前需要对钛铝基合金铸锭进行包覆处理，包覆材料为低碳钢板，挤压温度在α+γ相区，采用静液挤压法，挤压筒靠近挤压模的区域通常设计成锥形，待挤压的锭坯也被加工成带有一定的锥度。挤压过程分两次完成，第一次用包套挤压棒坯毛料，第二次挤压用棒坯毛料为坯料挤压二次棒坯，两次挤压的总的挤压比为：130-250之间。通过选择和控制挤压温度，可以使合金的组织在等轴晶、双相或者全层片组织之间变化。
⑻热矫直和表面处理：将二次挤压坯进行热矫直，定尺锯切并清除表面包套。将二次挤压坯料加工成所需要的工件。如，发动机叶片，气缸阀门等。
⑼经测试，钛铝基多晶合金在室温下的抗拉强度达到969Mpa，延伸率为1.9%；在850℃温度下的抗拉强度为923Mpa，延伸率2.9%。
实施例3：Ti-46Al-6.0Nb-0.4Ni-0.11Y-2.0V-1.0Cr-0.4W-1.5Mo
-1.5Zr-0.6B钛合金铸锭，氧含量控制在0.18at.%以下。
⑴以0级海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Al-80%Mo中间合金、Ti-65%W中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金、Ti-C中间合金，以及纯镍、纯铌为原料。将电解铝锭剪切制成粒度为8-12.7mm粒度的块料备用，将中间合金破碎筛分至3-12.7mm的粒度备用。
⑵将制备的电解铝、Al-80%V中间合金、Al-80%Mo中间合金、Ti-65%W中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金、Ti-C中间合金，以及纯镍、纯铌送入干燥炉干燥，去除原料中的吸附水分，烘干、干燥结束，原料直接出炉。
⑶将海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Al-50%Mo中间合金、Ti-65%W中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金、Ti-C中间合金，以及纯镍、纯铌按照合金的名义成分进行配料。
将经过干燥的海绵钛和电解铝原料装入感应熔炼炉中，装料时，将低熔点合金元素电解铝锭装在坩埚的中部，中间合金和海绵钛原料按照熔点由低到高的顺序，依次为Al-10%B中间合金、Ti-65%W中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Al-50%Mo中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-80%V中间合金、海绵钛原料，由坩埚中部的电解铝周围依次向坩埚壁装料，熔点最高的海绵钛装在靠近坩埚的内壁附近。铝的配入量为51.5%（考虑5%的铝的挥发损耗），余量为钛。
⑷装炉结束后，封炉，启动真空系统对炉室抽真空，反冲氩气至炉室内，并再次抽真空、再次反充氩气至炉室，将炉压调整到50-55kPa。启动感应熔炼电源进行合金熔化，考虑钛铝互熔时的放热效应，采用阶梯式的加载方式，缓慢升温加热。通过控制炉压减少合金元素铝的损耗。控制升温速度，待到心部铝炉料完全熔化和合金化后，迅速增加熔炼功率，增强电磁搅拌、提高化料速度，直至炉料完全化尽。将熔化的合金液铸成铸锭，作为一次铸锭。
⑸以一次铸锭为原料，以等离子体冷床熔炼炉熔炼一次铸锭得到二次铸锭，在进行等离子冷床熔炼时，需要通入高纯的氩气保护气氛，以减少铝的挥发损失，并脱除合金中逸出的气体，通过等离子体冷床炉熔化-精炼的合金液铸成二次铸锭。在进行等离子体熔化-精炼时，给炉室中冲入高纯氩气作为载气，提高熔炼期炉压，减少低熔点金属铝的蒸发损失，并脱除熔炼过程中合金中挥发出的气体。依靠等离子体产生的高温对合金进行加热、保温，使合金液中的高密度夹杂、低密度夹杂充分熔化、溶解，不能熔化、溶解的高密度夹杂、低密度夹杂，通过浮选、沉降的机理而脱除，得到纯净的合金液，并浇注成高质量的铸锭。以二次铸锭作为成品铸锭。成品铸锭的化学成分为（按元素原子的摩尔百分比计）：Al：45.9%；V：2.03%；Cr：0.97%， Mo：1.55%； Zr：1.48%；Nb：6.09%；Ni：0.398%；Y：0.099%；O：0.015%；；B：0.63%；余量为Ti。
⑹铸锭热等静压和均匀化：在氩气保护条件下，用氩弧焊接技术对铸锭表面进行封闭焊合。将铸锭在保护气氛条件下加热到980-1000℃，气体压力180Mpa保压5h，铸锭经过热等静压处理后，在α相区温度对铸锭进行均匀化处理，消除包晶反应形成的成分偏析。
⑺热加工：钛铝基合金进行等温精锻，锻造前包套，包套材质低碳钢板，包套锻造加热温度为1170-1200℃。先在α+γ相区加热，并对合金进行小变形量的热加工，变形应变速率控制在1S-1以内，通过第一次热加工使合金中的层片组织通过动态再结晶、球化过程转化为细小的等轴晶组织，使合金的组织和成分更趋均匀。随后进行第二次热加工，组织细化后的第二次热加工，锻打变形量可以达到80%，锻打应变速率控制在10-2S-1以内。
挤压在温度较高的α+γ相区或者α相区进行，为了防止合金在高温条件下发生氧化，挤压前需要对钛铝基合金铸锭进行包覆处理，包覆材料为低碳钢板，采用静液挤压法，挤压筒靠近挤压模的区域通常设计成锥形，待挤压的锭坯也被加工成带有一定的锥度。挤压过程分两次完成，第一次用包套挤压棒坯毛料，第二次挤压用棒坯毛料为坯料挤压二次棒坯，两次挤压的总的挤压比为：130-250之间。通过选择和控制挤压温度，可以使合金的组织在等轴晶、双相或者全层片组织之间变化。
⑻热矫直和表面处理：将二次挤压坯进行热矫直，定尺锯切并清除表面包套。将二次挤压坯料加工成所需要的工件。如，发动机叶片，气缸阀门等。
⑼经测试，钛铝基多晶合金在室温下的抗拉强度达到911Mpa，延伸率为1.3%；在850℃温度下的抗拉强度为849Mpa，延伸率2.8%。
实施例4：Ti-47Al-7.0Nb-0.5Ni-0.09Y-2.0V-1.0Cr-0.4W-1.5Ta
-1.5Zr-0.6B钛合金铸锭，氧含量控制在0.18at.%以下。
⑴以0级海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Ti-65%W中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金，以及纯镍、纯铌为原料。将电解铝锭剪切制成粒度为8-12.7mm粒度的块料备用，将中间合金破碎筛分至3-12.7mm的粒度备用。
⑵将制备的电解铝、Al-80%V中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Ti-65%W中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金，以及纯镍、纯铌送入干燥炉干燥，去除原料中的吸附水分，烘干、干燥结束，原料直接出炉。
⑶将海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Al-50%Mo中间合金、Ti-65%W中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金、Ti-C中间合金，以及纯镍、纯铌按照合金的名义成分进行配料。
将经过干燥的海绵钛和电解铝原料装入感应熔炼炉中，装料时，将低熔点合金元素电解铝锭装在坩埚的中部，中间合金和海绵钛原料按照熔点由低到高的顺序，依次为Al-10%B中间合金、Ti-65%W中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-80%V中间合金、海绵钛原料，由坩埚中部的电解铝周围依次向坩埚壁装料，熔点最高的海绵钛装在靠近坩埚的内壁附近。铝的配入量为52.5%（考虑5%的铝的挥发损耗），余量为钛。
⑷装炉结束后，封炉，启动真空系统对炉室抽真空，反冲氩气至炉室内，并再次抽真空、再次反充氩气至炉室，将炉压调整到50-55kPa。启动感应熔炼电源进行合金熔化，考虑钛铝互熔时的放热效应，采用阶梯式的加载方式，缓慢升温加热。通过控制炉压减少合金元素铝的损耗。控制升温速度，待到心部铝炉料完全熔化和合金化后，迅速增加熔炼功率，增强电磁搅拌、提高化料速度，直至炉料完全化尽。将熔化的合金液铸成铸锭，作为一次铸锭。
⑸以一次铸锭为原料，以等离子体冷床熔炼炉熔炼一次铸锭得到二次铸锭，在进行等离子冷床熔炼时，需要通入高纯的氩气保护气氛，以减少铝的挥发损失，并脱除合金中逸出的气体，通过等离子体冷床炉熔化-精炼的合金液铸成二次铸锭。在进行等离子体熔化-精炼时，给炉室中冲入高纯氩气作为载气，提高熔炼期炉压，减少低熔点金属铝的蒸发损失，并脱除熔炼过程中合金中挥发出的气体。依靠等离子体产生的高温对合金进行加热、保温，使合金液中的高密度夹杂、低密度夹杂充分熔化、溶解，不能熔化、溶解的高密度夹杂、低密度夹杂，通过浮选、沉降的机理而脱除，得到纯净的合金液，并浇注成高质量的铸锭。以二次铸锭作为成品铸锭。成品铸锭的化学成分为（按元素原子的摩尔百分比计）：Al：47.3%；V：1.99%；Cr：1.02%， Ta：1.43%； Zr：1.53%；Nb：7.13%；Ni：0.51%；Y：0.093%；O：0.0163%；；B：0.62%；余量为Ti。
⑹铸锭热等静压和均匀化：在氩气保护条件下，用氩弧焊接技术对铸锭表面进行封闭焊合。将铸锭在保护气氛条件下加热到980-1000℃，气体压力180Mpa保压5h，铸锭经过热等静压处理后，在α相区温度对铸锭进行均匀化处理，消除包晶反应形成的成分偏析。
⑺热加工：钛铝基合金进行等温精锻，锻造前包套，包套材质低碳钢板，包套锻造加热温度为1170-1200℃。先在α+γ相区加热，并对合金进行小变形量的热加工，变形应变速率控制在1S-1以内，通过第一次热加工使合金中的层片组织通过动态再结晶、球化过程转化为细小的等轴晶组织，使合金的组织和成分更趋均匀。随后进行第二次热加工，组织细化后的第二次热加工，锻打变形量可以达到80%，锻打应变速率控制在10-2S-1以内。
挤压在温度较高的α+γ相区或者α相区进行，为了防止合金在高温条件下发生氧化，挤压前需要对钛铝基合金铸锭进行包覆处理，包覆材料为低碳钢板，采用静液挤压法，挤压筒靠近挤压模的区域通常设计成锥形，待挤压的锭坯也被加工成带有一定的锥度。挤压过程分两次完成，第一次用包套挤压棒坯毛料，第二次挤压用棒坯毛料为坯料挤压二次棒坯，两次挤压的总的挤压比为：130-250之间。通过选择和控制挤压温度，可以使合金的组织在等轴晶、双相或者全层片组织之间变化。
⑻热矫直和表面处理：将二次挤压坯进行热矫直，定尺锯切并清除表面包套。将二次挤压坯料加工成所需要的工件。如，发动机叶片，气缸阀门等。
⑼经测试，钛铝基多晶合金在室温下的抗拉强度达到967Mpa，延伸率为1.5%；在850℃温度下的抗拉强度为863Mpa，延伸率2.7%。
实施例5：Ti-48Al-8.0Nb-0.5Ni-0.10Y-2.0V-1.0Cr-1.4Mo-0.5Ta -0.5Zr -0.9Si-0.6B钛合金铸锭，氧含量控制在0.18at.%以下。
⑴以0级海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Ti-65%Mo中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-65%Si中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金，以及纯镍、纯铌为原料。将电解铝锭剪切制成粒度为8-12.7mm粒度的块料备用，将中间合金破碎筛分至3-12.7mm的粒度备用。
⑵将制备的电解铝、Al-80%V中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Ti-65%Mo中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-65%Si中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金，以及纯镍、纯铌送入干燥炉干燥，去除原料中的吸附水分，烘干、干燥结束，原料直接出炉。
⑶将海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Al-50%Mo中间合金、Ti-65%Mo中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-65%Si中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金，以及纯镍、纯铌按照合金的名义成分进行配料。
将经过干燥的海绵钛和电解铝原料装入感应熔炼炉中，装料时，将低熔点合金元素电解铝锭装在坩埚的中部，中间合金和海绵钛原料按照熔点由低到高的顺序，依次为Al-10%B中间合金、Ti-65%W中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-80%V中间合金、海绵钛原料，由坩埚中部的电解铝周围依次向坩埚壁装料，熔点最高的海绵钛装在靠近坩埚的内壁附近。铝的配入量为52.5%（考虑5%的铝的挥发损耗），余量为钛。
⑷装炉结束后，封炉，启动真空系统对炉室抽真空，反冲氩气至炉室内，并再次抽真空、再次反充氩气至炉室，将炉压调整到50-55kPa。启动感应熔炼电源进行合金熔化，考虑钛铝互熔时的放热效应，采用阶梯式的加载方式，缓慢升温加热。通过控制炉压减少合金元素铝的损耗。控制升温速度，待到心部铝炉料完全熔化和合金化后，迅速增加熔炼功率，增强电磁搅拌、提高化料速度，直至炉料完全化尽。将熔化的合金液铸成铸锭，作为一次铸锭。
⑸以一次铸锭为原料，以等离子体冷床熔炼炉熔炼一次铸锭得到二次铸锭，在进行等离子冷床熔炼时，需要通入高纯的氩气保护气氛，以减少铝的挥发损失，并脱除合金中逸出的气体，通过等离子体冷床炉熔化-精炼的合金液铸成二次铸锭。在进行等离子体熔化-精炼时，给炉室中冲入高纯氩气作为载气，提高熔炼期炉压，减少低熔点金属铝的蒸发损失，并脱除熔炼过程中合金中挥发出的气体。依靠等离子体产生的高温对合金进行加热、保温，使合金液中的高密度夹杂、低密度夹杂充分熔化、溶解，不能熔化、溶解的高密度夹杂、低密度夹杂，通过浮选、沉降的机理而脱除，得到纯净的合金液，并浇注成高质量的铸锭。以二次铸锭作为成品铸锭。成品铸锭的化学成分为（按元素原子的摩尔百分比计）：Al：47.9%；V：2.02%；Cr：0.93%， Ta：0.48%； Mo：1.44；Zr：0.51%；Nb：8.09%；Ni：0.55%；Y：0.098%；Si：0.89；O：0.017%；；B：0.56%；余量为Ti。
⑹铸锭热等静压和均匀化：在氩气保护条件下，用氩弧焊接技术对铸锭表面进行封闭焊合。将铸锭在保护气氛条件下加热到980-1000℃，气体压力180Mpa保压5h，铸锭经过热等静压处理后，在α相区温度对铸锭进行均匀化处理，消除包晶反应形成的成分偏析。
⑺热加工：钛铝基合金进行等温精锻，锻造前包套，包套材质低碳钢板，包套锻造加热温度为1170-1200℃。先在α+γ相区加热，并对合金进行小变形量的热加工，变形应变速率控制在1S-1以内，通过第一次热加工使合金中的层片组织通过动态再结晶、球化过程转化为细小的等轴晶组织，使合金的组织和成分更趋均匀。随后进行第二次热加工，组织细化后的第二次热加工，锻打变形量可以达到80%，锻打应变速率控制在10-2S-1以内。
挤压在温度较高的α+γ相区或者α相区进行，为了防止合金在高温条件下发生氧化，挤压前需要对钛铝基合金铸锭进行包覆处理，包覆材料为低碳钢板，采用静液挤压法，挤压筒靠近挤压模的区域通常设计成锥形，待挤压的锭坯也被加工成带有一定的锥度。挤压过程分两次完成，第一次用包套挤压棒坯毛料，第二次挤压用棒坯毛料为坯料挤压二次棒坯，两次挤压的总的挤压比为：130-250之间。通过选择和控制挤压温度，可以使合金的组织在等轴晶、双相或者全层片组织之间变化。
⑻热矫直和表面处理：将二次挤压坯进行热矫直，定尺锯切并清除表面包套。将二次挤压坯料加工成所需要的工件。如，发动机叶片，气缸阀门等。
⑼经测试，钛铝基多晶合金在室温下的抗拉强度达到977Mpa，延伸率为1.56%；在850℃温度下的抗拉强度为874Mpa，延伸率2.8%。
实施例6：Ti-47Al-8.0Nb-0.5Ni-0.10Y-2.2V-0.6Mn-1.5Ta-0.5Zr-0.9Si-0.6B钛合金铸锭，氧含量控制在0.18at.%以下。
⑴以0级海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Ti-65%Mn中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-65%Si中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金，以及纯镍、纯铌为原料。将电解铝锭剪切制成粒度为8-12.7mm粒度的块料备用，将中间合金破碎筛分至3-12.7mm的粒度备用。
⑵将制备的电解铝、Al-80%V中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Ti-65%Mn中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-65%Si中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金，以及纯镍、纯铌送入干燥炉干燥，去除原料中的吸附水分，烘干、干燥结束，原料直接出炉。
⑶将海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Al-50%Mo中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Ti-65%Mn中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Al-65%Si中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-10%B中间合金，以及纯镍、纯铌按照合金的名义成分进行配料。
将经过干燥的海绵钛和电解铝原料装入感应熔炼炉中，装料时，将低熔点合金元素电解铝锭装在坩埚的中部，中间合金和海绵钛原料按照熔点由低到高的顺序，依次为Al-10%B中间合金、Ti-65%W中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-80%V中间合金、海绵钛原料，由坩埚中部的电解铝周围依次向坩埚壁装料，熔点最高的海绵钛装在靠近坩埚的内壁附近。铝的配入量为52.5%（考虑5%的铝的挥发损耗），余量为钛。
⑷装炉结束后，封炉，启动真空系统对炉室抽真空，反冲氩气至炉室内，并再次抽真空、再次反充氩气至炉室，将炉压调整到50-55kPa。启动感应熔炼电源进行合金熔化，考虑钛铝互熔时的放热效应，采用阶梯式的加载方式，缓慢升温加热。通过控制炉压减少合金元素铝的损耗。控制升温速度，待到心部铝炉料完全熔化和合金化后，迅速增加熔炼功率，增强电磁搅拌、提高化料速度，直至炉料完全化尽。将熔化的合金液铸成铸锭，作为一次铸锭。
⑸以一次铸锭为原料，以等离子体冷床熔炼炉熔炼一次铸锭得到二次铸锭，在进行等离子冷床熔炼时，需要通入高纯的氩气保护气氛，以减少铝的挥发损失，并脱除合金中逸出的气体，通过等离子体冷床炉熔化-精炼的合金液铸成二次铸锭。在进行等离子体熔化-精炼时，给炉室中冲入高纯氩气作为载气，提高熔炼期炉压，减少低熔点金属铝的蒸发损失，并脱除熔炼过程中合金中挥发出的气体。依靠等离子体产生的高温对合金进行加热、保温，使合金液中的高密度夹杂、低密度夹杂充分熔化、溶解，不能熔化、溶解的高密度夹杂、低密度夹杂，通过浮选、沉降的机理而脱除，得到纯净的合金液，并浇注成高质量的铸锭。以二次铸锭作为成品铸锭。成品铸锭的化学成分为（按元素原子的摩尔百分比计）：Al：47.1%；V：2.19%； Ta：1.52%； Mn：0.64；Zr：0.48%；Nb：8.16%；Ni：0.55%；Y：0.108%；Si：0.9；O：0.013%；；B：0.65%；余量为Ti。
⑹铸锭热等静压和均匀化：在氩气保护条件下，用氩弧焊接技术对铸锭表面进行封闭焊合。将铸锭在保护气氛条件下加热到980-1000℃，气体压力180Mpa保压5h，铸锭经过热等静压处理后，在α相区温度对铸锭进行均匀化处理，消除包晶反应形成的成分偏析。
⑺热加工：钛铝基合金进行等温精锻，锻造前包套，包套材质低碳钢板，包套锻造加热温度为1170-1200℃。先在α+γ相区加热，并对合金进行小变形量的热加工，变形应变速率控制在1S-1以内，通过第一次热加工使合金中的层片组织通过动态再结晶、球化过程转化为细小的等轴晶组织，使合金的组织和成分更趋均匀。随后进行第二次热加工，组织细化后的第二次热加工，锻打变形量可以达到80%，锻打应变速率控制在10-2S-1以内。
挤压在温度较高的α+γ相区或者α相区进行，为了防止合金在高温条件下发生氧化，挤压前需要对钛铝基合金铸锭进行包覆处理，包覆材料为低碳钢板，采用静液挤压法，挤压筒靠近挤压模的区域通常设计成锥形，待挤压的锭坯也被加工成带有一定的锥度。挤压过程分两次完成，第一次用包套挤压棒坯毛料，第二次挤压用棒坯毛料为坯料挤压二次棒坯，两次挤压的总的挤压比为：130-250之间。通过选择和控制挤压温度，可以使合金的组织在等轴晶、双相或者全层片组织之间变化。
⑻热矫直和表面处理：将二次挤压坯进行热矫直，定尺锯切并清除表面包套。将二次挤压坯料加工成所需要的工件。如，发动机叶片，气缸阀门等。
⑼经测试，钛铝基多晶合金在室温下的抗拉强度达到989Mpa，延伸率为1.2%；在850℃温度下的抗拉强度为896Mpa，延伸率2.9%。
实施例7：Ti-48Al-7.0Nb-0.45Ni-0.11Y-2.0V-0.7Cr-1.6Ta
-0.8Zr-0.8Si-0.6C钛合金铸锭，氧含量控制在0.18at.%以下。
⑴以0级海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Ti-35%Zr中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-65%Si中间合金、Al-5%Y中间合金、Ti-3%C中间合金，以及纯镍、纯铌为原料。将电解铝锭剪切制成粒度为8-12.7mm粒度的块料备用，将中间合金破碎筛分至3-12.7mm的粒度备用。
⑵将制备的电解铝、Al-80%V中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Ti-35%Zr中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-65%Si中间合金、Al-5%Y中间合金、Al-3%C中间合金，以及纯镍、纯铌送入干燥炉干燥，去除原料中的吸附水分，烘干、干燥结束，原料直接出炉。
⑶将海绵钛、双零级电解铝锭、Al-80%V中间合金、Ti-80%Ta中间合金、Ti-35%Zr中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-65%Si中间合金、Al-5%Y中间合金、Ti-3%C中间合金，以及纯镍、纯铌按照合金的名义成分进行配料。
将经过干燥的海绵钛和电解铝原料装入感应熔炼炉中，装料时，将低熔点合金元素电解铝锭装在坩埚的中部，中间合金和海绵钛原料按照熔点由低到高的顺序，依次为Al-65%Si中间合金、Ti-3%C中间合金、Al-60%Cr中间合金、Ti-25%Zr中间合金、Al-80%V中间合金、Ti-80%Ta中间合金、海绵钛原料，由坩埚中部的电解铝周围依次向坩埚壁装料，熔点最高的海绵钛装在靠近坩埚的内壁附近。铝的配入量为52.5%（考虑5%的铝的挥发损耗），余量为钛。
⑷装炉结束后，封炉，启动真空系统对炉室抽真空，反冲氩气至炉室内，并再次抽真空、再次反充氩气至炉室，将炉压调整到50-55kPa。启动感应熔炼电源进行合金熔化，考虑钛铝互熔时的放热效应，采用阶梯式的加载方式，缓慢升温加热。通过控制炉压减少合金元素铝的损耗。控制升温速度，待到心部铝炉料完全熔化和合金化后，迅速增加熔炼功率，增强电磁搅拌、提高化料速度，直至炉料完全化尽。将熔化的合金液铸成铸锭，作为一次铸锭。
⑸以一次铸锭为原料，以等离子体冷床熔炼炉熔炼一次铸锭得到二次铸锭，在进行等离子冷床熔炼时，需要通入高纯的氩气保护气氛，以减少铝的挥发损失，并脱除合金中逸出的气体，通过等离子体冷床炉熔化-精炼的合金液铸成二次铸锭。在进行等离子体熔化-精炼时，给炉室中冲入高纯氩气作为载气，提高熔炼期炉压，减少低熔点金属铝的蒸发损失，并脱除熔炼过程中合金中挥发出的气体。依靠等离子体产生的高温对合金进行加热、保温，使合金液中的高密度夹杂、低密度夹杂充分熔化、溶解，不能熔化、溶解的高密度夹杂、低密度夹杂，通过浮选、沉降的机理而脱除，得到纯净的合金液，并浇注成高质量的铸锭。以二次铸锭作为成品铸锭。成品铸锭的化学成分为（按元素原子的摩尔百分比计）：Al：47.8%；V：2.08%； Ta：1.63%； Cr：0.68；Zr：0.82%；Nb：7.03%；Ni：0.48%；Y：0.109%；Si：0.83；O：0.013%；；C：0.61%；余量为Ti。
⑹铸锭热等静压和均匀化：在氩气保护条件下，用氩弧焊接技术对铸锭表面进行封闭焊合。将铸锭在保护气氛条件下加热到980-1000℃，气体压力180Mpa保压5h，铸锭经过热等静压处理后，在α相区温度对铸锭进行均匀化处理，消除包晶反应形成的成分偏析。
⑺热加工：钛铝基合金进行等温精锻，锻造前包套，包套材质低碳钢板，包套锻造加热温度为1170-1200℃。先在α+γ相区加热，并对合金进行小变形量的热加工，变形应变速率控制在1S-1以内，通过第一次热加工使合金中的层片组织通过动态再结晶、球化过程转化为细小的等轴晶组织，使合金的组织和成分更趋均匀。随后进行第二次热加工，组织细化后的第二次热加工，锻打变形量可以达到80%，锻打应变速率控制在10-2S-1以内。
挤压在温度较高的α+γ相区或者α相区进行，为了防止合金在高温条件下发生氧化，挤压前需要对钛铝基合金铸锭进行包覆处理，包覆材料为低碳钢板，采用静液挤压法，挤压筒靠近挤压模的区域通常设计成锥形，待挤压的锭坯也被加工成带有一定的锥度。挤压过程分两次完成，第一次用包套挤压棒坯毛料，第二次挤压用棒坯毛料为坯料挤压二次棒坯，两次挤压的总的挤压比为：130-250之间。通过选择和控制挤压温度，可以使合金的组织在等轴晶、双相或者全层片组织之间变化。
⑻热矫直和表面处理：将二次挤压坯进行热矫直，定尺锯切并清除表面包套。将二次挤压坯料加工成所需要的工件。如，发动机叶片，气缸阀门等。
⑼经测试，钛铝基多晶合金在室温下的抗拉强度达到1012Mpa，延伸率为1.4%；在850℃温度下的抗拉强度为906Mpa，延伸率3.04%。

Claims (3)

1.一种钛铝基多晶耐热合金，其特征在于，合金的化学组份以原子百分比表示为：
Ti+(44.0at.%或48.0at.%)Al+（6.0-9.0at.%）Nb+(0.2-0.6at.%)Ni +(0.06 -0.12at.%)Y+ (1.2 -3.5 at.%)A +(0.2-2.0at.%)M +(1.0-2.5at.%)N + ( 0.2- 0.8 at.%)Q+0.18at.% O
式中：A为铬（Cr）、锰（Mn）、钒（V）三种元素中的一种或者两种，选择两种元素时，每种元素的添加量均为0.5-1.8%，总量为1.2-3.5at.%；M为钨（W）、钼（Mo）、钽（Ta）三种元素中的一种或者两种，选择两种元素时，每种元素的添加量均为0.3-1.6%，总量为0.6-2.0at.%； N为锆（Zr）、硅（Si）两种合金元素中的一种或者两种，其中硅的含量为0.3-0.9at.%，锆的添加量为1.0-1.6at.%；Q为硼（B）和碳（C）中的一种或者两种，且两种元素的总添加量控制在0.3-0.8at.%；合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
2.根据权利要求1所述的钛铝基多晶耐热合金，其特征在于，合金具体实施方案为（1）-（10）中的一种：
⑴含有以下的成分： Al：44.0at.%或48.0at.% ；Nb：6.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； （Mo+Ta）：0.6-2.0at.%；Zr：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% ；合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛；
⑵含有以下的成分： Al：44.0at.%或48.0at.%；Nb：6.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Mn+V): 1.2 -3.5 at.%； （Mo+Ta）：0.6-2.0at.%；Zr：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% ；合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛；
⑶含有以下的成分： Al：44.0at.%或48.0at.%；Nb：6.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； （Mo+W）：0.6-2.0at.%；Zr：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% ；合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛；
⑷含有以下的成分： Al：44.0at.%或48.0at.%；Nb：6.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； （W+Ta）：0.6-2.0at.%；Zr：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% ；合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛；
⑸含有以下的成分： Al：44.0at.%或48.0at.% ；Nb：6.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； （Mo+Ta）：0.6-2.0at.%；（Zr+Si）：1.2-1.9at.%；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% ；合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛；
⑹含有以下的成分： Al：44.0at.%或48.0at.%；Nb：6.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Mn+V): 1.2 -3.5 at.%； Ta：0.2-2.0at.%；（Zr+Si）：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% ；合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛；
⑺含有以下的成分： Al：44.0at.%或48.0at.% ；Nb：6.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； Mo：0.2-2.0at.%；（Zr+Si）：1.2-1.9at.% ；B：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% ；合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛；
⑻含有以下的成分： Al：44.0at.%或48.0at.%；Nb：6.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Mn+V): 1.2 -3.5 at.%； Ta：0.2-2.0at.%；（Zr+Si）：1.2-1.9at.% ；（B+C）：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.%；合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛；
⑼含有以下的成分： Al：44.0at.%或48.0at.% ；Nb：6.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； Ta：0.2-2.0at.%；（Zr+Si）：1.2-1.9at.% ；C：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.% ；合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛；
⑽含有以下的成分： Al：44.0at.%或48.0at.% ；Nb：6.0-9.0at.%；Ni ：0.2-0.6at.%；Y ：0.06-0.12 at.%；(Cr+V): 1.2 -3.5 at.%； （Mo+Ta）：0.6-2.0at.%；Si：1.2-1.9at.% ；(B+C)：0.2- 0.8 at.%；O ：0.18at.%；合金中杂质总量不大于0.25%，余量为钛。
3.一种权利要求1所述的钛铝基多晶耐热合金的制备方法，其特征在于，合金的熔炼过程简述如下：
以0级海绵钛、电解铝锭、Al-80%V中间合金、Al-80%Mo中间合金、Ti-65%Mn中间合金、Ti-25%Si中间合金、Al-60%Cr中间合金、Al-10%B中间合金、Ti-C中间合金为原料，或者以铝热法生产CrBAl、CrAlSi、NbAlTiC中间合金为原料；在水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中熔化一次铸锭，以一次铸锭为原料，在真空等离子体-水冷炉床熔炼炉中进行二次熔炼；在二次熔炼过程中，给炉室中冲入高纯氩气作为载气，提高熔炼期炉压，减少低熔点金属铝的蒸发损失，并脱除熔炼过程中合金中挥发出的气体；依靠等离子体产生的高温对合金进行加热、保温，使合金液中的高密度夹杂、低密度夹杂充分熔化、溶解，不能熔化、溶解的高密度夹杂、低密度夹杂，通过浮选、沉降的机理而脱除，得到纯净的合金液，并浇注成高质量的铸锭；
铸锭热等静压和均匀化：在氩气保护条件下，用氩弧焊接技术对铸锭表面气孔、孔洞进行封闭焊合；将铸锭在保护气氛条件下加热到980-1000℃，气体压力180Mpa保压5h，铸锭经过热等静压处理后，内部孔隙、疏松缺陷基本修复；随后，在α相区温度对铸锭进行均匀化处理，消除包晶反应形成的成分偏析；
热加工：钛铝基合金室温塑性很低，热加工要在共析温度附近进行，进行等温精锻、包套锻造或者热挤压加工；等温锻造加热温度1150-1180℃，包套锻造时，更有效地通过锻打细化铸锭晶粒而不形成铸锭裂纹；包套材质低碳钢板，包套锻造加热温度为1170-1200℃；先在α+γ相区加热，并对合金进行小变形量的热加工，变形应变速率控制在1s-1以内，通过第一次热加工使合金中的层片组织通过动态再结晶、球化过程转化为细小的等轴晶组织，使合金的组织和成分更趋均匀；随后进行第二次热加工，组织细化后的第二次热加工，锻打变形量达到80%，锻打应变速率控制在10-2s-1以内；
钛铝基合金的挤压在温度较高的α+γ相区或者α相区进行，为了防止合金在高温条件下发生氧化，挤压前需要对钛铝基合金铸锭进行包覆处理，包覆材料为低碳钢板，挤压温度在α+γ相区，采用静液挤压法，挤压筒靠近挤压模的区域通常设计成锥形，待挤压的锭坯也被加工成带有一定的锥度；挤压过程分两次完成，第一次用包套挤压棒坯毛料，第二次挤压用棒坯毛料为坯料挤压二次棒坯，两次挤压的总的挤压比为：130-250之间；通过选择和控制挤压温度，使合金的组织在等轴晶、双相或者全层片组织之间变化；
热矫直和表面处理：将二次挤压坯进行热矫直，定尺锯切并清除表面包套；将二次挤压坯料加工成所需要的工件；
通过多元合金化改善合金性能；通过微合金化改变合金组织演变路径；通过添加硼、碳细化合金铸锭组织；通过固溶、沉淀强化提高强度、抗蠕变性能，改善耐高温氧化和环境脆化性能；通过热加工、热处理和快速冷却相变强化合金；通过γ（TiAl）的层片状组织提高高温强度、断裂韧性和抗蠕变性能，达到提高使用温度和高温使用寿命的目的。
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