CN1322156C - 一种钛三铝基合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种Ti3Al基合金，其特征在于：该合金成分的原子百分比为铝22～25%，铌15～18%，钼0.1～1.5%，余量钛以及不可避免的杂质。其制备方法，包括熔炼、铸锭、开坯、锻造和热处理，其特征在于：用真空自耗炉熔炼三遍，热处理制度为：加热到900～1100℃，保温0.5～1.5小时，空冷；加热到800～850℃，保温1.5～2.5小时，空冷。本发明提供的Ti3Al合金制备方法所获得的合金的优点在于：拥有良好匹配的室温塑性(大于6%)和高温强度(650℃屈服强度大于550MPa)，且比重介于第一代Ti3Al基合金(4.7克/cm3)和Ti2AlNb(O相)合金(5.5克/cm3)之间。

Description

一种钛三铝基合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高温钛合金。
背景技术：
随着航空发动机的推重比要求不断提高，需减轻重量，取代部分镍基高温合金，Ti3Al基合金拥有富于竞争力的高的比弹性模量、低比重和高蠕变抗力等优势，在600℃～750℃温区具有很大的应用潜力。
然而Ti3Al基合金中的α2相室温塑性差，限制了它的应用。通过添加Nb等β稳定元素引入塑性好的β/B2体心相，美国发展出第一代Ti3Al基合金Ti-24Al-11Nb(Blackburn和Smith1978)和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo(亦称超α2合金，Blackburn和Smith1982)。但是这种(α2+β/B2)两相Ti3Al基合金还不能满足高温热稳定性和蠕变抗力的要求。
随着Nb含量的增加，发展了以Ti2AlNb(O相)为基的O相合金；研究表明O相合金的室温塑性和高温强度及蠕变抗力与第一代Ti3Al基合金相比大幅度提高，典型的合金成分如Ti-22Al-23Nb和Ti-22Al-27Nb(at.％)；然而过高的Nb含量也使合金的比重增大，导致合金的熔炼和均匀化比较困难且制造成本升高。
发明内容：
本发明的目的是研制一种拥有良好匹配的室温塑性和高温强度，且比重介于第一代Ti3Al基合金和Ti2AlNb(O相)合金之间的Ti3Al基合金。
本发明提供一种Ti3Al基合金，其特征在于：该合金成分的原子百分比为：铝22～25％，铌15～18％，钼0.1～1.5％，余量钛以及不可避免的杂质。
本发明提供的Ti3Al基合金可含有钼，钼的原子百分比优选为0.1～0.9％。
本发明还提供上述Ti3Al合金的制备方法，包括熔炼、铸锭、开坯、锻造和热处理，其特征在于：用真空自耗炉熔炼三遍，热处理制度为：加热到900～1100℃，保温0.5～1.5小时，空冷；加热到800～850℃，保温1.5～2.5小时，空冷。
本发明提供的Ti3Al合金制备方法所获得的合金的优点在于：拥有良好匹配的室温塑性(大于6％)和高温强度(650℃屈服强度大于550MPa)，且比重介于第一代Ti3Al基合金(4.7g/cm3)和Ti2AlNb(O相)合金(5.5g/cm3)之间。
具体实施方式：
实施例1：
合金成分分别为：Ti-24Al-15Nb-0.5Mo、Ti-24Al-16Nb、Ti-24Al-17Nb-0.5Mo和Ti-22Al-26Nb。
实验合金均用真空自耗炉熔炼三遍，得到的铸锭经过β/B2单相区开坯，再经(α2+β/B2)两相锻造，然后进行热处理，热处理制度是加热到1000℃，保温1小时，空冷；加热到820℃，保温2小时，空冷。
不同Nb含量对Ti3Al合金典型性能的影响，测试的典型性能包括室温和650℃力学拉伸性能列入表1。
由表1看出，Nb含量在15-17(原子)％之间的三个合金(No.1，No.2，No.3)都有良好的室温塑性，而Ti-22Al-26Nb合金的室温塑性较差。
表1不同Nb含量的Ti3Al基合金的典型性能
            合金(原子百分比)    σ0.2室温(MPa)     δ室温(％)     σ0.2650℃(MPa)
 No.1  Ti-24Al-15Nb-0.5Mo     1020     6.5     525
 No.2  Ti-24Al-16Nb     810     6.5     446
 No.3  Ti-24Al-17Nb-0.5Mo     1023     6.4     612
 No.4  Ti-22Al-26Nb     1009     3.5     810
由表1看出，Nb含量在15-17at％之间的三个合金(No.1，No.2，No.3)都有良好的室温塑性，而Ti-22Al-26Nb合金的室温塑性较差。
实施例2：
合金成分是Ti-24Al-16Nb-xMo(原子百分比，x＝0，0.5，1，1.5)。
制备方法同实施例1。
不同Mo含量的Ti3Al基合金的典型性能列入表2。
表2不同Mo含量的Ti3Al基合金典型的性能
   σ0.2室温(MPa)     δ室温(％)     σ0.2650℃(MPa)
 No.1     Ti-24Al-16Nb     810     6.5     446
 No.2     Ti-24Al-16Nb-0.5Mo     1027     6.4     525
 No.3     Ti-24Al-16Nb-1Mo     1070     3.4     611
 No.4     Ti-24Al-16Nb-1.5Mo     1111     2.2     766
 No.5     Ti-22Al-26Nb     1009     3.5     810
由表2看出，添加Mo的Ti3Al基合金(如No.2，No.3和No.4)的高温强度明显提高。但当Mo含量大于1at％时，合金(如No.3，No.4和No.5)的室温塑性都较差低于6％，Ti3Al基合金中Mo含量的范围应在1at％以下。
实施例3：
合金成分是Ti-24Al-16Nb-xMo(原子百分比，x＝0.2，0.5，0.8)。
制备方法同实施例1。
优选Mo含量的Ti3Al基合金的典型性能列入表3。
表3优选Mo含量的Ti3Al基合金典型的性能
    σ0.2室温(MPa)     δ室温(％)     σ0.2650℃(MPa)
 No.1  Ti-24Al-17Nb-0.2Mo     810     6.5     446
 No.2  Ti-24Al-17Nb-0.5Mo     1023     6.4     612
 No.3  Ti-24Al-17Nb-0.8Mo     1040     4.4     621
由表3看出Mo含量的范围在0.5％时，Ti3Al基合金具有良好匹配的室温塑性(大于6％)和高温强度(650℃屈服强度大于550MPa)。

Claims (2)

1、一种Ti3Al合金的制备方法，合金成分的原子百分比为铝22～25％，铌15～18％，钼0.1～1.5％，余量的钛以及不可避免的杂质，包括熔炼、铸锭、开坯、锻造和热处理，其特征在于：用真空自耗炉熔炼三遍；热处理制度为：加热到900～1100℃，保温0.5～1.5小时，空冷；加热到800～850℃，保温1.5～2.5小时，空冷。
2、按照权利要求1所述Ti3Al合金的制备方法，其特征在于：合金成分中钼的原子百分比含量为0.1～0.9％。
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