CN1632147A - 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
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 (3)
1、一种Ti3Al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%,余量的钛以及不可避免的杂质。
2、按照权利要求1所述的Ti3Al合金,其特征在于:成分中钼含量为0.1~0.9%。
3、一种权利要求1或2所述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。
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