专利名称：一种含稀土高温固溶强化耐热钛合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐热钛合金，特别是涉及一种用于制造各种高温环境下使用的钛合金零部件的含稀土高温固溶强化耐热钛合金。
背景技术：
耐热钛合金是制造当代高性能航空发动机所必须的先进材料，随着发动机性能的不断提高，对耐热钛合金的性能也提出了越来越高的要求。目前先进航空发动机要求钛合金的使用温度要达到600℃，而常规钛合金的极限使用温度就是600℃，在此温度下合金的某些性能急剧恶化，尤其是抗蠕变性能和热稳定性能无法满足使用要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种在使用温度达到600℃时，其抗蠕变性能和热稳定性能仍能满足使用要求的含稀土高温固溶强化耐热钛合金。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种含稀土高温固溶强化耐热钛合金，其特征在于该合金由以下重量百分数的原料组成Al 4.5％-7.5％Sn 1％-5％Zr 2％-8％W 0.25％-0.8％Si 0.2％-0.5％Y 0.05％-0.5％，其余为Ti和不可避免的杂质。
本发明所设计的是一种七组元近α型钛合金，采用高温固溶原理，在合金中加入了重量百分比为0.25～0.8％的高熔点金属W元素、0.2％-0.5％的Si元素和0.05％-0.5％的Y元素，能够提高合金的高温强度和抗蠕变性能；同时合金的组织得到细化，疲劳性能显著改善；并且能够使合金的加工工艺性能提高，使其获得了较好的综合性能。
本品的制备过程是将纯度为99％以上的Al、Zr和Y三种金属(颗粒或屑)及Ti-80Sn、Al-20W、Al-10Si三种中间合金按重量百分比Al4.5％-7.5％，Sn1％-5％，Zr2％-8％，W0.25％-0.8％，Si0.2％-0.5％，Y0.05％-0.5％，其余为Ti进行配制，然后在油压机上压制成块状电极，并将数块电极采用等离子焊接组焊成长条状电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，将熔炼好的铸锭加热至1100℃进行锻造加工，最终制成各种规格的棒材；或锻制成板坯，然后将板坯轧制成各种厚度的板材。所制备的合金棒材和板材具有良好的综合性能，尤其是抗蠕变性能和热稳定性优异室温拉伸性能 σb≥1040MPa，δ≥10％，≥20％；高温蠕变性能 600℃/150MPa/100h条件下残余变形≤0.1％；热稳定性 600℃/100h热暴露后，σb≥1030MPa，δ≥4％，≥6％；室温疲劳性能 R＝-1，σ≥5000Mpa。
同时该合金具有良好的可焊性，可采用真空电子束或氩弧焊方法对合金板材进行焊接加工，焊接强度系数大于90％。
本发明与现有技术相比具有以下优点本发明具有良好的综合性能，尤其是抗蠕变性能和热稳定性优异，抗蠕变性能和热稳定性形成良好的匹配，可以在600℃条件下长期使用；同时该合金具有良好的可焊性，可采用真空电子束或氩弧焊方法对合金板材进行焊接加工，焊接强度系数大于90％。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1该合金的原料组成及重量百分数为Al 6％、Sn 2.5％、Zr 3％、W 0.25％、Si 0.35％、Y0.1％，其余为Ti和不可避免的杂质。
制备工艺将纯度为99％以上的Al、Zr和Y三种金属(颗粒或屑)及Ti-80Sn、Al-20W、Al-10Si三种中间合金按重量百分数Al6％，Sn2.5％，Zr3％，W0.25％，Si0.35％，Y0.1％，其余为Ti进行配制，然后在油压机上压制成块状电极，并将数块电极采用等离子焊接组焊成长条状电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，将熔炼好的铸锭加热至1100℃进行锻造加工，最终制成各种规格的棒材。
本实施例所制备的合金棒材具有良好的综合性能，尤其是抗蠕变性能和热稳定性优异室温拉伸性能 σb≥1040MPa，δ≥10％，≥20％高温蠕变性能 600℃/150MPa/100h条件下残余变形≤0.1％热稳定性 600℃/100h热暴露后，σb≥1030MPa，δ≥4％，≥6％室温疲劳性能 R＝-1，σ≥500MPa实施例2该合金的原料组成及重量百分数为Al 6.5％，Sn 3.5％，Zr 4％，W 0.35％，Si 0.45％，Y 0.15％，其余为Ti和不可避免的杂质。
制备工艺将纯度为99％以上的Al、Zr和Y三种金属(颗粒或屑)及Ti-80Sn、Al-20W、Al-10Si三种中间合金按重量百分数Al6.5％，Sn3.5％，Zr4％，W0.35％，Si0.45％，Y0.15％，其余为Ti进行配制，然后在油压机上压制成块状电极，并将数块电极采用等离子焊接组焊成长条状电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，将熔炼好的铸锭加热1150℃进行锻造加工，锻制成板坯，然后将板坯轧制成各种厚度的板材。
本实施例所制备的合金板材具有良好的综合性能，尤其是抗蠕变性能和疲劳性能优异室温拉伸性能 σb≥1050MPa，δ≥10％，≥20％；高温蠕变性能 600℃/170MPa/100h条件下残余变形≤0.2％；热稳定性 600℃/100h热暴露后，σb≥1030MPa，δ≥4％，≥6％；室温疲劳性能 R＝-1，σ≥550Mpa。
同时该合金具有良好的可焊性，可采用真空电子束或氩弧焊方法对合金板材进行焊接加工，焊接强度系数大于90％。
实施例3该合金的原料组成及重量百分数为Al 5.5％，Sn 5％，Zr 7％，W 0.45％，Si 0.25％，Y 0.5％，其余为Ti和不可避免的杂质。
制备工艺将纯度为99％以上的Al、Zr和Y三种金属(颗粒或屑)及Ti-80Sn、Al-20W、Al-10Si三种中间合金按重量百分数Al5.5％，Sn5％，Zr7％，W0.45％，Si0.25％，Y0.5％，其余为Ti进行配制，然后在油压机上压制成块状电极，并将数块电极采用等离子焊接组焊成长条状电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，将熔炼好的铸锭加热至1200℃进行锻造加工，锻制成板坯，然后将板坯轧制成各种厚度的板材。
本实施例所制备的合金板材具有良好的综合性能，尤其是抗蠕变性能和室温疲劳性能优异室温拉伸性能 σb≥1100MPa，δ≥10％，≥20％；高温蠕变性能 600℃/150MPa/100h条件下残余变形≤0.15％；热稳定性 600℃/100h热暴露后，σb≥1010MPa，δ≥4％，≥6％；室温疲劳性能 R＝-1，σ≥520Mpa。
同时该合金具有良好的可焊性，可采用真空电子束或氩弧焊方法对合金板材进行焊接加工，焊接强度系数大于90％。
实施例4该合金的原料组成及重量百分数为Al 5％，Sn 2％，Zr 3.5％，W 0.60％，Si 0.3％，Y 0.25％，其余为Ti和不可避免的杂质。
制备工艺将纯度为99％以上的Al、Zr和Y三种金属(颗粒或屑)及Ti-80Sn、Al-20W、Al-10Si三种中间合金按重量百分数Al5％，Sn2％，Zr3.5％，W0.60％，Si0.3％，Y0.25％，其余为Ti进行配制，然后在油压机上压制成块状电极，并将数块电极采用等离子焊接组焊成长条状电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，将熔炼好的铸锭加热至1200℃进行锻造加工，锻制成板坯，然后将板坯轧制成各种厚度的板材。
本实施例所制备的合金板材具有良好的综合性能，尤其是抗蠕变性能和热稳定性优异室温拉伸性能 σb≥1100MPa，δ≥8％，≥16％；高温蠕变性能 600℃/160MPa/100h条件下残余变形≤0.2％；热稳定性 600℃/100h热暴露后，σb≥1100MPa，δ≥4％，≥6％；
室温疲劳性能 R＝-1，σ≥450Mpa。
同时该合金具有良好的可焊性，可采用真空电子束或氩弧焊方法对合金板材进行焊接加工，焊接强度系数大于90％。
实施例5该合金的原料组成及重量百分数为Al 4.5％，Sn 3％，Zr 4.5％，W 0.8％，Si 0.4％，Y 0.20％，其余为Ti和不可避免的杂质。
制备工艺将纯度为99％以上的Al、Zr和Y三种金属(颗粒或屑)及Ti-80Sn、Al-20W、Al-10Si三种中间合金按Al4.5％，Sn3％，Zr4.5％，W0.8％，Si0.4％，Y0.20％，其余为Ti进行配制，然后在油压机上压制成块状电极，并将数块电极采用等离子焊接组焊成长条状电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，将熔炼好的铸锭加热1150℃进行锻造加工，最终制成各种规格的棒材。
本实施例所制备的合金棒材具有良好的综合性能室温拉伸性能 σb≥1050MPa，δ≥12％，≥24％；高温蠕变性能 600℃/160MPa/100h条件下残余变形≤0.2％；热稳定性 600℃/100h热暴露后，σb≥1000MPa，δ≥4％，≥6％；室温疲劳性能 R＝-1，σ≥550Mpa。
权利要求
1.一种含稀土高温固溶强化耐热钛合金，其特征在于该合金由以下重量百分数的原料组成Al 4.5％-7.5％ Sn 1％-5％ Zr 2％-8％ W 0.25％-0.8％Si 0.2％-0.5％ Y 0.05％-0.5％，其余为Ti和不可避免的杂质。
全文摘要
本发明提供了一种含稀土高温固溶强化耐热钛合金，其特征在于该合金由以下重量百分数的原料组成Al 4.5％－7.5％、Sn 1％－5％、Zr 2％－8％、W 0.25％－0.8％、Si 0.2％－0.5％、Y 0.05％－0.5％，其余为Ti和不可避免的杂质。本发明具有良好的综合性能，尤其是抗蠕变性能和热稳定性优异，抗蠕变性能和热稳定性形成良好的匹配，可以在600℃条件下长期使用；同时该合金具有良好的可焊性，可采用真空电子束或氩弧焊方法对合金板材进行焊接加工，焊接强度系数大于90％。
文档编号C22C14/00GK101050497SQ20071001788
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月18日 优先权日2007年5月18日
发明者洪权, 杨冠军, 赵永庆, 曾立英, 戚运莲, 刘向, 郭萍 申请人:西北有色金属研究院