一种适用于650℃温度下使用的高温钛合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高温钛合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 钛合金由于其优异的性能，在航空航天领域具有广泛的应用。随着航空、航天飞行 器飞行速度的增加，对飞行器结构部件使用温度的要求越来越高，常规钛合金已经不能满 足使用温度对材料的要求，因此需要发展新型的及耐热温度在650°c以上的轻质耐热高温 钛合金结构材料。
[0003] 对于钛合金来说，近a型钛合金具有较好的高温强度和塑性，特别适合于 钛合金在高温下的用途，因而目前高温钛合金大多为近a型钛合金。其中，又以 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系钛合金占主导地位。美国的Ti-1100,英国的頂1829、頂1834钛合 金，俄罗斯的BT18Y、BT36合金，以及中国的Ti60、Ti600等都是Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si，这些 合金的使用温度都在600°C以下。
[0004] 由以上可知，现有钛合金的使用温度一般在600°C以下，当钛合金在温度为650°C 以上时，存在强度差、抗氧化性不足的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决现有钛合金的使用温度一般在600°C以下，当钛合金在温度为 650°C以上时，存在强度差、抗氧化性不足的问题，而提供一种适用于650°C温度下使用的高 温钛合金及其制备方法。
[0006] 一种适用于650°C温度下使用的高温钛合金按重量百分比由5 %~7 %的A1、 4%~6%的 Sn、9%~12%的 Zr、0. 7%~1. 0% Mo、0. 1%~0? 3% Si、l%~2% Nb、l%~ 2% W、0. 1%~0. 5% Y、0. 3%~0. 8% B和余量为Ti组成，所述的适用于650°C温度下使用 的高温钛合金的抗拉强度为553MPa~572MPa，屈服强度为431. OMPa~460MPa，伸长率为 6. 0%~8. 4%〇
[0007] 本发明的一种适用于650°C温度下使用的高温钛合金依据GB/T 4338-2006标 准，在拉伸温度为650°C下测试，抗拉强度为553MPa~572MPa，屈服强度为431. OMPa~ 460MPa，伸长率为 6. 0%~8. 4%。
[0008] 一种适用于650°C温度下使用的高温钛合金的制备方法，是按照以下步骤进行 的：
[0009] 一、称取各组分：按各元素重量百分比组成为5%~7%的Al、4%~6%的Sn、 9%~12% 的 Zr、0. 7%~1. 0% Mo、0. 1%~0.3%Si、l%~2%Nb、l%~2% W、0. 1%~ 0. 5% Y、0. 3%~0. 8% B和余量为Ti分别称取海绵钛、高纯铝锭、高纯海绵锆、高纯锡锭、 Al-Mo中间合金、Al-Nb中间合金、A1-W中间合金、Al-Si中间合金、A1-Y中间合金及含硼原 材料为原料；
[0010] 二、熔炼：将步骤一称取的原料利用水冷铜坩埚真空感应熔炼法或真空自耗电极 电弧熔炼法制备得到高温钛合金铸锭；
[0011] 三、热等静压处理：在氩气压力llOMPa~150MPa及加热温度为900°C~950°C的 条件下，将高温钛合金铸锭保温2h~3h，随炉冷却，得到热等静压后的高温钛合金铸锭；
[0012] 四、热处理：将热等静压后的高温钛合金铸锭在温度为940°C~975°C下保温lh~ 3h，自然冷却，然后在温度为650 °C~750 °C下保温lh~3h，自然冷却，即得到适用于650 °C 温度下使用的高温钛合金；
[0013] 当步骤二中将步骤一称取的原料利用水冷铜坩埚真空感应熔炼法制备得到高温 钛合金铸锭时，具体是按以下步骤进行的：首先将称取的海绵钛及高纯海绵锆混合均匀，然 后向混合后的海绵钛及高纯海绵锆中加入Al-Mo中间合金、Al-Nb中间合、A1-W中间合金及 Al-Si中间合金，继续混合均匀，得到混合材料，将混合材料置于熔炼炉的铜坩埚内，将高纯 铝锭、高纯锡锭、A1-Y中间合金及用铝箔包住的含硼原材料置于熔炼炉的二次加料斗内，对 熔炼炉进行抽真空至真空度达到l(T 3mbar，然后以速度为10kW/min~20kW/min加载功率 至200kW~300kW，熔炼至铜坩埚内的混合材料完全融化，得到合金熔体，然后将二次加料 斗的高纯铝锭、高纯锡锭、A1-Y中间合金及用铝箔包住的含硼原材料加入到合金熔体中，加 热至合金熔化，并在合金熔化温度下保温15min~20min，得到高温钛合金熔体，然后将铜 坩埚翻转，将高温钛合金熔体倾倒入钢模具中，lmin后向熔炼炉体内充入氩气，然后开炉， 得到高温钛合金铸锭；
[0014] 当步骤二中将步骤一称取的原料利用真空自耗电极电弧熔炼法制备得到高温钛 合金铸锭时，具体是按以下步骤进行的：首先将称取的海绵钛及高纯海绵锆混合均匀，然后 向混合后的海绵钛及高纯海绵锆中加入高纯铝锭、高纯锡锭、Al-Mo中间合金、Al-Nb中间 合金、A1-W中间合金、Al-Si中间合金及A1-Y中间合金，继续混合均匀，得到混合材料，将混 合材料利用压力机压制成电极块，然后将电极块在真空焊箱内组焊成自耗电极，最后将自 耗电极在真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼，得到圆柱型的一次锭，将圆柱型的一次锭从 圆形面顶部阵列钻有n个孔槽，再将含硼原材料均匀分成n份并置于n个孔槽内，然后将内 部含有含硼原材料的圆柱型的一次锭在真空自耗电弧炉中进行2次熔炼，得到高温钛合金 铸锭；所述的n彡1。
[0015] 本发明的有益效果是：本发明的高温钛合金在650°C下仍然具有较高的强度和塑 性，并且其抗氧化性能优良。本发明中的高温钛合金由于加入了 Y和B元素，得到的高温钛 合金显微组织细小、力学性能优良，在拉伸温度为650°C下，抗拉强度为553MPa~572MPa， 屈服强度为431. OMPa~460MPa，伸长率为6. 0%~8. 4%。
[0016] 原理：Y和B加入后，在高温钛合金的凝固过程中，Y和B在合金的固液界面前沿溶 质富集，影响液相线温度，引起成分过冷，促进0大量形核，形核后TiB和Y 203也都能阻碍 其长大，同时也以同样的方式影响a集束。
[0017] 本发明用于一种适用于650°C温度下使用的高温钛合金及其制备方法。
【附图说明】
[0018] 图1为实施例一制备的高温钛合金在650°C循环氧化105h后放大5000倍的表面 形貌；
[0019] 图2为实施例一制备的高温钛合金在650°C循环氧化105h后放大50000倍的表面 形貌。
【具体实施方式】
[0020] 本发明技术方案不局限于以下所列举的【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】之 间的任意组合。
【具体实施方式】 [0021] 一：一种适用于650°C温度下使用的高温钛合金按重量百分比由 5%~7% 的 Al、4% ~6% 的 Sn、9%~12% 的 Zr、0. 7%~1. 0% Mo、0. 1%~0? 3% Si、 1 %~2 % Nb、l %~2 % W、0. 1 %~0? 5 % Y、0. 3 %~0? 8 % B和余量为Ti组成，所述 的适用于650°C温度下使用的高温钛合金的抗拉强度为553MPa~572MPa，屈服强度为 431. OMPa ~460MPa，伸长率为 6. 0%~8. 4%。
[0022] 本实施方式的一种适用于650°C温度下使用的高温钛合金依据GB/T 4338-2006 标准，在拉伸温度为650°C下测试，抗拉强度为553MPa~572MPa，屈服强度为431. OMPa~ 460MPa，伸长率为 6. 0%~8. 4%。
[0023] 本【具体实施方式】将热等静压后的高温钛合金铸锭在温度为933°C~975°C下保温 lh~3h，即在相变点（983°C )以下8°C~50°C。
[0024] 本【具体实施方式】为使成分均匀，合金熔化后保温15min~20min再浇注，通过翻转 机构将坩埚翻转将熔化好的高温钛合金熔体浇注到模具里面。
[0025] 本【具体实施方式】当步骤二中将步骤一称取的原料利用真空自耗电极电弧熔炼法 制备得到高温钛合金铸锭时，n个孔槽的尺寸形状相同。
[0026] 本实施方式的有益效果是：本实施方式的高温钛合金在650°C下仍然具有较高的 强度和塑性，并