一种耐热钛合金的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钛合金材料技术领域，具体涉及一种耐热钛合金。
【背景技术】
[0002]耐热钛合金的研究，是钛合金领域最为重要的一个方向之一，其主要用于制造航空发动机的压气机和风扇的盘件、叶片和机匣等零件，代替钢或高温合金，可以较明显地减轻发动机的重量，提高了发动机的推重比。国内外对耐热钛合金研究主要包括两个个方面，一个是T1-Al-Sn-Zr-Mo-Si系的近α合金，一个是T1-Al金属间化合物合金。以Ti_1100、頂1834和Ti60合金为代表的传统T1-Al-Sn-Zr-Mo-Si系耐热钛合金目前发展较为成熟，其Al元素含量一般不超过7wt.%，相关合金已经在航空发动机上得到应用，但该类合金目前最高使用温度为600°C，超过600°C合金的热强性将无法满足使用。T1-Al中间化合物合金虽然最高可以使用在700°C，但由于其Al含量很高，一般都超过20wt.%，合金具有较低的塑性，加工性能差，制造成本高。所以目前尚无具有明显加工和性能优势的能够在650°C条件下长期使用的耐热钛合金。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种一种耐热钛合金，该耐热钛合金中的铝含量介于传统耐热钛合金中的铝含量和T1-Al中间化合物合金中的铝含量之间，通过适量牺牲传统耐热钛合金的塑性，提高了钛合金的使用温度，且该耐热钛合金具有良好的综合性能，可以满足在650°C条件下长期使用的要求。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种耐热钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:Al 10.0%?12.0% ,Nb 5.0%?6.0% ,Zr 3.0%?4.0 % , Mo 1.5%?2.5% ,Sn 1.5%?2.5% ,Ta 0.5 % ?I %，Si 0.2 % ?0.4 %，C0.04%?0.08%，余量为Ti和不可避免的杂质；其中，Al的重量百分含量为Nb的重量百分含量的2倍，且Al的重量百分含量为Nb的重量百分含量、Zr的重量百分含量和Mo的重量百分含量之和，所述耐热钛合金在室温条件下的抗拉强度不低于llOOMPa，延伸率不低于5.0%，所述耐热钛合金在温度为650°C条件下的抗拉强度不低于640MPa，延伸率不低于15%，所述耐热钛合金在应力为150MPa，温度为650°C的条件下保持10h后的残余变形量不大于0.2%。
[0005]上述的一种耐热钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:Al10.5%?11.5% ,Nb 5.2%?5.8%, Zr 3.2%?3.7%, Mo 1.8%?2.2%, Sn 1.7%?
2.2%，Ta 0.6%?0.9% ,Si 0.3% , C 0.05%?0.07%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0006]上述的一种耐热钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:Al10% ,Nb 5% , Zr 3% ,Mo 2% , Sn 1.5% , Ta 0.5% , Si 0.2% ,C 0.04%，余量为 Ti 和不可避免的杂质。
[0007]上述的一种耐热钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:Al12% ,Nb 6% , Zr 4% ,Mo 2% , Sn 2.5% , Ta 1.0% , Si 0.4% , C 0.08%，余量为 Ti 和不可避免的杂质。
[0008]上述的一种耐热钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成:Al11% ,Nb 5.5% , Zr 3.5% ,Mo 2% , Sn 2.0% , Ta 0.75% , Si 0.3% , C 0.06%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0009]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0010]1、本发明耐热钛合金中的铝含量介于传统耐热钛合金中的铝含量和T1-Al中间化合物合金中的铝含量之间，通过适量牺牲传统耐热钛合金的塑性，提高了钛合金的使用温度，且该耐热钛合金具有良好的综合性能，可以满足在650°C条件下长期使用的要求。
[0011]2、相对于传统的T1-Al-Sn-Zr-Mo-Si系耐热钛合金，本发明的耐热钛合金适当提高了 Al元素的含量，Al元素含量的提高可以提高钛合金的相变点，降低残余β相的含量，降低钛合金高温蠕变过程中的扩散，提高钛合金的高温抗蠕变性能；同时，Al元素含量的提高，使得高温条件下在钛合金表面生成更多的具有稳定保护作用的Al2O3保护膜，提高耐热钛合金的表面抗氧化性。虽然Al元素含量的提高，可能生成更多的Ti3Al有序相，降低钛合金的塑性，但在本发明中Al元素含量范围内可以有效控制Ti3Al有序相的形成，使其不利影响得到有效控制，同时结合其他元素的韧化效果，可以使钛合金具有较好的塑性，如果Al元素含量高出本发明中的含量范围，钛合金的塑性将急剧降低。
[0012]3、本发明耐热钛合金中添加Nb、Zr和Mo，这三种元素按照本发明中的设计配比添加在钛合金中，不但具有较好的固溶强化效果，而且可以有效韧化合金，使得由于Al元素较高而生成Ti3Al有序相的不利影响降低到可控程度，从而使耐热钛合金获得较好的强度、塑性和高温性能的匹配。
[0013]4、本发明中添加Sn和Ta主要起到固溶强化的作用，按照本发明的设计配比使其具有更好的固溶强化效果，同时添加特定配比的Si元素可以很好的保障耐热钛合金的高温蠕变性能。
[0014]5、本发明中C元素的加入可以增加耐热钛合金中的α +β两相区的温度范围，增大合金的加工温度窗口，能够相对容易的控制初生α相的含量，进一步通过热处理，可以获得具有15%?25%初生α相的混合组织，有效协调钛合金的热稳定性能、蠕变性能和疲劳性能，提高耐热钛合金的综合力学性能。
[0015]本发明耐热钛合金中α相的含量为体积百分含量。
[0016]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例1制备的耐热钛合金的显微组织图。
[0018]图2为本发明实施例2制备的耐热钛合金的显微组织图。
[0019]图3为本发明实施例3制备的耐热钛合金的显微组织图。
[0020]图4为本发明实施例4制备的耐热钛合金的显微组织图。
【具体实施方式】
[0021]本发明耐热钛合金由以下重量百分含量的成分组成:Al 10.0%?12.0% ,Nb5.0%?6.0% ,Zr 3.0%?4.0% ,Mo 1.5%?2.5% ,Sn 1.5%?2.5% ,Ta 0.5%?1% , Si 0.2%?0.4%，C 0.04%?0.08%，余量为Ti和不可避免的杂质，其中，Al的重量百分含量为Nb的重量百分含量的2倍，Al的重量百分含量为Nb的重量百分含量、Zr的重量百分含量和Mo的重量百分含量之和。
[0022]制备本发明耐热钛合金所采用的原料包括Al-Mo中间合金、Al-Nb中间合金、Al-Sn中间合金、海绵锆、纯钽粉(质量纯度不低于99.7% )、铝豆和O级海绵钛。
[0023]本发明耐热钛合金的制备过程为:将上述原料混合后压制得到电极，电极经真空自耗电弧熔炼制备得到合金铸锭，合金铸锭经过表面扒皮并切去冒口和尾端后，在液压锻造机或锻锤等自由锻造设备上进行开坯锻造和多火次高温锻造，然后在热乳机上进行乳制，再经固溶处理和时效处理后得到耐热钛合金。所述开坯锻造的加热温度为1150°C?1250°C，多火次高温锻造的锻造温度为1000°C?1100 °C，所述乳制的温度为1000°C?1100°c，所述开坯锻造和每火次所述高温锻造均为两墩两拔锻造，所述固溶处理的温度为1000°C?1050°C，保温时间为2h?3h，时效处理的温度为700°C?750°C，保温时间为
2.5h?4.5h。本发明耐热钛合金在室温条件下的抗拉强度不低于llOOMPa，延伸率不低于5.0%，所述耐热钛合金在温度为650°C条件下的抗拉强度不低于640MPa，延伸率不低于15%，所述耐热钛合金在应力为150MPa，温度为650°C的条件下保持10h后的残余变形量不大于0.2%，具有良好的室温性能与高温性能匹配。
[0024]实施例1
[0025]本实施例耐热钛合金，由以下重量百分含量的成分组成:A1 10.0 % , Nb5.0% , Zr 3.0% ,Mo 2.0% , Sn 1.5%，Ta 0.5% ,Si 0.2% ,C 0.04%，余量为 Ti 和不可避免的杂质。
[0026]本实施例耐热钛合金的制备方法为:原料采用Al-Mo中间合金、Al-Nb中间合金、Al-Sn中间合金、海绵锆、纯钽粉(质量纯度不低于99.7% )、铝豆和O级海绵钛，将上述原料混合均匀后压制得到电极，电极经真空自耗电弧熔炼制备得到合金铸锭，合金铸锭经过表面扒皮并切去冒口和尾端后，在液压锻造机上进行