铝化钛金属间组合物的制造方法与工艺

本发明总的涉及含有钛和铝的组合物及其处理。更特别地，本发明涉及基于TiAl(γ)金属间化合物的铝化钛金属间组合物(TiAl金属间物)，其带有碳的受控添加以增强抗蠕变性同时保持可接受的室温延性。

背景技术：
因为重量和高温强度是气体涡轮发动机设计中主要的考虑，所以持续努力制造在升高的温度下具有高强度的相对轻重量的组合物。在本领域中熟知，钛基合金体系具有适合于相对高温应用的机械性质。钛基合金的高温性能已通过使用基于铝化钛化合物Ti3Al(阿尔法-2(α-2)合金)和TiAl(伽马(γ)合金)的钛金属间体系而提高。这些铝化钛金属间化合物(或，为方便起见，TiAl金属间物)一般特征在于相对轻的重量，然而已知能在升高的温度下呈现高的强度、蠕变强度和耐疲劳性。可是，从TiAl金属间物通过挤出、锻造、轧辊和铸造而生产组件通常由于它们相对低的延性而变复杂。如Huang的美国专利号4,879,092所教导，铬和铌的添加促进γTiAl金属间物的某些性质，例如抗氧化性、延性、强度等。Huang公开了一种具有Ti46-50Al46-50Cr2Nb2的近似式(或名义上约Ti-48Al-2Cr-2Nb)的特定铝化钛金属间组合物。认为该合金(本文称为48-2-2合金)呈现期望的环境抗性、室温延性和损伤容限，这允许它在气体涡轮应用中使用，例如，用于气体涡轮发动机的低压涡轮部分和特别地用作低压涡轮叶片(LPTB)的材料。已提出对TiAl金属间物添加碳以促进某些性质。例如，Jaffee等人的美国专利号3,203,794公开碳可按最多1原子百分数(10,000ppm)的量包括在含34-46原子百分数的铝的γTiAl合金中。另一个实例为Blackburn等人的美国专利号4,294,615，其公开碳以0.05-0.25原子百分数(500-2500ppm)的量包含在含有48-50原子百分数的铝和0.1-3原子百分数的钒的γTiAl合金中。Hashimoto等人的美国专利号4,661,316公开一种γTiAl合金，其在合金中含有30-36重量％铝和0.1-5重量％锰，并还可包括0.02-0.12重量％的量的碳。然而，Jaffee等人、Blackburn等人和Hashimoto等人总的公开碳添加倾向于降低延性。另一方面，Huang的美国专利号4,916,028公开0.05-0.3原子百分数(500-3000ppm)的碳添加可提高产生于γTiAl合金的快速固化和挤出的组件的延性，所述γTiAl合金基于48-2-2合金并含有46-50原子百分数铝、1-3原子百分数铬和1-5原子百分数铌。48-2-2合金具有最多约1400°F(约760℃)的名义温度性能，具有最多约1500°F(约815℃)的有用但减低的性能。然而，该合金在低压涡轮内和在别处的更广阔的用途可以是有可能的，若在超过1500°F(约815℃)的温度下(例如至约1600°F(约870℃)的温度)可达到提高的抗蠕变性。因此，期望扩展48-2-2合金的蠕变性能，然而不牺牲该合金体系的环境抗性、室温延性和损伤容限。为取得LPTB应用的可接受的抗蠕变性水平，认为1％的名义延性和0.5％的最小延性是期望的(若非必须)，以提供足够的设计边际以及从合金铸造和机械加工组件的能力。值得注意的是，虽然通过添加大量的难熔元素(例如铌)并带有一般为1000ppm或更多的碳含量，已在γTiAl金属间组合物中展示提高的抗蠕变性，但是(除美国专利号4,916,028外)这些量的碳添加已经与延性降低相联系，通常导致0.1％或更小的名义延性。

技术实现要素：
本发明提供基于TiAl(γ)金属间化合物的γ铝化钛金属间组合物(γTiAl金属间物)。所述γTiAl金属间物含有铬和铌以及受控量的碳，所述γTiAl金属间物达到室温机械性质和在接近并可能超过1600。F(约870℃)的温度下的高温蠕变性能之间的期望平衡。TiAl金属间组合物基于前述的48-2-2合金并含有46-50原子百分数铝、1-3原子百分数铬和1-5原子百分数铌，不过还含有碳，当包括有非常受控的约160-500ppm(约0.016-0.05原子百分数)的量时，所述的碳量能促进组合物的抗蠕变性性质而没有不可接受地降低其室温延性。本发明的其它方面和优势将从以下详述得以更好理解。本发明请求保护：1.一种基于γTiAl金属间化合物的铝化钛金属间组合物，所述铝化钛金属间组合物由以下组成：产生γTiAl金属间化合物的量的钛和铝，160-470ppm的量的铬、铌、碳，以及伴随的杂质。2.项目1的铝化钛金属间组合物，其中所述铝化钛金属间组合物含有约46-50％铝。3.项目1的铝化钛金属间组合物，其中所述铝化钛金属间组合物含有约160-420ppm碳。4.项目1的铝化钛金属间组合物，其中所述铝化钛金属间组合物含有约270-420ppm碳。5.项目1的铝化钛金属间组合物，其中所述铝化钛金属间组合物含有约300ppm碳。6.项目1的铝化钛金属间组合物，其中所述铝化钛金属间组合物为铸件形式并具有含等轴和层状形态的双重微观结构。7.项目1的铝化钛金属间组合物，其中所述铝化钛金属间组合物呈现不低于0.5％的最小室温延性。8.项目1的铝化钛金属间组合物，其中所述铝化钛金属间组合物呈现至少1％的室温延性。9.项目1的铝化钛金属间组合物，其中所述铝化钛金属间组合物按...