一种耐高温钛合金及其制备方法与流程

文档序号:20163772发布日期:2020-03-24 21:16阅读:259来源:国知局

本发明属于有色金属领域,具体涉及一种耐高温钛合金,还涉及上述合金的制备方法。



背景技术:

钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金(钛-钼,钛-钯合金等)、低温合金以及特殊功能合金(钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金)等。热处理钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度;针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性;等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。

钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作,其抗蚀性远优于不锈钢;对点蚀、酸蚀、钛的化学活性大,与大气中o、n、h、co、co2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时,会在钛合金中形成硬质tic;温度较高时,与n作用也会形成tin硬质表层;在600℃以上时,钛吸收氧形成硬度很高的硬化层;氢含量上升,也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1~0.15mm,硬化程度为20%~30%。钛的化学亲和性也大,易与摩擦表面产生粘附现象。

钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。现在钛及其合金已在一般工业中应用,用于制作电解工业的电极,发电站的冷凝器,石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。现有的钛合金只能应用在航天飞行棋、飞机等壳体等部件,目前,还没有性能优异的钛合金可以应用于发动机材料上面,发动机材料对于钛合金的要求是能够耐高温,最少温度达到600℃以上,同时还有较高的塑性要求,现有的钛合金还不能达到上述要求。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种耐高温钛合金,其具备耐高温、塑性强的特点。

本发明的另一个目的是提供上述钛合金的制备方法。

本发明所采用的第一种技术方案是:一种耐高温钛合金,按照质量百分比由以下组分组成:b0.05~0.1%,si0.003~0.065%,al0.03~0.08%,mno0.01~0.06%,余量为ti,以上各组分的质量百分比之和为100%。

本发明所采用第一种技术方案的特点还在于,

si可替换为sic。

钛合金中si或sic与al的质量比为1:1~10。

钛合金中o的含量不高于0.05%。

本发明所采用的第二种技术方案是,一种耐高温钛合金的制备方法,按照以下步骤具体制备:

步骤1、按照质量百分比由以下组分组成:b0.05~0.1%,si0.003~0.065%,al0.03~0.08%,mno0.01~0.06%,余量为ti,以上各组分的质量百分比之和为100%;

步骤2、将步骤1称取好的原材料混合预热1~2h,将ti、b和mno放入熔炼炉内加热熔炼,熔炼2~3h后保温一段时间,再加入si继续熔炼,熔炼2~3h后保温一段时间,当熔炼炉内温度为1150~1200℃时加入al,继续熔炼,保温即得本发明的耐高温钛合金。

本发明所采用第二种技术方案的特点还在于,

步骤1中si可替换为sic。

制备得到的钛合金中o的含量不高于0.05%。

步骤2中预热温度为100~150℃,第一次熔炼温度为500~700℃,保温时间5~8min,第二次熔炼温度为800~1100℃,保温时间2~3min,三次熔炼温度为1200~1300℃,保温时间为3~5min。

本发明的有益效果是:本发明耐高温钛合金,硅元素或碳化硅有利于提高钛合金的塑性,其加入碳元素,能够显著提高钛合金在熔炼过程中的热稳定性,同时加入硼元素能够与钛元素起到协同作用,大大增加钛合金的硬度,本发明制备的钛合金,可以承受更高的荷载,可以应用在航天、军事等领域。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种耐高温钛合金,按照质量百分比由以下组分组成:b0.05~0.1%,si或sic0.003~0.065%,al0.03~0.08%,mno0.03~0.07%,余量为ti,以上各组分的质量百分比之和为100%。

上述原料中si或sic与al的质量比为1:1~10。

制备的钛合金中o的含量不高于0.05%。

一种耐高温钛合金的制备方法,按照以下步骤具体制备:

步骤1、按照质量百分比由以下组分组成:b0.05~0.1%,si或sic0.003~0.065%,al0.03~0.08%,mno0.01~0.06%,余量为ti,以上各组分的质量百分比之和为100%。

步骤2、将步骤1称取好的原材料混合在100~150℃预热1~2h,将ti、b和mno放入熔炼炉内加热熔炼,熔炼温度为500~700℃,熔炼2~3h后保温5~8min,再加入si或sic于800~1100℃继续熔炼,熔炼2~3h后保温2~3min,继续加热,当熔炼炉内温度为1150~1200℃时加入al,于1200~1300℃继续熔炼,保温3~5min即得本发明的耐高温钛合金。

本发明以钛元素为基础,通过连续三次熔炼,逐步加入原料其他组分,能够最大将每个原材料的性能充分发挥出来,而且不需要提供真空环境,本发明制备工艺简单,且成本较低,制备出来的钛合金耐热温度高,强度大,应用范围广泛。

实施例1

一种耐高温钛合金,按照质量百分比由以下组分组成:

步骤1、按照质量百分比由以下组分组成:b0.05%,si0.055%,al0.06%,mno0.06%,余量为ti,以上各组分的质量百分比之和为100%。

步骤2、将步骤1称取好的原材料混合在100℃预热1h,将ti、b和mno放入熔炼炉内加热熔炼,熔炼温度为500℃,熔炼3h后保温5min,再加入si于900℃继续熔炼,熔炼2h后保温2min,继续加热,当熔炼炉内温度为1150~1200℃时加入al,于1200℃继续熔炼,保温3min即得本发明的耐高温钛合金。

在室温条件下测量钛合金的抗拉强度为1207mpa,延伸率为12%。

实施例2

一种耐高温钛合金的制备方法,按照以下步骤具体制备:

步骤1、按照质量百分比由以下组分组成:b0.1%,sic0.003%,al0.03%,mno0.03%,余量为ti,以上各组分的质量百分比之和为100%。

步骤2、将步骤1称取好的原材料混合在120℃预热1.5h,将ti、b和mno放入熔炼炉内加热熔炼,熔炼温度为700℃,熔炼3h后保温7min,再加入sic于1100℃继续熔炼,熔炼2.5h后保温3min,继续加热,当熔炼炉内温度为1150~1200℃时加入al,于1200℃继续熔炼,保温3min即得本发明的耐高温钛合金。

在室温条件下测量钛合金的抗拉强度为1355mpa,延伸率为13%。

实施例3

一种耐高温钛合金的制备方法,按照以下步骤具体制备:

步骤1、按照质量百分比由以下组分组成:b0.07%,sic0.0045%,al0.05%,mno0.03%,余量为ti,以上各组分的质量百分比之和为100%。

步骤2、将步骤1称取好的原材料混合在140℃预热1~2h,将ti、b和mno放入熔炼炉内加热熔炼,熔炼温度为550℃,熔炼2.5h后保温6min,再加入sic于800℃继续熔炼,熔炼3h后保温3min,继续加热,当熔炼炉内温度为1150~1200℃时加入al,于1250℃继续熔炼,保温4min即得本发明的耐高温钛合金。

在室温条件下测量钛合金的抗拉强度为1305mpa,延伸率为13%。

实施例4

一种耐高温钛合金的制备方法,按照以下步骤具体制备:

步骤1、按照质量百分比由以下组分组成:b0.09%,si0.065%,al0.08%,mno0.07%,余量为ti,以上各组分的质量百分比之和为100%。

步骤2、将步骤1称取好的原材料混合在150℃预热2h,将ti、b和mno放入熔炼炉内加热熔炼,熔炼温度为600℃,熔炼2.5h后保温6min,再加入si于1100℃继续熔炼,熔炼2.5h后保温3min,继续加热,当熔炼炉内温度为1150~1200℃时加入al,于1300℃继续熔炼,保温3min即得本发明的耐高温钛合金。

在室温条件下测量钛合金的抗拉强度为1278mpa,延伸率为10%。

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