[发明专利]钛铝基合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过应用熔融冶炼技术和粉末冶金技术制造的钛铝基合金，其具有的合金组成为Ti-zAl-yNb，其中，44.5原子％≤z≤47原子％，优选为44.5原子％≤z≤45.5原子％，5原子％≤y≤10原子％，以及可能的添加物B和/或C，其含量在0.05原子％和0.8原子％之间。

背景技术

钛铝合金具有如下特性，即将钛铝合金用作轻型结构材料，特别是在高温下应用的轻型结构材料是特别有利的。在工业应用上对于这种特别的合金很感兴趣，该合金以具有四方结构的金属间相γ-(TiAl)为基础，并且除了主要相γ-(TiAl)之外还含有少量具有六方结构的金属间相α₂(Ti₃Al)。这种γ-钛铝-合金由于密度小(3.85～4.2g/cm³)、弹性模量高、强度高和直至700℃的蠕变强度的特性而显得突出，这些特性使得该合金在升高了的使用温度下作为移动构件的材料具有吸引力。对此的例子是飞机驱动装置和固定式燃气轮机中的涡轮叶片、发动机的阀以及热气通风设备。

在铝含量为45原子％和49原子％之间的合金技术的重要领域中，在熔融物的固化(凝固)和随后的冷却时会发生一系列的相变化。固化或者完全通过具有立方体心结构(高温相)的β-混合晶体完成或者在两个包晶(转熔，peritektischen)反应中完成，具有六方结构的α-混合晶体和γ-相参与其中。

此外已知的是，元素铌(Nb)引起强度、蠕变强度和抗氧化性，以及可延展性的提高。利用在γ-相中基本上不溶的元素硼，不仅浇铸状态而且在形变后利用随后在α-区域的热处理可达到精细的结晶化(Kornfeinung)。在组织中β-相的升高部分，由于低铝含量和高β-稳定元素的浓度可以引起这种相的更严重的分散，并且起到使机械特性变差的作用。

γ-钛铝-合金的机械特性是强烈各向异性的，这是基于其变形特性和断裂的行为特性，还由于优选调节的片状组织或双重-组织的组织各向异性。为了有目的的调节组织和构造，在由钛铝制造构件时采用浇铸方法、不同的粉末冶金方法和变形方法以及这些制造方法的结合。

由Y-W.Kim和D.M.Dimiduk在出版物“Structural Intermetallics(结构金属互化物)1997”，Eds.M.V.Nathal，R.Darolia，C.T.Liu，P.L.Martin，D.B.Miracle，R.Wagner，M.Yamaguchi，TMS，Warrendale PA，1996，第531页中(的文献)获知，在不同的研究项目中，研究了大量的合金元素在构造、不同的制备方法和各自特性情况下的组织调节方面的作用特性。所发现的关系在此是相似且复杂的，如其在其他的结构性金属，如钢的情况那样，并且该关系原则上只能以限制的形式和非常普通的形式概述。因此，经确定的组成可以具有特性方面卓越的结合。

EP 1 015 605 B1公开了一种钛铝合金，该合金具有在构造上和化学上的均匀组织。在此，主要相γ(TiAl)和α₂(Ti₃Al)是微分散分布的。所公开的具有铝含量为45原子％的钛铝合金由于非常优良的机械特性和高温特性而显得突出。

所有的钛铝合金的普遍问题是它的延展性较小。迄今为止，通过金属间相的本质而预先给出的钛铝合金的高脆性和小的损坏偏差通过合金的作用而决定性地得到改善是无法实现的(参照“Structural Intermetallics(结构金属互化物)1997”，第531页，见上)。虽然对于前言中所述的应用可达到≥1％的多次塑性延展。然而，制造涡轮和发动机要求这种延展性的最低限度在工业生产中通过较大的起始值来保证。因为延展性与组织是敏感相关的，所以在工业生产过程中这是非常困难的，即保证尽可能由均匀的组织构成。对于高强度的合金可容许的最大损坏程度如最大的颗粒聚集区大小或片层聚集区大小特别小，使得对于这样的合金期望具有非常高的组织均匀性。然而，该组织均匀性已经由于合金组成不可避免的变化，如±0.5原子％的Al-含量，只能很困难地实现。

现在，在许多γ-钛铝合金可能的组织类型中，只有片层组织或所谓的双重组织对于高温应用是可以考虑的。通过γ-相的层以结晶学(方式)定向地从α-混合晶体中离析(沉淀)出来的方式在冷却时从α-混合晶体的单相区域中首先生成。