[发明专利]一种含稀土高温固溶强化耐热钛合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐热钛合金，特别是涉及一种用于制造各种高温环境下使用的钛合金零部件的含稀土高温固溶强化耐热钛合金。

背景技术

耐热钛合金是制造当代高性能航空发动机所必须的先进材料，随着发动机性能的不断提高，对耐热钛合金的性能也提出了越来越高的要求。目前先进航空发动机要求钛合金的使用温度要达到600℃，而常规钛合金的极限使用温度就是600℃，在此温度下合金的某些性能急剧恶化，尤其是抗蠕变性能和热稳定性能无法满足使用要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种在使用温度达到600℃时，其抗蠕变性能和热稳定性能仍能满足使用要求的含稀土高温固溶强化耐热钛合金。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种含稀土高温固溶强化耐热钛合金，其特征在于该合金由以下重量百分数的原料组成：

Al 4.5％-7.5％  Sn 1％-5％  Zr 2％-8％  W 0.25％-0.8％

Si 0.2％-0.5％  Y 0.05％-0.5％，其余为Ti和不可避免的杂质。

本发明所设计的是一种七组元近α型钛合金，采用高温固溶原理，在合金中加入了重量百分比为0.25～0.8％的高熔点金属W元素、0.2％-0.5％的Si元素和0.05％-0.5％的Y元素，能够提高合金的高温强度和抗蠕变性能；同时合金的组织得到细化，疲劳性能显著改善；并且能够使合金的加工工艺性能提高，使其获得了较好的综合性能。

本品的制备过程是：将纯度为99％以上的Al、Zr和Y三种金属(颗粒或屑)及Ti-80Sn、Al-20W、Al-10Si三种中间合金按重量百分比Al4.5％-7.5％，Sn1％-5％，Zr2％-8％，W0.25％-0.8％，Si0.2％-0.5％，Y0.05％-0.5％，其余为Ti进行配制，然后在油压机上压制成块状电极，并将数块电极采用等离子焊接组焊成长条状电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，将熔炼好的铸锭加热至1100℃进行锻造加工，最终制成各种规格的棒材；或锻制成板坯，然后将板坯轧制成各种厚度的板材。所制备的合金棒材和板材具有良好的综合性能，尤其是抗蠕变性能和热稳定性优异：

室温拉伸性能σ_b≥1040MPa，δ≥10％，

高温蠕变性能600℃/150MPa/100h条件下残余变形≤0.1％；

热稳定性600℃/100h热暴露后，σ_b≥1030MPa，δ≥4％，

室温疲劳性能R＝-1，σ≥5000Mpa。

同时该合金具有良好的可焊性，可采用真空电子束或氩弧焊方法对合金板材进行焊接加工，焊接强度系数大于90％。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明具有良好的综合性能，尤其是抗蠕变性能和热稳定性优异，抗蠕变性能和热稳定性形成良好的匹配，可以在600℃条件下长期使用；同时该合金具有良好的可焊性，可采用真空电子束或氩弧焊方法对合金板材进行焊接加工，焊接强度系数大于90％。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

该合金的原料组成及重量百分数为：

Al 6％、Sn 2.5％、Zr 3％、W 0.25％、Si 0.35％、Y0.1％，其余为Ti和不可避免的杂质。

制备工艺：将纯度为99％以上的Al、Zr和Y三种金属(颗粒或屑)及Ti-80Sn、Al-20W、Al-10Si三种中间合金按重量百分数Al：6％，Sn：2.5％，Zr：3％，W：0.25％，Si：0.35％，Y：0.1％，其余为Ti进行配制，然后在油压机上压制成块状电极，并将数块电极采用等离子焊接组焊成长条状电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，将熔炼好的铸锭加热至1100℃进行锻造加工，最终制成各种规格的棒材。

本实施例所制备的合金棒材具有良好的综合性能，尤其是抗蠕变性能和热稳定性优异：

室温拉伸性能σ_b≥1040MPa，δ≥10％，

高温蠕变性能600℃/150MPa/100h条件下残余变形≤0.1％

热稳定性600℃/100h热暴露后，σ_b≥1030MPa，δ≥4％，

室温疲劳性能R＝-1，σ≥500MPa

实施例2

该合金的原料组成及重量百分数为：