[发明专利]一种钛镍铝铌锆高温合金材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ti_35～54Ni_43～49Al_1～6Nb_1～4Zr_1～6高温合金材料，通过在钛镍合金中添加Al、Nb、Zr元素，来提高钛镍合金的室温屈服强度和高温力学性能的，一种新型高温合金材料。

背景技术

目前，在动力、石化、运输、特别是航空及航天等工业领域，应用在600℃以上的金属结构材料通常为镍基、铁基和钴基高温合金。这些材料具有较高的密度(一般在8.0g/cm³以上)，所制成的构件和设备重量大，为了减轻结构重量，提高效率，降低能源消耗，必须开发低密度、高强度的新型高温合金以适应相关工业领域未来发展的需要。

二元TiNi合金是一种具有优良力学性能、良好的耐蚀性和生物相容性的金属间化合物，作为形状记忆合金功能材料已经在医学、工业和生活等领域得到广泛的应用。这种合金的密度为6.3g/cm³，比镍基、铁基和钴基高温合金低20％左右。

为了提高TiNi合金的力学性能，在TiNi合金基础上，通过添加高纯度Al元素得到低密度的TiNiAl合金来提高室温和高温屈服强度，开发出新型的低密度、高强度高温合金替代传统高温合金，可以减轻结构重量，提高效率，降低能源消耗。

为了提高TiNiAl合金的高温力学性能，添加了Nb元素以提高合金的抗氧化性，开发出高温抗氧化的高温合金，以达到实际应用目的。

为了进一步提高TiNiAlNb合金室温和高温力学性能并降低能耗，添加Zr元素以提高冲击韧性从而降低合金的缺口敏感性并简化热处理工艺，开发出高性能低能耗的合金。

发明内容

本发明的目的是提出一种低密度、高比强度Ti_35～54Ni_43～49Al_1～6Nb_1～4Zr_1～6高温合金材料，该高温合金可以作为结构材料在高温环境600～800℃下使用，用于替代传统的高密度镍基、铁基和钴基高温合金材料，可以减轻结构重量，提高效率，降低能源消耗。

本发明的一种钛镍铝铌锆高温合金材料，由35at％～54at％的钛(Ti)、43at％～49at％的镍(Ni)、1at％～6at％的铝(Al)和1at％～4at％的铌(Nb)、1at％～6at％的锆(Zr)组成。

所述的钛镍铝铌锆高温合金材料组份为Ti₄₂Ni₄₈Al₄Nb₂Zr₄、Ti₄₆Ni₄₄Al₄Nb₂Zr₄或者Ti₄₄Ni₄₈Al₃Nb₃Zr₂。

所述的钛镍铝铌锆高温合金材料的密度为5.20～6.30g/cm³；其在18℃时的屈服强度为1100～1700MPa，变形率大于10％；在600～800℃时的屈服强度为1100～250MPa；800℃时效24小时即可获得弥散分布的第二相组织Ti₂Ni。该合金材料的冲击韧性90～150J·cm^-1。

本发明的一种钛镍铝铌锆高温合金材料的制备方法，包括下列步骤：

(1)按Ti_35～54Ni_43～49Al_1～6Nb_1～4Zr_1～6配比称取纯度为99.9％的钛(Ti)、纯度为99.9％的镍(Ni)、纯度为99.9％的铝(Al)、纯度为99.9％的铌(Nb)、纯度为99.9％的锆(Zr)；

(2)将上述称取的钛、镍、铝、铌和锆原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至2×10^-3～5×10^-3Pa，充入高纯氩气至1.01×10⁵Pa，然后在2700～3000℃熔炼成TiNiAlNbZr锭材；