[发明专利]钛合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温钛合金领域，特别地，涉及一种钛合金及其制备方法。

背景技术

钛合金由于它密度小、耐高温和抗腐蚀等性能在航空工业得到了广泛的应用。能耐600℃以上温度的钛合金是目前研究领域的前沿方向之一，也是我国航空工业急需的关键材料之一。本文中高温钛合金是指耐600℃以上温度的钛合金。尤其在先进的航空发动机中钛合金的应用有利于提高发动机的推重比，提高飞机的机动性能。钛合金在服役条件下的塑性、蠕变性能和热稳定性决定了它的使用寿命和发动机的安全可靠性。

国内外现状

国外现状：高温钛合金主要的研制国家有英国、美国、前苏联(俄罗斯)和中国。英国的IMI834钛合金在EJ200、PW350和Trent600-800等飞机发动机上获得了应用，美国的Ti1100钛合金已试用于莱康明公司T55-712改型发动机上试用，前苏联(俄罗斯)的BT36钛合金也已用于某在研发动机。波音777飞机选用的民用大型发动机Trent700(湍达)，其高压压气机的所有轮盘、鼓筒及后轴均用IMI834合金，采用电子束焊接工艺焊为一体，使得Trent700成为新型民用发动机中第一种采用全钛高压压气机转子的发动机，其工作温度可达600℃，重量比镍基超合金同等部件减轻了50kg。

国内现状：国内相关单位开展了600℃钛合金的自主研制，目前国内的Ti60合金制作的航空发动机零部件正在进行考核试验，总体上来说，我国600℃及其以上高温钛合金还处于研究阶段，在国内航空发动机上还没有得到应用。

目前高温钛合金的性能分析如下：

表1～4列举了现有高温钛合金的性能数据。表1为英国IMI834钛合金室温在600℃下的力学性能，表2为美国Ti1100钛合金室温在600℃下的力学性能，表3为前苏联BT36钛合金室温在600℃下的力学性能，表4为中国Ti60钛合金室温在600℃下的力学性能。蠕变条件是600℃在160MPa应力下持续时间100h。

表1 英国IMI834钛合金的典型性能

表2 美国Ti1100钛合金的典型性能

表3 前苏联BT36钛合金的典型性能

表4 中国Ti60钛合金的典型性能

从表1～4高温钛合金的典型性能数据分析和先进航空发动机使用情况可以看出，中国Ti60钛合金的抗拉强度虽然达到国外先进水平，但与国际公认的、综合性能最好的600℃高温钛合金IMI834相比。IMI834在600℃时的断面收缩率(Z)明显大于Ti60，也即IMI834的塑性更好，从而保证在600℃长期服役条件下的安全性和可靠性，适于制作发动机的叶片、轮盘以及整体叶盘。

但随着技术的发展，上述材料的在600℃的各项性能已经不能满足航空技术对材料的要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种钛合金及其制备方法，以解决现有技术中高温钛合金的断面收缩率和蠕变性能较差的技术问题，提供一种综合性能较好的高温钛合金。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种钛合金，包括以质量百分比计6～8％的Al，2～4％的Mo，1～3％的Nb，1～3％的Sn，1～3％的Zr，0.5～2％的Cr，0.01～0.2％Sc，0.1～1％W，余量为Ti。

进一步地，包括以质量百分比计6.5％的Al，3％的Mo，2％的Nb，2％的Sn，2％的Zr，1.2％的Cr，0.06％的Sc，0.5％的W，余量为Ti。

进一步地，钛合金在600℃下的RM 750MPa，RP0.2650MPa，A15％，Z48％，εe0.1％。

进一步地，钛合金中氢含量小于0.015％，氧含量小于0.15％，氮含量小于0.05％，碳含量小于0.08％，单个其它元素含量小于0.10％，综合其它元素含量小于0.40％。

根据本发明的另一方面还提供了一种钛合金的制备方法，包括以下步骤：

1)烘干海绵钛和合金原料，按上述钛合金配比混合海绵钛和合金原料；

2)焊接压电极和对电积；

3)进行1～3次真空自耗熔炼，得到钛合金。

进一步地，海绵钛的孔径为0.83～12.7mm。

本发明具有以下有益效果：