[发明专利]一种超高温钛合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金技术领域，尤其涉及一种超高温钛合金及其制备方法。

背景技术

目前，由于钛合金具有高强度以及良好的塑性与韧性、耐蚀性好等特点，主要被用来替代高强度钢作为航空航天飞行器中的结构材料以及弹簧材料，己是各国技术主要研究方向之一，其中尤以美国和俄罗斯在此方面发展较早。我国钛合金经历了半个多世纪的发展，今已成为世界钛大国之一，但距世界强国还有差距，表现在钛合金高端产品的规格、性能，尤其特殊用途的钛合金质量上存在较大差距。

世界上第一个高温钛合金是美国1954年研制的Ti-6Al-4V合金，可在350-380℃下使用，Ti-6Al-4V合金耐热性不够好，渗透性不理想。随着航空、航天、海洋开发等领域发展Ti-6Al-4V已满足不了对钛合金性能要求。在我国相继研发出有500℃、550℃、600℃下工作的相应牌号，如TC9、TC11、TA15、Ti-5621S这些500℃下工作的合金，550℃下工作的有Ti-55，600℃下工作的合金有Ti-60、Ti-600。

然而，无论国内或国外，现有的钛合金都基本存在不同程度的拉伸性能低、高温持久性、高温蠕变性以及稳定差的缺点。

发明内容

本发明针对上述问题不足之处，提供一种超高温钛合金及其制备方法，可适应现代需要，具有优秀的高温性能，稳定可靠。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种超高温钛合金，包括如下重量百分比的组分：6.50％～7.50％的Al，3.0％～5.0％的Sn，3.0％～6.0％的Zr，1.5％-3.0％的Mo，1.5％-2.5％的Nb，0.7％～2.0％的W，0.8％～2.0％的Nd，0.2％～0.5％的Si，余量为Ti和杂质。

优选的，所述杂质包括如下重量百分比的组分：O≦0.15％，Fe≦0.20％，N≦0.03％，C≦0.05％。

优选的，包括如下重量百分比的组分：6.97％的Al，3.68％的Sn，4.15％的Zr，1.90％的Mo，1.65％的Nb，1.31％的W，1.0％的Nd，0.38％的Si。

优选的，包括如下重量百分比的组分：0.12％的O，0.02％的Fe，0.03％的N，0.03％的C。

一种超高温钛合金的制备方法，包括：

选取原料：选取海绵钛、纯Si、Zr、Mo、Nd粉末、Al-Sn、Al-Nb、Al-W中间合金作为原料；

配料：按各元素的重量百分比组成为6.50％～7.50％的Al，3.0％～5.0％的Sn，3.0％～6.0％的Zr，1.5％-3.0％的Mo，1.5％-2.5％的Nb，0.7％～2.0％的W，0.8％～2.0％的Nd，0.2％～0.5％的Si，余量为Ti和杂质进行配料；

压电极：采用压机制成重量为20kg的电机块，采用真空等离子弧焊方法将压制好的电极块组焊成长条状电极；

熔炼：将长条状电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行三次熔炼获得Φ480*Lmm的520Kg高温合金锭；

冷却：将熔炼完成后铸锭冷却到200C以下出炉，出炉后得到所述超高温钛合金。

优选的，所述海绵钛为0级海绵钛，所述0级海绵钛的氧含量占比小于0.05％。

本发明应航天钛市场的导向，满足飞行器构件用高温钛合金，以八种合金元素进行复合化，细化，多相化的近α型(650-700℃)的高温钛合金。本发明锻、轧出三种规格的棒材，对棒材力学性能测试后，显现出该合金有良好的综合性能，特别是高温性能，如650℃，恒应力100MPa，100h后的稳定性是：R_m为1235MPa,R_p0.2为939MPa，A％为4％，Z％为8％，持久性能是650℃，450MPa，2.72h等高温性能数据较现行市场上的高温钛合金更好些，可向钛市场又提供一 个新牌号的高温钛合金。此外，本发明制备工艺流程简单化，安排合理，成本更低，且极少有废品产生，易于生产，从而令本发明制造成本低，产品具有市场竞争力，同时优化设计，使得工艺难度降低，有良好的可扩展性能。

附图说明

图1a-图1h为本发明实施例中的一种高温钛合金的棒材金相图片；

图2a-图2b为本发明实施例在不同参数下的金相图片；

图3为本发明实施例的工艺流程图。

具体实施方式