[发明专利]一种短时高温高强钛合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种短时高温高强钛合金及其制备方法，属于钛合金材料领域。该合金的重量百分比组成为Al：6.3～7.5％，Sn：1.5～3.5％，Zr：4～5％，Mo：0.8～1.5％，Nb：4.5～7％，W：2～4％，且Nb+W为6.5～10％，Si：0.2～0.5％，余量为Ti。采用真空自耗电弧炉熔炼成Ti‑Al‑Sn‑Zr‑Mo‑Nb‑W‑Si铸锭，热轧得到成品棒材。本发明的合金通过添加Al、Sn、Zr、Mo、Nb、W、Si进行多元强化，特别是高添加量的Nb和W，提高合金的高温强度和持久性能，可以满足650℃及以上短时高温高强条件下对钛合金的应用需求。

技术领域

本发明涉及一种短时高温高强钛合金及其制备方法，具体涉及一种Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-W-Si合金及其制备方法，属于钛合金材料领域。

背景技术

高温钛合金具有比重小、比强度高、耐腐蚀性能好等优点，在航空航天等领域广泛应用。随着航天工业的发展，针对高速飞行器等的短时高温高强需求，需要提高合金在650℃以上的强度，且在大载荷下具有较好的短时持久蠕变性能。现有典型的高温钛合金，最高使用温度约为600℃，如IMI834、Ti-1100、BT18y、Ti60、Ti600合金等，无法满足航天领域对650℃及以上高温钛合金的短时高强要求。现有高温钛合金的成分设计主要是依据航空发动机的高温长时特点进行，通过限制合金中β稳定元素的添加量来控制组织中β相的含量，以避免因β相在长期服役过程中发生分解对组织稳定性带来的不利影响。但是，航天用高温钛合金服役时间短(约为十几分钟，不超过1小时)，因此可以适当提高合金中β稳定元素的含量。本发明在高温钛合金中添加高含量的高熔点β稳定元素Nb和W(两者之和不低于6.5％)进行多元合金化以后，获得了α+β型两相高温钛合金，使其650℃及以上性能得到显著提升。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可在650℃及以上短时应用的高温高强Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-W-Si合金及其制备方法。

一种短时高温高强钛合金，具体为Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-W-Si合金，该钛合金的组成及其重量百分比的含量为Al：6.3～7.5％，Sn：1.5～3.5％，Zr：4～5％，Mo：0.8～1.5％，Nb：4.5～7％，W：2～4％，且Nb和W之和为6.5～10％，Si：0.2～0.5％，余量为Ti，上述各成分的含量之和为100％。

优选的，合金各组分含量的重量百分比为Al：6.5～7.0％，Sn：2～3％，Zr：4～4.5％，Mo：0.8～1.2％，Nb：5～6％，W：2～3％，且Nb和W之和为7～9％，Si：0.3～0.5％，余量为Ti。

合金中还含有O及不可避免的杂质，其重量百分比含量为O：0.1～0.2％，优选为O：0.15～0.2％。

上述合金可采用真空自耗电弧炉熔炼成Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-W-Si铸锭，热轧得到成品棒材。

一种短时高温高强钛合金的制备方法，包括如下步骤：

首先，将原材料0级海绵Ti、海绵Zr、Al豆、Ti-Sn中间合金、Al-Nb中间合金、Al-Mo、Al-W-Ti中间合金、Ti-Si中间合金，按照成分配比进行配料，混合后压制成自耗电极，在真空自耗电弧炉内经过三次熔炼，得到合金铸锭；

然后，将合金铸锭在1090-1100℃开坯，然后经过中间锻造锻成棒，锻造加热温度由1000-1060℃逐渐降至970-1000℃；然后经过三火次轧制，在930-970℃轧制成成品棒材。

上述高温高强钛合金的室温抗拉强度为1180-1440MPa，延伸率为11-18％；650℃下的抗拉强度为690-825MPa；700℃下的抗拉强度为540-645MPa；650℃/450MPa条件下，持久断裂时间为50-100min。