[发明专利]在高温下具有良好抗氧化性和高强度的钛合金

说明书

一种钛合金，其特征在于，在温度升至750℃的条件下，具有良好的抗氧化性、高强度和抗蠕变性，以及良好的冷/热成形能力、良好的超塑性成形性能和良好的焊接性。该合金可按重量％包括：铝4.5％～7.5％，锡2.0～8.0％，铌1.5％～6.5％，钼0.1％～2.5％，硅0.1％～0.6％，氧0.20％,碳0.10％,和具有偶存杂质的余量的钛。

本申请是申请日为2013年7月19日，发明名称为“在高温下具有良好抗氧化性和高强度的钛合金”的第201310305783.X号中国发明专利申请的分案申请，该中国发明专利申请要求2012年7月19日提交的序列号为61/673,313的美国临时申请的优先权，上述申请的公开通过引用的方式在此并入。

背景技术

由于钛合金广泛地使用于航空和其他应用中，因此对在高温下使用的重量较轻的钛合金的需求不断增长。例如，更高性能和更高燃料效率的飞机和航空发动机正引导着在温度更高和重量减轻的条件下操作的航空发动机和机身的发展。由此，钛合金被认为可用于发动机舱或机身部件的承受较高操作温度的较热部分，例如近尾部的挂架构件。这些发展导致了用例如在650℃,700℃或750℃或更高的高温下具有优异的抗氧化性和高强度的钛合金来取代重的镍基合金(和其他合金)的需求。

例如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si和Ti-15Mo-3Al-3Nb-0.2Si的钛合金已被用于制成要求具有抗氧化性、耐热性和质量轻盈的机身和航空发动机部件，这些合金的抗氧化温度通常限于650℃以下。长期热暴露在700℃～750℃下会导致这两种合金形成的部件发生严重剥落的现象。此外，后一种合金在服役温度达到700℃～750℃时具有明显较低的强度，这是由于它是近β钛合金。

以下所记载的多种钛合金提供各种期望的特性，但它们并不适用上述目的。美国专利4,980,127所公开的商品化的钛合金Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si和Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.3Si是钼含量很高的近β钛合金。美国专利4,738,822公开的一种无铌近α钛合金Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.4Si，它在温度上升相当高的情况下，具有良好的强度和抗蠕变性。美国专利4,906,436和美国专利5,431,874公开了含有铪(Hf)和钽(Ta)的高温钛合金。

美国专利4,087,292和美国专利4,770,726分别公开了两种含铌的钛合金Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.25Mo-0.3Si(称为IMI 829)和Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si-0.06C(称为IMI 834)，它们在高温下表现出良好的抗蠕变性。美国专利6,284,071公开了一种高温钛合金，其通常含有3.5％的锆(Zr)和选择性地高达2.0％的铌(Nb)。前面三个专利的钛合金分别包括不超过1.25％、1.5％和2.0％的铌和分别至少2.0％、3.25％和2.5％的锆。

需要注意的是，制造在这种高服役温度(尤其是在大约700℃、750℃或更高)下具有优异的抗氧化性的合金是极为困难的。因此，例如从能够在650℃下工作的钛合金向能够在750℃下工作的具有良好抗氧化性和高强度的钛合金的进步是重大的飞跃。

本钛合金对于该目的或其他目的是有效的，并且可以提供除上面所讨论的之外的多种期望的物理特性。

发明内容

一方面，本发明可提供一种高温钛合金，其主要包括：4.5～7.5wt％的铝；2.0～8.0wt％的锡；1.5～6.5wt％的铌；0.1～2.5wt％的钼；0.1～0.6wt％的硅；和余量钛。

另一方面，本发明可提供一种高温钛合金，包括：4.5～7.5wt％的铝；2.0-8.0wt％的锡；1.5～6.5wt％的铌；0.1～2.5wt％的钼；0.1～0.6wt％的硅；总含量在0.0～0.5wt％范围内的锆和钒；以及余量钛。