[发明专利]一种超轻具备优异热加工性能和高温稳定性的钛合金

说明书

本发明公开了一种超轻具备优异热加工性能和高温稳定性的钛合金。按照重量百分比,该合金的成分为:Li:1.5‑2.0wt.%,Mg:5.0‑6.0wt.%,Al:2.0‑3.0wt.%,Sn:2.0‑3.0wt.%,Si:1.2‑1.5wt.%,Zr:0.3‑0.5wt.%,Ni:1.2‑1.5wt.%,Cu:0.5‑0.8wt.%，余量为钛。该材料为轻量化需要的行业提供了一种比常见钛合金密度更低的解决方案，也就是提供了一种具有优异力学性能和物理性能的钛合金。该合金的实施和产业化会大大推动我国在航空航天领域对高端钛合金材料的商业升级需求。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种钛合金。

背景技术

钛是一种新型金属，其性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关。纯钛有两种同质异晶体：在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。钛合金作为轻金属中的一种重要合金种类，被誉为21世纪的绿色工程材料。目前国内外已经产业化的钛合金不仅具有强度高、耐冲击、散热好、尺寸稳定和弹性模量大，承受冲击载荷能力比铝合金强的特点，铸造钛合金还具有比强度和比刚度高、震动阻尼容量大，在汽油、煤油和润滑油中性能稳定等特点。这些特性使钛合金应用领域十分广泛，尤其在航空航天、轨道交通、电子产品、生物医用、自行车、建筑装饰等领域，已经成为未来新型材料的发展方向之一。

世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了大量实际应用。轻量化是航空航天、军事工业永远追求的目标，减轻重量意味着机动灵活性更强，增强作战人员的战场生存能力。飞行器结构件的服役环境更加恶劣，不仅要求构件材料质量轻，还要求其具有较高的综合力学性能，包括高强度、耐热等。钛合金具有满足这些要求的一系列优异的性能。首先，钛合金低温性能好。钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好，间隙元素极低的钛合金在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。其次，钛合金符合与复合材料结构相匹配的要求。为减轻结构重量和满足隐身要求，先进飞机大量使用复合材料，钛合金与复合材料的强度、刚度匹配较好，能获得很好的减重效果。同时，由于二者电位比较接近，不易产生电偶腐蚀，因此相应部位的结构件和紧固件宜采用钛合金。

航空发动机是钛合金应用最早同时也是最有应用前景的领域之一，早在19世纪70年代，钛合金在俄罗斯航空发动机的用量就达到了金属零部件产品的50%。近些年来，钛合金在大型民用发动机中的用量呈现上升的趋势。这种增加的趋势，主要是由于燃气涡轮发动机在大型客机上的应用比较广泛，钛合金生产与应用经验的积累，以及钛合金性能和可靠性的提高等因索。钛合金仅从减重的观点来看，其效益是非常明显的。

加快高性能钛合金的研发速度、降低研发成本对我国高端装备制造至关重要。作为关键结构材料，强度、塑性与韧性是保障钛合金构件安全运行的关键力学性能指标。高端装备制造对高性能材料的需求迫切，尤其是对缩短研发时间与降低成本的需求。随着当今世界的发展以及人民生活水平的提高，对高性能钛合金材料以及使用于极端环境先进钛合金材料的需求也越来越多。进行合金新材料的创新离不开合金结构和成分设计，而材料的热力学和动力学是解决该类问题的主要方法。通过优化合金元素的筛选和成分确定，不仅可以达到所需要的各种性能指标，还会降低合金冶炼和加工的生产成本和对设备的要求。该类产品不仅使用寿命有了进一步的提高，还便于工业化大规模生产。可以预见钛基合金会在工业领域和国防领域展现出更为广阔的应用前景。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种超轻具备优异热加工性能和高温稳定性的钛合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：