[发明专利]一种高强度铸造用钛合金及其制备方法

说明书

一种高强度铸造用钛合金及其制备方法，将海绵钛、铝豆、铝钼合金、铌钛合金、海绵锆、钛锡合金、金属铬按照质量百分比Al：5.2％～6.8％、Sn：1.6％～2.5％、Zr：1.6％～2.5％、Mo：2.2％～4.0％、Nb：0.8％～2.3％、Cr：0.8％～2.2％，Fe：0.1％～0.4％，O：≤0.20、C：≤0.08％、N：≤0.05％、H：≤0.015％，余量为钛，进行配混料，压制成长条状电极块；将压制好的电极块组焊为长条状电极；熔炼后锻造成铸造母合金电极；进行浇注，对铸件进行热处理，得到高强度铸造钛合金，力学性能优异，可以满足航空、航天、武器装备等工业复杂结构零部件的高强度需求。

技术领域

本发明属于钛合金材料制造领域，特别是涉及一种高强度铸造用钛合金及其制备方法，应用技术领域包括航空、航天、武器装备制造等行业。

背景技术

钛及钛合金因比强度高、耐蚀、可焊、耐高温、无磁性等优异的综合性能，在众多领域得到广泛应用。但相比之下，铸造钛合金的发展远远落后于变形钛合金。50年代变形钛合金已开始批量生产与应用，而钛合金铸件到60年代才开始应用于石化工业。钛铸件正式应用航空工业，已到了70年代，与变形钛合金在飞机上的应用，相差20年。目前，虽然变形钛合金仍占主导地位，但近年来，钛及钛合金铸件生产与应用仍保持着强劲的发展势头。实践证明，通过钛及钛合金的铸造可以直接制造形状复杂的零部件，免去大量的机械加工工序，提高材料的利用率。一般锻件的材料利用率仅有10％～15％，而一般铸件的利用率为45％，精密铸造则可达到75％～90％，这对价格较贵的钛及钛合金来说尤为重要。

很多国家的铸钛工业是为了满足航空、航天发展的需要建立起来的。目前在发达国家，铸钛的航空航天产品生产占50％以上。飞机襟翼滑轨、受力不太大的中小型结构件，包括支座、接头、框架和铰键构架等。钛合金精铸件的使用获得了满意的经济效果，钛合金铸件的质量不断提高，加上及十年的使用经验，钛合金铸件在飞机结构件的使用安全可靠性，已为设计人员普遍接受。航空发动机轴承壳体、支架、接头、转接圈、压气机机匣、钛合金精铸整体叶轮、发动机转子空心叶片钛合金精铸件等。导弹航天飞行器钛合金铸件在导弹上使用比较普遍，有尾翼、弹头壳体、火箭壳体及连接座等。航天飞行器和人造卫星使用的钛合金铸件主要是一些支座，板架与接头等结构件、人造卫星上照相机框架等。随着钛机钛合金铸件在飞机上应用的推广，不少的受力结构件也开始选用了钛铸件，波音飞机上吊装发动机的安装吊架，现在采用了Ti-6Al-4V的精铸件，我国飞机用支撑发动机的接头，波音777飞机上长达2.13m的Ti-6242高温钛合金隔热屏，飞机刹车壳体钛合金铸件等。

目前，钛及钛合金铸件的使用范围还在扩展，更多的应用领域也在相继研究，但是可供设计选用的铸造钛合金品种仍然十分有限。应用最多的仍是工业纯钛、ZTC4、ZTA15铸件，这些零件受力不大，大多是些在技术条件安全等级中的Ⅱ、Ⅲ类铸件。而关键结构铸件对材料强度的要求比较苛刻，大多要求材料强度达到1000MPa以上，而目前缺乏此类可应用的高强度铸造钛合金。

发明内容

为了解决航空、航天、武器装备等行业对高强度铸造钛合金的需求，本发明的目的在于提供一种抗拉强度大于1100MPa、延伸率在大于8％的高强度铸造用钛合金材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种高强度铸造钛合金，其特征在于，该铸造钛合金的组分为Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Cr-Nb-Fe-O，质量百分比组成为：Al：5.2％～6.8％、Sn：1.6％～2.5％、Zr：1.6％～2.5％、Mo：2.2％～4.0％、Nb：0.8％～2.3％、Cr：0.8％～2.2％，Fe：0.1％～0.4％，O：≤0.20、C：≤0.08％、N：≤0.05％、H：≤0.015％，余量为钛。

一种高强度铸造钛合金的制备方法，包括以下步骤：