[发明专利]一种以多晶多相强化的耐热钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种以多晶多相强化的耐热钛合金及其制备方法。本发明通过多组元、微量添加和复合添加方式，净化合金熔体，细化合金铸锭组织，提高合金再结晶温度，提高合金的强度和抗氧化、抗蠕变性能，达到提高合金使用寿命的目的。通过复合添加铝、锡、锆、钼、铌、钨多元合金化手段，固溶强化钛合金基体。通过复合添加微量硼、碳等微量元素，硬质点颗粒，细化合金铸锭组织；添加稀土元素钇净化合金基体，降低合金基体氧含量；添加稀土元素钆细化合金铸锭组织，改善合金高温性能。通过多元合金化和微量合金化，净化合金基体等，提高合金在极端恶劣的高温条件下的耐热、抗氧化、抗蠕变性能，从而达到提高合金在高温条件下使用寿命的目的。

技术领域

本发明涉及钛及钛合金加工，属于有色金属材料加工与合金化技术领域，尤其涉及一种以固溶体为基多元合金化多晶多相强化的耐热钛合金及其制备方法。

背景技术

钛合金因具有质量轻、比强度高、耐热等优异的性能，广泛应用于航空、航天、潜艇、舰船、高速导弹壳体以及汽车发动机领域，用钛合金替代各类发动机中的镍基、铁基高温合金，可以实现减重50%，大幅度减轻结构重量，增加有效载重量和航程，提高能量效率。钛合金的使用寿命随着使用温度的升高而降低，影响钛合金工作温度的因素主要是高温强度、热稳定性和金属表面的抗氧化性能。随着航空航天、潜艇舰船以及交通运输业的高速发展，对广泛应用的耐热钛合金提出了更高的要求，目前广泛应用的钛基高温合金主要是固溶体型合金，析出元素的种类少，且加入量不足以保证沉淀相大量析出，高温强度和组织热稳定性不能保证使用要求。英国的IMI834高温耐热钛合金以固溶强化为主，仅加入少量的硅和碳析出强化；美国的Ti1100和俄罗斯的BT36高温耐热钛合金均是以固溶强化为主，仅加入少量的硅析出强化；中国的Ti600高温耐热钛合金是仿制美国的Ti1100合金，同样以固溶强化为主，仅加入少量的硅和钇析出强化。这些合金由于析出相不足，极限使用温度为600℃，长期使用温度在520℃左右，不能满足现代发动机对钛合金耐热温度的要求。对发动机而言，提高进气温度50-100℃，对提高发动机燃料效率、提高推重比具有非常大的意义，开发长期使用温度达到600℃以上的高温钛合金，对提高航空发动机的使用寿命、推重比和燃料利用效率具有非常现实的意义。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种以固溶体为基多元合金化多晶多相强化的耐热钛合金及其制备方法。

上述目的是通过下述方案实现的：本发明介绍了一种以固溶体为基多元合金化多晶多相强化的耐热钛合金及其制备方法，合金的相组成包括：α（Ti）+β（Ti）+ TiB₂+TiC+Ti₂AlC，+ Y₂O₃，在室温下，合金中α相近90%，β相不足10%。通过多合金组元、微量添加和复合添加方式，实现净化合金熔体，细化合金铸锭组织，提高合金的强度和抗氧化、抗蠕变性能的目的。复合添加铝、锡、锆、钼、铌、钨合金元素，固溶强化钛合金基体。复合添加微量的硼、碳等微量元素，在合金铸锭中形成TiB₂、TiC高熔点、硬质点颗粒，细化合金铸锭组织。添加稀土元素钇净化合金基体，降低合金基体中的氧含量；添加稀土元素钆细化合金铸锭组织，改善合金高温性能。通过多元合金化和微量合金化，净化合金基体，固溶强化、细晶强化、沉淀强化合金基体，提高合金在极端恶劣的高温条件下的耐热、抗氧化、抗蠕变性能，从而达到提高合金在高温条件下使用寿命的目的。合金的化学组份可以表示为（以质量分数表示，以下同）：

Ti+(5.8-6.8%)Al+ (3.0 -3.9 %)Sn+(2.4-3.5%)Zr+(0.3-0.9%)Mo+ ( 0.25- 0.45%)Si+（0.7-1.3%）Nb+(0.5-1.0%)W+(0.06 -0.3 %)A+(0.06 -0.3 %)Q -0.15% O