[发明专利]一种用于700～750℃的短纤维增强高温钛合金Ti-101AM

说明书

本发明的目的在于提供一种用于700～750℃的短纤维增强高温钛合金Ti‑101AM，其合金组分以质量百分比计为：Al 5.0～7.0％，Sn 1.5～4.5％，Zr 2.0～4.5％，Mo 0.1～1.0％，Si 0.1～0.6％，Nb 0.1～0.8％，Ta 0.1～1.8％，C≤0.08，B 0.1～1.2％，Fe＜0.3％，O＜0.15％，N＜0.05％，H＜0.012％，余量为Ti和不可避免的杂质。本发明通过添加适量B元素实现TiB晶须短纤维强化，同时调控Al、Mo、Si、Nb、Ta等元素含量，在显著提高强度水平的同时兼顾塑性、韧性、高温抗氧化性等。所述合金适用于锻造、熔模精密铸造、粉末冶金、激光粉末增材制造等成形方法。

技术领域

本发明属于钛合金技术领域，具体涉及到一种短纤维增强的高温钛合金。

背景技术

高温钛合金主要应用于航空航天发动机和飞行器高温承力构件，其特点是高温蠕变持久性能优异，目前，可在600℃长时使用的高温钛合金主要有英国的IMI834、美国的Ti1100、俄罗斯的BT36、我国的Ti60(国标牌号TA33)，新型研发的Ti65合金(专利号ZL201410195990.9)长时使用温度可达650℃。为满足航空航天发动机和飞行器的发展要求，其高温结构件的使用温度不断提高，现有的高温钛合金将很难满足性能要求，急需研发短时使用温度和强度更高的新型高温钛合金。

现有的600℃以上高温钛合金均为近α型钛合金，采用固溶强化与第二相弥散强化相结合的方式保证其高温强度和蠕变持久性能，并在成分设计上保证其在高温下的抗氧化性，ZL200710011771.0和ZL201410195990.9发明的高温钛合金均通过控制硅化物和α₂相提高其热强性，且都添加适量的Nb和Ta、并控制Mo元素含量以提高合金的抗氧化性。若要再提高其使用温度和高温强度，必须引入新的强化方式。研究表明，钛合金中添加B元素可显著细化铸造组织，也有利于在后续的热变形过程中控制晶粒尺寸，实现细晶强化；B元素在钛合金中主要以TiB晶须的形式析出，通过控制适当的B元素含量和加工工艺，可使TiB晶须在晶界钉扎，起到纤维增强的作用。在添加B的同时必须合理控制Al、Si、Mo、Nb、Ta等元素的含量，以综合利用固溶强化、第二相强化、纤维增强等强化机制，获得理想的强塑性匹配。然而，目前尚未有通过采用TiB纤维增强的方式将高温钛合金使用温度提高到750℃的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于700～750℃的高温钛合金，通过添加适量B元素实现TiB晶须短纤维强化，同时调控Al、Mo、Si、Nb、Ta等元素含量，在显著提高强度水平的同时兼顾塑性、韧性、高温抗氧化性等。该合金适用于锻造、熔模精密铸造、粉末冶金、激光粉末增材制造等成形方法。

采用的技术方案是：

一种用于700～750℃的短纤维增强高温钛合金Ti-101AM，其特征在于，其合金组分以质量百分比计为：Al 5.0～7.0％，Sn 1.5～4.5％，Zr 2.0～4.5％，Mo 0.1～1.0％，Si0.1～0.6％，Nb 0.1～0.8％，Ta 0.1～1.8％，C≤0.08，B 0.1～1.2％，Fe＜0.3％，O＜0.15％，N＜0.05％，H＜0.012％，余量为Ti和不可避免的杂质。

该合金冶炼工艺如下：

原材料采用海绵Ti、海绵Zr、纯Al、Ti-Sn中间合金、Al-Mo中间合金、Al-Si中间合金、Al-Nb中间合金、Ti-Ta中间合金、TiB₂粉、C粉、TiO₂粉，依据合金成分配料、混料，用液压设备压制电极，将电极组焊，经2～3次真空自耗熔炼，制成合金铸锭。

其铸件、粉末冶金成形件、粉末增材制造成形件的热等静压工艺为：(920～940)℃/(120～140)MPa/(2～3)h/炉冷。