[发明专利]一种多元素复合抗氧化Ti2

说明书

本发明是一种多元素复合抗氧化Ti₂AlNb合金及其制备方法，该合金的化学元素及其重量百分比为：Al：20％～25％，Nb：20％～23％，W：0.1％～1.5％，Zr：1％～3％，Si：0.1％～1％，Ta：0.1％～2％，W+Zr+Si+Ta：1.5％～7.5％，余量为Ti。其制备方法包括合金配料、熔炼、开坯、锻造过程，其中合金配料采取分布式高熔点合金元素合金包布置压电极方法，熔炼工艺采取三次真空自耗熔炼工艺，开坯工艺采用均匀化热处理+挤压开坯方法，锻造工艺采用多相区交替锻造方法制备。本发明通过在Ti‑Al‑Nb体系中加入W、Zr、Si、Ta等合金元素，结合合金成分均匀化和组织均匀化熔炼和锻造工艺，明显提高Ti₂AlNb合金的高温抗氧化能力，同时提高强度力学性能。

技术领域

本发明是一种多元素复合抗氧化Ti₂AlNb合金及其制备方法，属于高温钛合金材料领域。

背景技术

随着新型航空发动机对高温钛合金材料的不断提高的应用服役要求，更高高温力学性能和抗氧化性能的钛合金材料亟需被开发。传统高温钛合金材料由于受到高温稳定性和抗氧化性能的限制，其长时间稳定使用温度在 600℃～650℃存在较大突破难度。作为Ti-Al-Nb合金体系之一的O相Ti₂AlNb 合金由于其所具有的低密度、高比强度、优异高温力学性能等特点，可以满足新型航空发动机的高标准服役要求，是650℃以上高温结构材料的重要选材之一。

目前Ti₂AlNb合金体系中，高温抗氧化性能是制约其高温条件下长时间服役的重要因素之一。在对Ti-Al-Nb合金体系进行抗氧化研究过程中发现，当 Nb含量在10％～13％范围时，其综合抗氧化性能最佳，随着Nb含量的进一步增加，高Nb合金高温氧化时产生的Nb₂O₅氧化膜保护能力不足，引起Ti₂AlNb 合金抗氧化性能的降低，同时对于Ti₂AlNb合金中一般需要20％以上的Nb含量保证其塑性和加工性能。在Ti-Al-Nb合金体系中也有研究分别添加V、Si、 Ta等合金元素进行抗氧化性能和综合力学性能优化的开发工作，部分合金元素在提高抗氧化性能和综合力学性能起到积极作用，但受限于单一合金元素在 Ti-Al-Nb合金体系中的添加含量限制和成本限制，目前在Ti-Al-Nb合金体系中使用单一的合金成分优化设计已经很难满足其更高综合力学性能的发展要求。

发明内容

本发明提供了一种多元素复合抗氧化Ti₂AlNb合金及其制备方法，所要解决的技术问题针对Ti₂AlNb合金在抗氧化等性能上的不足，优化Ti₂AlNb合金的高温抗氧化性能，同时兼顾高温强度、蠕变持久等综合力学性能。并结合多种合金元素的状态和分布特点，针对性的设计熔炼工艺、热加工工艺和热处理工艺，保证多种合金元素在材料组织内的均匀性和稳定性，制备出纯净均匀的高品质抗氧化Ti₂AlNb合金材料。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明技术方案提供了一种多元素复合抗氧化Ti₂AlNb合金，其特征在于：该合金的化学元素及其重量百分比为：Al：20％～25％，Nb：20％～23％，W： 0.1％～1.5％，Zr：1％～3％，Si：0.1％～1％，Ta：0.1％～2％，W+Zr+Si+Ta：1.5％～7.5％，余量为Ti。

在一种实施中，该合金中的Al与Nb的重量比为0.95～1.1。

在一种实施中，该合金中，W的重量百分比为0.1％～2％，Zr合金元素含量 1％～3％。

在一种实施中，该合金中，W与Zr的重量比小于等于2。

在一种实施中，该合金中，Si的重量百分比为0.1％～1％，Ta合金元素含量 0.1％～2％。