[发明专利]一种具有良好增材制造成形性能的高温600℃用高强韧钛合金

说明书

一种具有良好增材制造成形性能的高温600℃用高强韧钛合金，属于金属增材制造技术领域。该钛合金各成分及质量百分比为Al：6.2～7.5，V：1.2～4.5，Mo：1.2～4.5，Nb：0.5～2.0，Zr：3.2～9.6，Mn≤0.02，C≤0.02，Ni≤0.01，Si≤0.20，Sn≤0.20，Cr≤0.04，O≤0.02，P≤0.01，S≤0.01，N≤0.006，Ti：余量；且Al/(V+Mo+Nb+Zr)的质量百分数比例为5:4.2～13。本发明通过合金成分设计实现了细化α相提高强度，优化β相含量提高塑性，增强熔体热稳定性，使得该合金600℃高温强韧性得到最大提升，可用于增材制造成形。

技术领域

本发明涉及一种具有良好增材制造成形性能的高温600℃用高强韧钛合金，属于金属增材制造技术领域。

背景技术

激光增材制造轻质金属材料是航空工业的关键材料，由于航空零件外形复杂多变、材料性能要求高、且加工难度高，采用大型化的整体结构成为设计亟需，但相关激光加工的合金成分体系极其匮乏。此外，航空工业金属结构件承受高温交变载荷，需要具备良好的高温强韧性。目前最常用的工业高温钛合金有Ti60、IMI834、Ti1100等，具有耐高温、强度高、抗蠕变性能好等优点、但还存在高温强韧性低、损伤容限能力差、增材制造成形性能差等不足，适于传统铸造和锻造技术等生产，但并不适于先进激光增材制技术生产。

在CN112322936A的发明中，北京航空航天大学提出了一种抗氧化高温钛合金及其制备方法。该方法主要是通过高熔点W元素和Si元素提高材料的高温强度和抗氧化性，但添加高熔点W元素在激光增材中容易偏析，导致组织不均匀，降低材料强度，Si元素容易形成大块脆性硅化物且其分布难以调控，降低材料韧性和高温损伤容限能力，适于传统铸造生产，但并不适于先进激光增材制技术生产。

在CN110484774A的发明中，西北有色金属研究院提出了一种耐650℃高温钛合金。该方法主要是通过Si元素、C元素、高熔点W元素和稀土Y元素提高材料的高温强度，但添加Si元素、C元素容易形成大块脆性硅化物和碳化物，降低韧性和高温损伤容限能力，高熔点W元素和稀土Y元素在激光增材中容易偏析，导致组织不均匀，降低材料强度，适于传统铸造和锻造生产，但并不适于先进激光增材制技术生产。

针对以上问题，Ti-6Al-4V工业钛合金因具有良好的激光增材制造成形性能、耐腐蚀性和延展性等性能特点，是当前增材制造领域的主体材料，但是其承温能力低、抗疲劳性差。通过引入描述化学近程序结构的团簇加连接原子模型解析了Ti-6Al-4V合金的成分结构根源，找到钛合金近程序结构单元及应成分式，以此为增材制造专用高强韧耐高温钛合金材料的开发提供成分设计依据。

发明内容

本发明是要解决现有的高温钛合金材料高温强韧性低、增材制造成形性能差的技术问题，而设计开发了一种具有良好增材制造成形性能的高温600℃用高强韧钛合金。

本发明采用的技术方案是：

一种具有良好增材制造成形性能的高温600℃用高强韧钛合金，所述的钛合金成分，包括Ti、Al、V、Mo、Nb、Zr元素，以及Mn、C、Ni、Si、Sn、Cr、O、P、S、N为杂质元素，其合金各成分的质量百分比(wt.％)如下，为Al：6.2wt.％～7.5wt.％，V：1.2wt.％～4.5wt.％，Mo：1.2wt.％～4.5wt.％，Nb：0.5wt.％～2.0wt.％，Zr：3.2wt.％～9.6wt.％，Mn≤0.02wt.％，C≤0.02wt.％，Ni≤0.01wt.％，Si≤0.20wt.％，Sn≤0.20wt.％，Cr≤0.04wt.％，O≤0.02wt.％，P≤0.01wt.％，S≤0.01wt.％，N≤0.006wt.％，其余为Ti；且Al/(V+Mo+Nb+Zr)的质量之比为5:4.2～13。

所述的钛合金600℃高温强韧性提高，有利于提高损伤容限能力；所述的主要合金化元素为用于细化α相提高强度、优化β相含量提高塑性、改善承温能力、增强熔体热稳定性和增材制造成形性的Al、V、Mo、Nb、Zr元素。