[发明专利]一种短时耐高温钛合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种短时耐高温钛合金材料，由Al、Sn、Zr、Mo、Nb、W、Si、Ta、B、C、Y及Ti组成；其中，Al的质量百分比为5.9～6.5％，Sn的质量百分比为2.8～4.0％，Zr的质量百分比为5.0～10.0％，Mo的质量百分比为1.5～5.0％，Nb的质量百分比为1.5％～3.0％，W的质量百分比为0.9％～2.0％，Si的质量百分比为0.2％～0.4％，Ta的质量百分比为0.9％～2.0％，B的质量百分比为0％～0.2％，C的质量百分比为0.05％～0.1％，Y的质量百分比为0.05％～0.2％，余量为Ti。本发明还涉及一种短时耐高温钛合金材料的制备方法。该短时耐高温钛合金材料及其制备方法的目的是解决短时耐高温钛合金的高温、低温力学性能较差的问题。

技术领域

本发明涉及钛合金材料技术领域，具体涉及一种短时耐高温钛合金材料及其制备方法。

背景技术

高温钛合金以耐高温、低密度、高比强度、高比刚度、制造加工成形工艺优良等优点被视为高速飞行器的首选材料。目前成熟的高温钛合金均为满足航空发动机的需求而设计，且最高服役温度不超过650℃，600℃典型的有英国的IMI834、美国的Ti1100、俄罗斯的BT36、BT18y以及中国的Ti60和Ti600。650℃以上高温钛合金尚处于研制阶段，典型的国内中科院金属所联合北京航空材料研究院、宝钛集团研制的Ti65合金通过成分优化，虽合金强度和蠕变性能有所改善，但目前仍存在着室温、高温强塑性偏低的问题。传统高温钛合金为满足航空发动机的使用需求，往往更侧重关注材料的蠕变性能、热稳定性、疲劳性能和损伤容限，为保证合金良好的热稳定性，传统高温钛合金中β稳定元素含量较少，主要依靠α相的固溶强化来提高其使用温度。而临近空间高速飞行器作为重复使用次数远小于飞机的飞行器，所用钛合金体系主要关注材料在高温、大应力作用下的强度极限和短时蠕变与持久性能，所应用条件与航空钛合金体系应用环境存在明显的不同；此外，临近空间高速飞行器与航空发动机的结构形式也区别较大，对高温钛合金材料规格品种、性能的需求亦不同。因此，迫切需要针对高速飞行器结构零部件的温度和力学性能需求，开展新型高温钛合金材料研制。

目前，我国研制的短时高温钛合金主要有Ti650、Ti750和BTi6431S。其中Ti750属于近α型高温钛合金，Mo当量较小，合金固溶强化及热处理强化效果有限，Ti650和BTi6431SMo当量较高，虽在一定程度上提高了短时高温强度，但合金中较多的β相不利于蠕变和持久性能的提升，且合金中偏低的铝当量导致热处理过程中析出强化效果较弱。

因此，发明人提供了一种短时耐高温钛合金材料及其制备方法。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种短时耐高温钛合金材料及其制备方法，解决了短时耐高温钛合金的高温、低温力学性能较差的技术问题。

(2)技术方案

本发明的第一方面提供了一种短时耐高温钛合金材料，由Al、Sn、Zr、Mo、Nb、W、Si、Ta、B、C、Y及Ti组成；其中，Al的质量百分比为5.9～6.5％，Sn的质量百分比为2.8～4.0％，Zr的质量百分比为5.0～10.0％，Mo的质量百分比为1.5～5.0％，Nb的质量百分比为1.5％～3.0％，W的质量百分比为0.9％～2.0％，Si的质量百分比为0.2％～0.4％，Ta的质量百分比为0.9％～2.0％，B的质量百分比为0％～0.2％，C的质量百分比为0.05％～0.1％，Y的质量百分比为0.05％～0.2％，余量为Ti。

进一步地，Al的质量百分比为6.42％，Sn的质量百分比为3.04％，Zr的质量百分比为5.88％，Mo的质量百分比为1.58％，Nb的质量百分比为2.03％，Si的质量百分比为0.31％，W的质量百分比为1.0％，Ta的质量百分比为0.96％，C的质量百分比为0.07％，Y的质量百分比为0.11％，B的质量百分比为0.09％，余量为Ti。

本发明的第二方面提供了一种短时耐高温钛合金材料的制备方法，包括如下步骤：