一種耐高溫鈦合金的製作方法

2023-10-28 13:40:12 2

專利名稱：一種耐高溫鈦合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及鈦合金技術領域，具體地說是一種屬於Ti-Al-V-Si-Y系合金的耐高
溫鐵合金。
背景技術：
鈦及鈦合金具有密度小、強度高、耐高溫、耐低溫、耐腐蝕等許多優點，特別是其比強度，在金屬材料中是最高的。所以被廣泛用作航空、航天、艦船製造和化工領域的熱強材料、結構材料和耐蝕材料。儘管隨著經濟和社會的發展，鈦及鈦合金的應用領域越來越廣闊，使用量也越來越大。但至今使用量最大、應用前景最好的鈦合金仍是在航空航天領域應用的高溫鈦合金。世界上第一個成功的高溫鈦合金是Ti-6A1-4V，使用溫度為400°C，隨後相繼研製出IMI550、BT3-1等合金，使用溫度稍有提高，達350°C左右，而後各國又研製成功 7 IMI829, IMI834、Ti-1100、BT28、BT36、Τ 600 等合金，使用溫度達 550_600°C，據報導個別合金已達650°C。可見，高溫鈦合金的發展是非常艱難的。各國研究者都已認識到，發展高溫鈦合金的主要問題是如何解決熱強性和熱穩定性之間的矛盾。而在600-650°C以上溫度，兩者的矛盾幾乎達到了難以調和的程度。因此，有專家認為，除非現有的合金化、熔煉工藝、加工工藝出現重大突破，並解決了相應的高溫保護塗層問題，否則高溫鈦合金的耐熱溫度超過600-650°C是相當困難的。目前的高溫鈦合金在強度(室溫和高溫強度)和熱強性能(高溫蠕變強度和持久強度)方面都能夠達到比較滿意的結果，但往往是熱穩定性不夠理想，表現為鈦合金在高溫環境的使用過程中性能明顯降低，其原因在於第一，追求強度而採用高合金化，使合金長時間工作後脆性相析出機率增大，導致組織不穩定；第二，高溫下氧的滲入，在合金表面形成一個富氧層，導致了合金表面的不穩定。這兩種不穩定因素合稱為熱不穩定性。為解決以上問題，目前看來Si元素是高溫鈦合金中必不可少的重要元素之一，近些年來，對鈦合金中的矽化物作了大量的研究，結果表明，加少量Si可大大提高合金高溫抗蠕變性能，並能提高任何溫度下的強度。彌散分布的矽化物顆粒對位錯的運動有阻隔作用，這一位錯滑移受阻機制的認識使一系列新型高溫鈦合金的設計獲得成功。高溫鈦合金髮展的另一重要趨勢是稀土元素的應用。而在中國，由於具有稀土資源優勢，加上稀土元素在鈦合金中具有強烈脫氧作用和形成高熔點化合物的特點，所以稀土元素在高溫鈦合金中得到了廣泛應用。

發明內容
本發明的目的是提供一種耐高溫鈦合金。具體的是屬於Ti-Al-V-Si-Y系合金，名義成分為 Ti-6Al-4V-0. ISi-O. 2Y。本發明的目的是這樣實現的一種耐高溫鈦合金，其特徵是所述鈦合金成份及重量百分比為Al 5.8% -6. 3%, V 4. 5% -4. 5%, Si :0. 1 % -0. 5%,稀土 Y 元素 0. 1-0. 5%，不可避免的雜質彡0. 1，餘量為金屬Ti。本發明的目的還包括所述鈦合金成份及重量百分比為A1 5.8% -6.3%, V 4. 5% -4.5%，Si :0. 1% -0.4%,稀土 Y元素0. 1-0. 4%，不可避免的雜質彡0. 1，餘量為金屬Ti。
本發明鈦合金中是在原有高強度Ti-6A1_4V合金的基礎上，添加少量的Si和稀土 Y元素。採用Ti-6A1-4V合金為基礎是因為在合金中有α穩定元素Al，形成高溫強度、高溫抗氧化性、抗蠕變性能和低密度鈦鋁化合物。V作為β穩定元素，具有強化作用。並且 Ti-6al-4V合金本身就具有很高的強度，只需增加其熱強度及熱穩定性。Si元素對於鈦合金的蠕變強化作用已經得到共識，Si大大提高合金高溫抗蠕變性能，並能提高任何溫度下的強度。彌散分布的矽化物顆粒對位錯的運動有阻隔作用。但Si添加量不可過多，因Si含量過高時由於矽化物產生硬化，增加合金材料的脆性。Si含量應控制在0. 1-0. 5%之間。由於稀土元素有固溶、形成第二相彌散質點，細化晶粒、增加位錯密度等作用。Y元素提高鈦合金的α+β-β轉變溫度，稀土元素的添加細化了原始β晶粒，阻礙了晶粒的長大，因而對合金的拉伸塑性有所提高；稀土元素改變了合金中的位錯組態，稀土氧化物第二相增加了位錯運動的阻力，對蠕變性能有所提高；蠕變性能是高溫鈦合金非常重要的性能。Y對蠕變性能的有益作用可作如下解釋矽化物是起抗蠕變作用的重要相組成物，它存在於殘餘β 片中，對位錯運動起釘扎作用。Y元素細化了合金的組織，增加β片和矽化物的分散度，有利於發揮矽化物的抗蠕變作用。鈦合金的熱穩定性是用合金在高溫長時間熱暴露後塑性的下降程度來表徵的。塑性的下降與合金在高溫下發生的內部及表面組織結構變化有關。由於Y對合金的組織有影響，因而對熱穩定性也有影響，而且是十分顯著地。對熱穩定性有益的主要原因Υ元素奪取合金基體中的間隙氧，降低鋁當量，抑制Ti3Al脆性相的析出；Y元素細化組織，增大單位面積的α片錯排程度，增加裂紋擴展障礙；細化組織促進矽化物的均勻析出，避免粗大矽化物粒子的危害。添加0. 1-0. 5%稀土元素釔，在不明顯降低合金的拉伸強度下，釔不僅改善了合金熱暴露前後的拉伸塑性，而且還明顯提高了蠕變性能，在實際上表現為合金組織和蠕變中位錯組態的改變以及矽化物的析出對位錯組態的改變。α 2 相保持細小的均勻分布對提高合金的熱穩定性和蠕變強度具有重要作用。Y以稀土氧化物 Y2O3形式存在，在蠕變前後尺寸穩定性較好。本發明還具有加工工藝簡單，成品性能穩定、品質高，使用壽命長，應用範圍寬等特點。下面將通過實例對本發明作進一步詳細說明，但下述的實例僅僅是本發明其中的例子而已，並不代表本發明所限定的權利保護範圍，本發明的權利保護範圍以權利要求書為準。
具體實施方式
實施例1 用海綿鈦、純鋁、純釔粉、中間合金(Al-Si，Al_V)為原料， 合金的成分為 Ti-6Al-4V-0. ISi-O. 2Y,即按質量百分比 6. 0% Al,4. 0% V、0. 1% Si、0. 2% Y配製合金料，餘量為Ti和不可避免的雜質。壓製成圓成方電極，然後經二次真空自耗電弧熔煉，在950-1100°C開坯，加工成板和棒材，總變形量控制在50-80%。實施例2 用海綿鈦、純鋁、純釔粉、中間合金(Al-Si，Al-v)為原料，合金的成分為 Ti-6Al-4V-0. 2Si-0. 4Y,即按質量百分比 6. 0% Al,4. 0% V,0. 2% Si,0. 4% Y 配製合金料，餘量為Ti和不可避免的雜質。壓製成方電極，然後經二次真空自耗電弧熔煉，在 950-1100°C開坯，加工成板和棒材，總變形量控制在50-80%。實施例3 用海綿鈦、純鋁、純釔粉、中間合金(Al-Si，Al-v)為原料，合金的成分為 Ti-6Al-4V-0. 4Si-0. 2Y,即按質量百分比 6. 0% Al,4. 0% V、0. 4% Si、0. 2% Y 配製合金料，餘量為Ti和不可避免的雜質。壓製成圓成方電極，然後經二次真空自耗電弧熔煉，在950-1100°C開坯，加工成板和棒材，總變形量控制在50-80%。

合金與現有合金的性能比較
權利要求
1.一種耐高溫鈦合金，其特徵是所述鈦合金成份及重量百分比為A1 5. 8%-6. 3%, V 4. 5% -4. 5%, Si :0. 1% -0. 5%,稀土 Y 元素 0. 1-0. 5%，不可避免的雜質彡 0. 1，餘量為金屬Ti。
2.根據權利要求1所述的耐高溫鈦合金，其特徵是所述鈦合金成份及重量百分比為 Al 5. 8% -6. 3%,V 4. 5% -4. 5%,Si 0. 1% -0. 4%，稀土 Y 元素 0. 1-0. 4%，不可避免的雜質< 0. 1，餘量為金屬Ti。
全文摘要
一種耐高溫鈦合金，它包括以金屬鈦為主要成份，再加入少量的金屬鋁，金屬釩，矽元素，稀土釔元素以及不可避免的雜質所組成。本發明鈦合金中是在原有高強度Ti-6Al-4V合金的基礎上，添加少量的Si和稀土Y元素。採用Ti-6Al-4V合金為基礎是因為在合金中有α穩定元素Al，形成高溫強度、高溫抗氧化性、抗蠕變性能和低密度鈦鋁化合物。添加適量的稀土元素釔，在不明顯降低合金的拉伸強度下，釔不僅改善了合金熱暴露前後的拉伸塑性，而且還明顯提高了蠕變性能，在實際上表現為合金組織和蠕變中位錯組態的改變以及矽化物的析出對位錯組態的改變。α2相保持細小的均勻分布對提高合金的熱穩定性和蠕變強度具有重要作用。
文檔編號C22C14/00GK102181746SQ201110100320
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月21日 優先權日2011年4月21日
發明者張軍 申請人:遼寧峰閣鈦業集團有限公司