[發(fā)明專利]鈦鋁基合金

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200580039012.4
• 申請(qǐng)日: 2005-09-01
• 公開（公告）號(hào): CN101056998A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 米夏埃爾·厄林;喬納森·保羅;烏韋·洛倫茨;弗里茨·阿佩爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: GKSS－蓋斯特哈赫特研究中心有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C22C14/00
• 分類號(hào): C22C14/00
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 李丙林;張英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種通過應(yīng)用熔融冶煉技術(shù)和粉末冶金技術(shù)制造的鈦鋁基合金，其具有的合金組成為Ti-zAl-yNb，其中，44.5原子％≤z≤47原子％，優(yōu)選為44.5原子％≤z≤45.5原子％，5原子％≤y≤10原子％，以及可能的添加物B和/或C，其含量在0.05原子％和0.8原子％之間。

背景技術(shù)

鈦鋁合金具有如下特性，即將鈦鋁合金用作輕型結(jié)構(gòu)材料，特別是在高溫下應(yīng)用的輕型結(jié)構(gòu)材料是特別有利的。在工業(yè)應(yīng)用上對(duì)于這種特別的合金很感興趣，該合金以具有四方結(jié)構(gòu)的金屬間相γ-(TiAl)為基礎(chǔ)，并且除了主要相γ-(TiAl)之外還含有少量具有六方結(jié)構(gòu)的金屬間相α₂(Ti₃Al)。這種γ-鈦鋁-合金由于密度小(3.85～4.2g/cm³)、彈性模量高、強(qiáng)度高和直至700℃的蠕變強(qiáng)度的特性而顯得突出，這些特性使得該合金在升高了的使用溫度下作為移動(dòng)構(gòu)件的材料具有吸引力。對(duì)此的例子是飛機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和固定式燃?xì)廨啓C(jī)中的渦輪葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)的閥以及熱氣通風(fēng)設(shè)備。

在鋁含量為45原子％和49原子％之間的合金技術(shù)的重要領(lǐng)域中，在熔融物的固化(凝固)和隨后的冷卻時(shí)會(huì)發(fā)生一系列的相變化。固化或者完全通過具有立方體心結(jié)構(gòu)(高溫相)的β-混合晶體完成或者在兩個(gè)包晶(轉(zhuǎn)熔，peritektischen)反應(yīng)中完成，具有六方結(jié)構(gòu)的α-混合晶體和γ-相參與其中。

此外已知的是，元素鈮(Nb)引起強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和抗氧化性，以及可延展性的提高。利用在γ-相中基本上不溶的元素硼，不僅澆鑄狀態(tài)而且在形變后利用隨后在α-區(qū)域的熱處理可達(dá)到精細(xì)的結(jié)晶化(Kornfeinung)。在組織中β-相的升高部分，由于低鋁含量和高β-穩(wěn)定元素的濃度可以引起這種相的更嚴(yán)重的分散，并且起到使機(jī)械特性變差的作用。

γ-鈦鋁-合金的機(jī)械特性是強(qiáng)烈各向異性的，這是基于其變形特性和斷裂的行為特性，還由于優(yōu)選調(diào)節(jié)的片狀組織或雙重-組織的組織各向異性。為了有目的的調(diào)節(jié)組織和構(gòu)造，在由鈦鋁制造構(gòu)件時(shí)采用澆鑄方法、不同的粉末冶金方法和變形方法以及這些制造方法的結(jié)合。

由Y-W.Kim和D.M.Dimiduk在出版物“Structural?Intermetallics(結(jié)構(gòu)金屬互化物)1997”，Eds.M.V.Nathal，R.Darolia，C.T.Liu，P.L.Martin，D.B.Miracle，R.Wagner，M.Yamaguchi，TMS，Warrendale?PA，1996，第531頁中(的文獻(xiàn))獲知，在不同的研究項(xiàng)目中，研究了大量的合金元素在構(gòu)造、不同的制備方法和各自特性情況下的組織調(diào)節(jié)方面的作用特性。所發(fā)現(xiàn)的關(guān)系在此是相似且復(fù)雜的，如其在其他的結(jié)構(gòu)性金屬，如鋼的情況那樣，并且該關(guān)系原則上只能以限制的形式和非常普通的形式概述。因此，經(jīng)確定的組成可以具有特性方面卓越的結(jié)合。

EP?1?015?605?B1公開了一種鈦鋁合金，該合金具有在構(gòu)造上和化學(xué)上的均勻組織。在此，主要相γ(TiAl)和α₂(Ti₃Al)是微分散分布的。所公開的具有鋁含量為45原子％的鈦鋁合金由于非常優(yōu)良的機(jī)械特性和高溫特性而顯得突出。

所有的鈦鋁合金的普遍問題是它的延展性較小。迄今為止，通過金屬間相的本質(zhì)而預(yù)先給出的鈦鋁合金的高脆性和小的損壞偏差通過合金的作用而決定性地得到改善是無法實(shí)現(xiàn)的(參照“Structural?Intermetallics(結(jié)構(gòu)金屬互化物)1997”，第531頁，見上)。雖然對(duì)于前言中所述的應(yīng)用可達(dá)到≥1％的多次塑性延展。然而，制造渦輪和發(fā)動(dòng)機(jī)要求這種延展性的最低限度在工業(yè)生產(chǎn)中通過較大的起始值來保證。因?yàn)檠诱剐耘c組織是敏感相關(guān)的，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中這是非常困難的，即保證盡可能由均勻的組織構(gòu)成。對(duì)于高強(qiáng)度的合金可容許的最大損壞程度如最大的顆粒聚集區(qū)大小或片層聚集區(qū)大小特別小，使得對(duì)于這樣的合金期望具有非常高的組織均勻性。然而，該組織均勻性已經(jīng)由于合金組成不可避免的變化，如±0.5原子％的Al-含量，只能很困難地實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)在，在許多γ-鈦鋁合金可能的組織類型中，只有片層組織或所謂的雙重組織對(duì)于高溫應(yīng)用是可以考慮的。通過γ-相的層以結(jié)晶學(xué)(方式)定向地從α-混合晶體中離析(沉淀)出來的方式在冷卻時(shí)從α-混合晶體的單相區(qū)域中首先生成。