[發明專利]一種耐600℃以上高溫的鈦合金

無效

• 申請號: 201010225366.0
• 申請日: 2010-07-13
• 公開（公告）號: CN102329983A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 王敏敏;羅月新;計波
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所 31228
• 代理人: 楊丹莉

技術領域

本發明涉及一種鈦合金，尤其涉及一種耐高溫的鈦合金。

背景技術

鈦合金因其具有高的比強度而廣泛應用于航空航天領域。20世紀80年代以來，美、英、俄等國家成功研制出Ti-1100、IMI834、BT36等合金，這些鈦合金的使用溫度達550～600℃。國內也研制出600℃溫度下使用的Ti-600、Ti-60高溫鈦合金。

隨著現代航空航天技術的發展，對于使用溫度高于600℃的高溫鈦合金需求的呼聲也越來越高。目前研制高于600℃使用溫度的鈦合金所遇到的主要問題是合金的熱穩定性同熱強性的矛盾，其中熱穩定性所涉及到的鈦合金相結構的穩定性和合金表面氧化問題，隨著溫度的升高顯得愈來愈突出。

公開號為CN1031721，公開日為1989年3月15日，名稱為“一種耐熱鈦合金”的中國專利文獻；以及公開號為CN101050479，公開日為2007年10月10日，名稱為“一種含稀土高溫固溶強化耐熱鈦合金”的中國專利文獻所涉及的鈦合金分別加入了稀土元素釹、釔，雖然加入稀土元素后可以細化晶粒、提高蠕變性能，但其使用溫度仍停留在600℃，其原因在于追求強度而采取的高合金化，使合金長時間工作后脆性相析出的幾率增大，導致組織不穩定。此外，高溫下氧的滲入會在合金表面形成富氧層，從而導致合金表面不穩定。

公開號為CN101074464，公開日為2007年11月21日，名稱為“復合強化耐熱鈦合金”的中國專利文獻所涉及的鈦合金加入了稀土元素鑭、硼，使得其使用溫度可高于600℃，但由于其為顆粒和短纖維增強的復合材料，硬質的第二相引入后導致材料的加工性能變差。雖然其在高于600℃具有較好的綜合性能，但是其加工區間較窄，熱加工溫度較高，增加了材料的加工難度，也提高了材料成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種耐600℃以上高溫的鈦合金，該種鈦合金可以在高于600℃的高溫下使用，在該使用溫度下，鈦合金的力學性能優異，且具有良好的成型性。

根據本發明的上述目的，本發明提出一種耐600℃以上高溫的鈦合金，其化學元素質量百分配比為：

Al：5.5％～7.0％，Sn：2.5％～4.0％，Zr：1.0％～3.0％，Mo：1.0％～3.0％，Nb：1.5％～3.0％，Si：0.10％～0.40％，Ce：0.05％～1.0％，Ta：0.1％～5.0％，C：0.1％～2.0％，B：0.1％～2.0％，余量為Ti和其他不可避免的雜質。

上述各化學元素的成分設計原理如下：

上述Al、Sn、Zr、Mo、Nb、Si元素為高溫鈦合金常用的合金化元素。這些元素中，Al屬于α相穩定化元素；Mo、Nb、Si屬于β相穩定化元素；Sn、Zr是中性元素。

Al是高溫鈦合金中最主要的合金化元素，其主要作用有：固溶強化、降低合金的密度、提高再結晶和相變溫度。此外，Al還可以提高氫在α相中的溶解度，減少因氫化物析出而引起的氫脆。但是Al在高溫鈦合金中的不利作用也很明顯。根據Ti-Al相圖，Al在Ti中的極限溶解度為7.5wt％，Ti中的Al含量超過此值后，合金會在時效或高溫使用過程中析出硬脆的α₂相，損害合金的塑性和斷裂韌性。為了避免因析出過量α₂相引起合金的脆化，最大限度地發揮Al的固溶強化作用，本發明將Al元素含量控制在5.5～7.0wt％。

Sn和Zr在高溫鈦合金中屬于中性元素，它們在α相和β相中均有較大的固溶度，這兩種元素與其他元素一起加入可以起到補充強化的作用；其中Sn還能降低合金對氫脆的敏感性。與Al元素相比，這兩種元素形成α₂相的傾向性較小。它們的加入可以在不降低合金室溫塑性的條件下顯著提高合金的高溫強度。因此本發明將Sn元素含量控制在2.5～4.0wt％；Zr含量控制在1.0～3.0wt％。

Mo和Nb是最常用的β相穩定化元素，它們能夠顯著降低α+β/β臨界轉變溫度。高溫鈦合金中加入少量的Mo和Nb，可在室溫下獲得少量的β相，使合金具有較好的室溫塑性，但過高的Mo含量對鈦合金的組織穩定性會產生不利的影響。因此，合金中添加Nb元素，替代部分的Mo元素，可以起到多元強化的作用，本發明將Mo元素含量控制在1.0～3.0wt％，Nb含量控制在1.5～3.0wt％。