[發(fā)明專利]一種鑄造Ti-Si-Al基高溫高強度合金

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310710919.5
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103710572A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 惠希東;張孟梟;王樹申;林德燁;趙巖峰;朱建
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含有金屬間化合物增強相的Ti-Si-Al基高溫高強度合金，更具體地是涉及一種含有Ti、Si、Al、Mo、Nb、Ta、V和Zr的高溫高強度鑄造Ti-Si-Al合金。

背景技術(shù)

鑄造鈦合金是指用于澆鑄成一定形狀鑄件的鈦合金。目前以廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船、化工、汽車、體育和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。在鑄造鈦合金發(fā)展初期，國際上主要是選擇一些變形鈦合金進行澆注實驗，結(jié)果表明，大部分變形鈦合金都有較為滿意的鑄造工藝性能。隨著鑄造鈦合金應(yīng)用范圍不斷擴大，鑄件的形狀越來越復雜，壁厚越來越薄，傳統(tǒng)的鑄造鈦合金也越來越暴露出其鑄造性能上的弱點，如熔點高、化學性質(zhì)活潑、凝固區(qū)間寬和澆鑄時過熱度低等缺點。

Flower等人研究了馬氏體Ti-Si二元合金和含鋯和鋁的更復雜合金中的硅化物沉淀（Metallurgical?Transactions,1971,Vol.2,No.12,P3289-3297）。在含鋯和鋁的鈦復合材料中，研究的最大硅含量為1.0%。最近，廣西大學湛永鐘等研制出了一種在室溫下具有高強度和在高溫下抗氧化的鈦硅合金，其原料組分及含量按重量百分比為：Ti78.87-88.3，Si7.33-8.2,Al和/或Nb2.8-12.3%。該合金的室溫抗壓強度可達1498-1828MPa，在800-1000℃高溫下合金的氧化增重少，合金表面形成的氧化膜致密可對合金起到很好的保護作用。但是，Nb的密度為8.66g/m3，大量Nb的加入，一方面提高了合金的密度，增加合金熔煉的難度，另一方面，也提高了合金的成本。鈦硅共晶系合金的結(jié)晶范圍窄，流動性好，收縮小，鈦硅共晶合金不僅密度小，而且熔點低，易過熱，能夠很好地滿足大型復雜薄壁鈦合金鑄件的工藝要求。因此被認為是除Fe-C和Al-Si共晶合金之外的第三種鑄造合金。但是，相對于Fe-C和Al-Si合金，關(guān)于Ti-Si合金的研究比較少，特別是在Ti-Si合金高溫強化方面還沒有深入研究，還沒有形成自主研發(fā)的高溫高強Ti-Si成分體系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專利的目的是提供一種在500℃以上具有高強度、耐磨和抗氧化的鑄造高溫Ti-Si合金。為此，我們在三元Ti-Si-Al合金的基礎(chǔ)上，通過添加Mo、Nb、Ta、V和Zr元素使合金獲得良好的高溫強化、高溫抗氧化和高溫耐磨作用，發(fā)展出一種新型輕質(zhì)鑄造合金，滿足汽車、艦船、航空航天和能源等領(lǐng)域的需要。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種鑄造Ti-Si-Al基高溫高強度合金，該合金的各組分的重量百分比:Si4.5-8.5，Al2.5-9.5,Mo、Nb、Ta、V和Zr元素中至少選一種，每種元素0.1-2.5，且Mo、Nb、Ta、V與Zr的總和小于10，Ti余量。

優(yōu)選的，該合金包含重量百分比：Si4.5-7.5，Al2.5-5.5，Mo0.1-1.5，Nb0.1-1.5，V0.1-2.5，Zr0.1-2.5，Ti余量。

優(yōu)選的，該合金包含重量百分比：Si4.5-7.5，Al2.5-5.5，Nb0.1-1.5，V0.1%-2.5，Zr0.1-2.5，Ti余量。

優(yōu)選的，該合金包含重量百分比：Si4.5-7.5，Al2.5-5.5，Mo0.1-1.5，V0.1%-2.5，Zr0.1-2.5，Ti余量。

優(yōu)選的，該合金包含重量百分比：Si4.5-7.5，Al2.5-5.5，Mo0.1-1.5，Nb0.1-1.5，V0.1-2.5，Ti余量。

優(yōu)選的，該合金包含重量百分比：Si4.5-7.5，Al2.5-5.5，Mo0.1-1.5，Nb0.1-1.5，Zr0.1-2.5，Ti余量。

優(yōu)選的，該合金包含重量百分比：Si4.5-7.5，Al2.5-5.5，Mo0.1-1.5，V0.1-2.5，Ti余量。

優(yōu)選的，該合金包含重量百分比：Si4.5-7.5，Al2.5-5.5，Nb0.1-1.5，V0.1-2.5，Ti余量。

優(yōu)選的，該合金包含重量百分比：Si6.5，Al3.2，Mo0.5，Nb0.5,V0.5,Ti余量。

優(yōu)選的，該金包含重量百分比：Si6.5，Al5，Mo0.42，Nb1.32,V0.22,Zr1.32,Ti余量。

下面對這些合金元素的作用和必要性進行簡要分析：