[發明專利]造高鈮鈦鋁基合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201410422029.9
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104152745A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 李海昭;張熹雯;朱春雷;胡海濤;李勝;王新英;張繼
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;付久春

技術領域

本發明涉及鈦鋁合金制備領域，特別是涉及一種鑄造高鈮鈦鋁基合金及其制備方法。

背景技術

隨著航空、航天、車輛、艦船發動機性能的提高，要求發展更高比強度、高比模量和更高使用溫度的新型高溫結構材料。γ-TiAl基合金具有低密度、較高彈性模量以及良好的高溫強度、抗蠕變和抗氧化等優點，是頗具應用潛力的金屬間化合物結構材料。

目前鋼鐵研究總院所研究的Ti-(46.0～48.0)Al-(1.5～3.5)V-(0.5～1.5)Cr鑄造合金，具有優異的室溫拉伸塑性和強度組合，其中，室溫拉伸塑性大于2.5％，同時，在650～750℃范圍內具有較好的高溫強度和蠕變抗力。然而，該合金高溫強度和抗氧化性尚不能滿足750℃以上溫度的使用要求。

發明內容

基于上述現有技術所存在的問題，本發明提供一種高溫強度和抗氧化性能滿足850℃以上溫度使用要求的鑄造高鈮鈦鋁基合金及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種鑄造高鈮鈦鋁基合金，該合金按原子百分比的化學成分包括：Ti：38～49at％、Al：47～49at％、V：1.5～3.0at％、Cr：0.5～1.5at％、Nb：2～9at％，其余為雜質元素。

本發明的有益效果為：在該合金的化學成分中，由于包含2～9at％的高熔點元素Nb，并加入47～49.0at％的Al，形成了鈮含量與鋁含量均較高的高鈮高鋁的鈦鋁基合金，有效提高了合金的高溫強度、蠕變強度和抗氧化性，該合金使用溫度滿足了850℃～900℃高溫環境使用的要求。

同時，該高鈮高鋁TiAl合金具有良好的鑄造性能，適合于制備薄壁鑄件，尤其適合鑄造高溫下應用的輕型結構件，如航空發動機低壓渦輪葉片和汽車增壓器渦輪葉片這類承受沿葉片長度方向載荷作用的部件，能顯著提高發動機的使用性能，具有廣闊的市場前景。

具體實施方式

下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。

本發明提供的是一種在850℃以上高溫下保持較高強度水平的鑄造鈦鋁基合金,該合金按原子百分比的化學成分包括：Ti：38～49at％、Al：47～49at％、V：1.5～3.0at％、Cr：0.5～1.5at％、Nb：2～9at％，其余為雜質元素。

該合金為由γ相、α₂相和少量B2相組成的γ-TiAl合金，該合金的宏觀組織結構為柱狀晶組織結構，柱狀晶結構的尺寸為150～300μm；該合金的微觀組織結構為有取向層片組織，由定向層片組織和少量晶間等軸γ相和少量B2相組成，層片間距為0.1～0.6μm。

根據多孿晶合成晶體(PST)力學性能研究發現，外加載荷與板條邊界平行時具有較好的室溫和高溫性能。具有該組織的部件特別適用于發動機葉片等部件，因其在服役時主要承受離心力，其受力方向與葉片長度方向平行，形成層片取向平行于表面的組織將有利于提高其使用性能和可靠性。

進一步的，上述合金的化學成分中按原子百分比計，還包括：C：0.1～0.5at％和/或Si：0.1～1at％。

上述合金的化學成分中按原子百分比計優選為：Ti：39～47at％、Al：48～49at％、V：1.5～3.0at％、Cr：0.5～1.5at％、Nb：4～8at％，其余為雜質元素。

還包括的化學成分用量優選為：C：0.1～0.3at％和/或Si：0.2～0.7at％。

該合金由于具有特定的柱狀晶組織結構的宏觀組織結構和有取向層片組織的微觀組織結構，通過添加高熔點元素Nb，可有效降低合金的層錯能，提高了普通位錯的臨界分切應力，同時可提高合金合金的擴散系數，從而使合金具有良好的高溫強度和抗氧化性能。但Nb含量并不是越高越好，當Nb含量超過9at％時，由于合金中β/B2相顯著增多，反而對合金力學性能不利。通過使合金中保持較高Al含量，有利于提高合金氧化層中Al₂O₃的比例，有利于提高合金高溫下的抗氧化性。