[發(fā)明專利]一種Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510701234.3
• 申請日: 2015-10-26
• 公開（公告）號: CN105200295A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喻吉良;張如;鄭欣;李來平;夏明星;王峰;裴雅
• 申請（專利權(quán)）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C22C27/02
• 分類號: C22C27/02;C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)

高性能飛行器的發(fā)展有賴于先進(jìn)動力系統(tǒng)與之匹配，現(xiàn)代的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)不僅推力大，而且推重比不斷提高，隨著發(fā)動機(jī)推力和效率的提高，發(fā)動機(jī)的進(jìn)口溫度需不斷提高，在發(fā)動機(jī)部件中，熱端關(guān)鍵部件的工作條件最為苛刻，要在1000℃以上高溫和腐蝕環(huán)境中承受高的應(yīng)力，而且還要求使用壽命長，這就要求熱端關(guān)鍵部件材料具有高的抗蠕變性能，良好的抗腐蝕性能，高的高溫持久強(qiáng)度、斷裂韌性和疲勞性能等。目前在航空航天動力系統(tǒng)中應(yīng)用的鎳基和鈷基高溫合金材料已經(jīng)達(dá)到了其最高使用溫度極限，即工作溫度已達(dá)到或超過其熔點(diǎn)的80％。未來的航空動力系統(tǒng)要求其熱端關(guān)鍵部件在1100℃以上的高溫和復(fù)雜負(fù)荷條件下長期使用，因此傳統(tǒng)的鎳基和鈷基高溫合金已不能滿足下一代高性能的先進(jìn)動力系統(tǒng)的需求。Nb-Si系合金材料與現(xiàn)階段航空航天動力系統(tǒng)關(guān)鍵部件材料相比有許多優(yōu)異的性能：密度低、彈性模量大、高溫強(qiáng)度高等，因此，許多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開展了具有更高承溫能力的新型超高溫Nb-Si系合金材料的研究，然而，Nb-Si系合金材料較差的室溫塑韌性限制了其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料，該Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料在室溫條件下的抗拉強(qiáng)度為460MPa～517MPa、延伸率為1％～4.5％、斷裂韌性為18MPa·m^1/2～29MPa·m^1/2，在1300℃條件下的抗拉強(qiáng)度為267MPa～425MPa，該Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料的室溫塑韌性、室溫力學(xué)性能和高溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到良好平衡。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：Si6％～20％，Ti16％～30％，Ta5％～15％，B2％～8％，余量為Nb和不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：Si8％～13％，Ti18％～22％，Ta8％～12％，B3％～7％，余量為Nb和不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：Si10％，Ti20％，Ta10％，B5％，余量為Nb和不可避免的雜質(zhì)。

另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、將硅粉、鈦粉、鉭粉、硼粉和鈮粉混合均勻后壓制成電極，然后將所述電極置于真空自耗電弧熔煉爐中，在真空度小于1×10^-4Pa的條件下電弧熔煉3～6次，得到Nb-Si-Ti-Ta-B合金鑄錠；所述電弧熔煉的熔煉電流為5kA～7kA，熔煉電壓為20V～40V；

步驟二、將步驟一中所述Nb-Si-Ti-Ta-B合金鑄錠在擠壓溫度為1200℃～1600℃，擠壓比為6～12的條件下進(jìn)行擠壓，得到Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料。

上述的方法，其特征在于，步驟一中所述硅粉的質(zhì)量純度不小于99.99％，所述鈦粉的質(zhì)量純度不小于99.99％，所述鉭粉的質(zhì)量純度不小于99.9％，所述硼粉的質(zhì)量純度不小于99.9％，所述鈮粉的質(zhì)量純度不小于99.99％。

上述的方法，其特征在于，步驟二中所述擠壓溫度為1300℃～1500℃，擠壓比為7～11。

上述的方法，其特征在于，所述擠壓溫度為1400℃，擠壓比為9。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料在室溫條件下的抗拉強(qiáng)度為460MPa～517MPa、延伸率為1％～4.5％、斷裂韌性為18MPa·m^1/2～29MPa·m^1/2，在1300℃條件下的抗拉強(qiáng)度為267MPa～425MPa，該Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料的室溫塑韌性、室溫力學(xué)性能和高溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到良好平衡。