[發明專利]一種高溫鈦合金成分設計及多向鍛造工藝

有效

• 申請號: 201710142798.7
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106947887B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 陳子勇;石少輝;柴麗華;李濤;李丹丹;馮宗悅;靳艷芳
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/03;B21J5/02;B21J1/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種新型高溫鈦合金成分設計及多向鍛造工藝，屬于鈦合金技術領域。本發明要解決鈦合金在650℃抗拉強度和延伸率差的問題。由質量分數為Al：6.5～7.5％，Sn：2～3％，Zr：6～9％，Mo：0.2～1％，W：0.5～1.4％，Nb：0.5～1.5％，Si：0.2～0.3％，Er：0.1～0.3％和余量為Ti制成。本發明高溫鈦合金的鍛造工藝為多向模鍛。本發明制造的高溫鈦合金鍛坯在650℃下抗拉強度為615MPa,延伸率為47％。

技術領域

本發明屬于鈦合金技術領域，一種新型高溫鈦合金成分設計及多向鍛造工藝。

技術背景

高溫鈦合金具有密度低、比強度高、耐高溫、抗蠕變性能以及抗疲勞性能優異等特點，被廣泛應用于先進航空航天發動機和火箭推進系統的耐高溫結構材料。目前高溫鈦合金的最高使用溫度為600℃，隨著新型航空航天飛行器飛行速度的增加，氣體熱效應造成的飛行器殼體及其發動機部件使用溫度瞬時可達650～750℃，甚至更高，為了適應航空航天快速發展的要求，迫切需要開展新型耐650℃以上高溫鈦合金的研制。目前高溫鈦合金的使用溫度最高能達到600℃，具有代表性的有英國的IMI834、美國的Ti-1100、俄羅斯的BT36、BT18y 和中國的Ti60、Ti600、TG6等。研制最早、技術最成熟的是1984年由IMI和羅羅公司聯合研制的IMI834，已經在Trent700、EJ200和 PW350等發動機上得到應用。俄羅斯的BT18y是一種比較成熟的高溫鈦合金，推薦使用溫度為550～600℃，國內的600℃高溫鈦合金Ti60、Ti600和TG6等仍處于半工業化實驗階段。由此可知現有的高溫鈦合金使用溫度一般在600℃，隨著溫度上升，高溫拉伸性能會因合金熱穩定性降低而急劇下降。

發明內容

為了解決現有方法制備高溫鈦合金在650℃高溫下抗拉強度低及延伸率差的問題，本發明提出了一種高溫鈦合金的設計及鍛造方法。

一種高溫鈦合金鍛坯按元素質量百分比組成：Al：6.5～7.5％， Sn：2～3％，Zr：6～9％，Mo：0.2～1％，W：0.5～1.4％，Nb：0.5～1.5％， Si：0.2～0.3％，Er：0.1～0.3％和余量為Ti；優選：7％Al、2.5％Sn、 6％Zr、0.5％Mo、1％W、1％Nb、0.25％Si、0.1％Er和余量的Ti。

一種高溫鈦合金鍛坯的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱取各組分原料：按元素質量百分比組成，分別稱取高純鋁錠、高純錫粉、高純海綿鋯、Al-Mo中間合金、Al-Nb中間合金、高純硅、 Al-W中間合金、Al-Er合金、海綿鈦。Al元素由鋁中間合金和高純鋁共同帶入。

(2)熔煉：

將步驟(1)稱取的原材料壓成料坯，放入水冷銅坩堝真空感應熔煉爐進行熔煉，熔煉功率為150～170KW，熔體懸浮時間為60s～90s。為提高成分的準確性和均勻性，鑄錠需反復熔煉三遍，澆鑄后得到鈦合金鑄錠。

(3)多向鍛造：

將步驟(2)得到的合金鑄錠切成amm×amm×bmm大小鍛坯，b/a＝1.5～ 2.5，噴涂防氧化涂料，進行三個垂直方向的多向模鍛(如圖1所示)，將處理好的鑄錠在熱處理爐中在相變點以上20～50℃保溫amin～ bmin后取出放入加熱好的模具(如圖2所示)中進行鍛造，每次鍛造前將模具加熱到鍛造溫度，每次將鍛坯amm×amm朝下放置，放好后放入頂模，在變形速率為0.01～0.03S^-1下將鍛坯再次鍛成橫向的 amm×amm×bmm大小；每次模鍛后將合金加熱到相變點以上20～50℃保溫(a～b)/2min回火處理，依次鍛完三個垂直方向，如圖1所示，鍛后所得鍛件如圖3所示。

本發明的ab沒有特別限制，體現的是保溫時間與邊長的關系。