[發明專利]一種鈦鋁基多晶耐熱鈦合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201911102977.3
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN112831708B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 賀永東;孫郅程
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/03;C22F1/02
• 代理公司: 中國有色金屬工業專利中心 11028
• 代理人: 劉佳音

本發明公開一種鈦鋁基多晶耐熱合金及其制備方法。本發明通過多元合金化改善合金性能；通過微合金化改變合金組織演變路徑；通過添加硼、碳細化合金鑄錠組織；通過固溶、沉淀強化提高強度、抗蠕變性能，改善耐高溫氧化和環境脆化性能；通過熱加工、熱處理和快速冷卻相變強化合金；通過γ（TiAl）的層片狀組織提高高溫強度、斷裂韌性和抗蠕變性能，達到提高使用溫度和高溫使用壽命的目的。

技術領域

本發明涉及鈦及鈦合金加工，屬于有色金屬材料加工與合金化技術領域，尤其涉及一種鈦鋁基多晶耐熱合金及其制備方法。

背景技術

鈦合金因具有質量輕、比強度高、耐熱等優異的性能，廣泛應用于航空、航天、潛艇、艦船、高速導彈殼體以及汽車發動機領域，用鈦合金替代各類發動機中的鎳基高溫合金，可以實現減重50%，大幅度減輕結構重量，增加有效載重量和航程，提高能量效率。隨著航空航天、潛艇艦船以及交通運輸業的高速發展，對廣泛應用的耐熱鈦合金提出了更高的要求，現有的鈦基合金，包括中國的Ti600、美國的Ti1100、英國的IMI834、俄羅斯的BT36等合金，極限使用溫度為600℃，長期使用溫度在520℃左右，不能滿足現代發動機對鈦合金耐熱溫度的要求。而現有的鈦鋁基合金存在鑄錠組織粗大，合金成分偏析嚴重，雖經后續熱處理也很難消除上述兩種缺陷。鈦鋁基合金是高溫鈦合金的發展方向，尤其是γ（TiAl）合金具有密度低、熔點高的優點。但是，單相的γ（TiAl）合金室溫塑性很差、脆性大，即使在延伸率為0.5%-1.0%時，就會發生脆性斷裂，很難進行塑性變形。單相的γ（TiAl）合金對熱加工和后續熱處理過程的晶粒長大非常敏感，嚴重影響合金的性能，在700℃左右的高溫下，氧化傾向嚴重，易于因高溫氧化剝落而產生環境脆化。

發明內容

本發明的目的就是針對上述已有技術存在的不足，提供一種鈦鋁基多晶耐熱合金及其制備方法。

上述目的是通過下述方案實現的：本發明介紹了一種鈦鋁基多晶耐熱合金及其制備方法，合金的主要相組成為：α₂（Ti₃Al）+γ（TiAl）+O（Ti₂AlNb），合金中含有Cr、Mo、W有助于形成顆粒狀的β/B₂相，此外，合金中還會含有硼、碳、硅的化合物高熔點相。在合金中，γ（TiAl）具有熔點高、密度低、良好的結構穩定性、優良的抗氧化、良好的耐蝕性和阻燃性能，是提高和保證合金性能的主要相組成，γ（TiAl）占合金相組成的80%以上。O（Ti₂AlNb）具有高的室溫塑性，良好的可成型性，在700℃的高溫下具有良好的熱穩定性和抗蠕變性能，且具有高損傷容限、熱膨脹系數小的優點，比γ（TiAl）能更好地滿足噴氣發動機高溫結構的要求,通過在合金中添加Nb使脆性的α₂（Ti₃Al）轉化為熱加工性能得到改善的O（Ti₂AlNb）。α₂（Ti₃Al）在室溫時是一種脆性材料，在超過550℃的高溫會產生環境誘發的脆化效應，對合金的性能有害。但α₂（Ti₃Al）中間隙元素的溶解度較高，能吸走γ（TiAl）中的雜質，改善γ（TiAl）的加工性能，工程中控制α₂（Ti₃Al）在10%以下。合金的化學組份可以表示為（以原子的摩爾份數表示，以下同）：

Ti+(44.0-48.0at.%)Al+（5.0-9.0at.%）Nb+(0.2-0.6at.%)Ni +(0.06 -0.12at.%)Y + (1.2 -3.5 at.%)A +(0.2-2.0at.%)M +(1.0-2.5at.%)N + ( 0.2- 0.8 at.%)Q+ 0.18at.% O