[發明專利]一種高性能近α高溫鈦合金及其粉末冶金制備方法

有效

• 申請號: 202011102497.X
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112322933B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 武曉剛;張德良;張博文;張有鋆
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/05;B22F3/02;B22F3/10;B22F3/20;B22F3/24
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

1.一種高性能近α高溫鈦合金，其特征在于，包括的成分及各個成分的質量百分比為：Al：5.0~7.5％，Sn：1.0~3.5％，Zr：3.0~5.5％，Mo：1~3.5％，Si：0.05~1.5％，O≤0.36%，余量為Ti；

所述的高性能近α高溫鈦合金，其室溫下屈服強度≥1080MPa，抗拉強度≥1212MPa，延伸率≥14％，在600℃下屈服強度≥600MPa，抗拉強度≥715MPa，延伸率≥26％；

所述的高性能近α高溫鈦合金，其微觀組織為細小α片層和不連續β/β轉變組織構成的新型魏氏組織，其中，不連續β/β轉變組織分布在α片層中，不連續β/β轉變組織包括β相和β轉變組織，并且在β轉變組織內析出了納米針狀α相；其中，α片層組織的體積分數為75.5-79.8%，余量為不連續β/β轉變組織；α片層組織的厚度為0.4-2.5μm，納米針狀α相的寬度為20-45nm；

所述的高性能近α高溫鈦合金，采用以下制備方法制得，具體包括以下步驟：

步驟1：備料

根據制備的高性能近α高溫鈦合金的成分，準備原料；各個成分的原料的粒徑為100~300目；其中，Ti的原料為TiH₂粉；

步驟2：混合粉末

在保護氣氛下，將各個原料充分混合，得到混合物料；

步驟3：壓制成坯

將混合物料填充在模具中，震動緊實后，在200-900MPa的壓力下保壓60~900s進行冷壓壓制成坯，得到粉末壓坯；

步驟4：燒結和熱擠壓

在無氧環境下，將粉末壓坯以50~200℃/min的加熱速率加熱至1000~1100℃，隨后以10~100℃/min的加熱速率加熱至1150~1350℃并保溫2~10min，得到燒結后的燒結坯料；

將溫度為1150~1350℃的燒結坯料置于溫度為200~450℃的擠壓筒中并進行熱擠壓，得到高致密度的高溫鈦合金擠壓坯；

步驟5：熱處理

(1)將高溫鈦合金擠壓坯進行真空脫氫熱處理，隨爐冷卻，得到完全脫氫后的坯件；其中，真空脫氫熱處理工藝為：在真空度≤5×10^-3Pa，600~800℃保溫4~14h；

(2)將完全脫氫后的坯件進行退火熱處理，退火熱處理工藝為：900~980℃保溫0.5~5h空冷，得到高性能近α高溫鈦合金。

2.根據權利要求1所述的高性能近α高溫鈦合金，其特征在于，所述的高性能近α高溫鈦合金，包括的成分及各個成分的質量百分比為：Al：5.5~7.0％，Sn：1.5~3.0％，Zr：3.5~5.0％，Mo：1.5~3.0％，Si：0.1~1.0％，O≤0.36%，余量為Ti。

3.權利要求1或2所述的高性能近α高溫鈦合金的粉末冶金制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：備料

根據制備的高性能近α高溫鈦合金的成分，準備原料；各個成分的原料的粒徑為100~300目；其中，Ti的原料為TiH₂粉；

步驟2：混合粉末

在保護氣氛下，將各個原料充分混合，得到混合物料；

步驟3：壓制成坯

將混合物料填充在模具中，震動緊實后，在200-900MPa的壓力下保壓60~900s進行冷壓壓制成坯，得到粉末壓坯；

步驟4：燒結和熱擠壓

在無氧環境下，將粉末壓坯以50~200℃/min的加熱速率加熱至1000~1100℃，隨后以10~100℃/min的加熱速率加熱至1150~1350℃并保溫2~10min，得到燒結后的燒結坯料；

將溫度為1150~1350℃的燒結坯料置于溫度為200~450℃的擠壓筒中并進行熱擠壓，得到高致密度的高溫鈦合金擠壓坯；

步驟5：熱處理

(1)將高溫鈦合金擠壓坯進行真空脫氫熱處理，隨爐冷卻，得到完全脫氫后的坯件；其中，真空脫氫熱處理工藝為：在真空度≤5×10^-3Pa，600~800℃保溫4~14h；

(2)將完全脫氫后的坯件進行退火熱處理，退火熱處理工藝為：900~980℃保溫0.5~5h空冷，得到高性能近α高溫鈦合金。