[發明專利]一種具有良好增材制造成形性能的高溫600℃用高強韌鈦合金

有效

• 申請號: 202110283879.5
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113046595B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 朱智浩;董闖;劉田雨;王清
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;B33Y70/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤;梅洪玉

一種具有良好增材制造成形性能的高溫600℃用高強韌鈦合金，屬于金屬增材制造技術領域。該鈦合金各成分及質量百分比為Al：6.2～7.5，V：1.2～4.5，Mo：1.2～4.5，Nb：0.5～2.0，Zr：3.2～9.6，Mn≤0.02，C≤0.02，Ni≤0.01，Si≤0.20，Sn≤0.20，Cr≤0.04，O≤0.02，P≤0.01，S≤0.01，N≤0.006，Ti：余量；且Al/(V+Mo+Nb+Zr)的質量百分數比例為5:4.2～13。本發明通過合金成分設計實現了細化α相提高強度，優化β相含量提高塑性，增強熔體熱穩定性，使得該合金600℃高溫強韌性得到最大提升，可用于增材制造成形。

技術領域

本發明涉及一種具有良好增材制造成形性能的高溫600℃用高強韌鈦合金，屬于金屬增材制造技術領域。

背景技術

激光增材制造輕質金屬材料是航空工業的關鍵材料，由于航空零件外形復雜多變、材料性能要求高、且加工難度高，采用大型化的整體結構成為設計亟需，但相關激光加工的合金成分體系極其匱乏。此外，航空工業金屬結構件承受高溫交變載荷，需要具備良好的高溫強韌性。目前最常用的工業高溫鈦合金有Ti60、IMI834、Ti1100等，具有耐高溫、強度高、抗蠕變性能好等優點、但還存在高溫強韌性低、損傷容限能力差、增材制造成形性能差等不足，適于傳統鑄造和鍛造技術等生產，但并不適于先進激光增材制技術生產。

在CN112322936A的發明中，北京航空航天大學提出了一種抗氧化高溫鈦合金及其制備方法。該方法主要是通過高熔點W元素和Si元素提高材料的高溫強度和抗氧化性，但添加高熔點W元素在激光增材中容易偏析，導致組織不均勻，降低材料強度，Si元素容易形成大塊脆性硅化物且其分布難以調控，降低材料韌性和高溫損傷容限能力，適于傳統鑄造生產，但并不適于先進激光增材制技術生產。

在CN110484774A的發明中，西北有色金屬研究院提出了一種耐650℃高溫鈦合金。該方法主要是通過Si元素、C元素、高熔點W元素和稀土Y元素提高材料的高溫強度，但添加Si元素、C元素容易形成大塊脆性硅化物和碳化物，降低韌性和高溫損傷容限能力，高熔點W元素和稀土Y元素在激光增材中容易偏析，導致組織不均勻，降低材料強度，適于傳統鑄造和鍛造生產，但并不適于先進激光增材制技術生產。

針對以上問題，Ti-6Al-4V工業鈦合金因具有良好的激光增材制造成形性能、耐腐蝕性和延展性等性能特點，是當前增材制造領域的主體材料，但是其承溫能力低、抗疲勞性差。通過引入描述化學近程序結構的團簇加連接原子模型解析了Ti-6Al-4V合金的成分結構根源，找到鈦合金近程序結構單元及應成分式，以此為增材制造專用高強韌耐高溫鈦合金材料的開發提供成分設計依據。

發明內容

本發明是要解決現有的高溫鈦合金材料高溫強韌性低、增材制造成形性能差的技術問題，而設計開發了一種具有良好增材制造成形性能的高溫600℃用高強韌鈦合金。

本發明采用的技術方案是：

一種具有良好增材制造成形性能的高溫600℃用高強韌鈦合金，所述的鈦合金成分，包括Ti、Al、V、Mo、Nb、Zr元素，以及Mn、C、Ni、Si、Sn、Cr、O、P、S、N為雜質元素，其合金各成分的質量百分比(wt.％)如下，為Al：6.2wt.％～7.5wt.％，V：1.2wt.％～4.5wt.％，Mo：1.2wt.％～4.5wt.％，Nb：0.5wt.％～2.0wt.％，Zr：3.2wt.％～9.6wt.％，Mn≤0.02wt.％，C≤0.02wt.％，Ni≤0.01wt.％，Si≤0.20wt.％，Sn≤0.20wt.％，Cr≤0.04wt.％，O≤0.02wt.％，P≤0.01wt.％，S≤0.01wt.％，N≤0.006wt.％，其余為Ti；且Al/(V+Mo+Nb+Zr)的質量之比為5:4.2～13。

所述的鈦合金600℃高溫強韌性提高，有利于提高損傷容限能力；所述的主要合金化元素為用于細化α相提高強度、優化β相含量提高塑性、改善承溫能力、增強熔體熱穩定性和增材制造成形性的Al、V、Mo、Nb、Zr元素。