超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金及其制备方法

技术领域

本申请涉及高温钛合金技术领域，尤其涉及一种超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金及其制备方法。

背景技术

随着航空工业的不断发展，新一代航空航天发动机对材料提出了更高的要求。通过采用高温钛合金代替钢或者高温合金制造航空航天发动机的涡轮叶盘、叶片等发动机部件，可以明显的减轻发动机的重量，提高发动机的工作温度，提高比强度以及推重比，目前Ti-Al基金属间化合物主要有：β凝固成分(TNM)、高Nb成分(TNB)、Ti4822等Ti-Al金属间化合物。TNM作为典型的Ti-Al基金属间化合物代表，使用温度超过700℃，但是传统Ti-Al基金属间化合物，在使用温度较高的同时，其室温塑性以及热加工性能较差，所以在TNM合金成分的基础上，优化成分配比，设计出一种新型的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金，以进一步提高其工作温度以及加工和综合力学性能，一直是Ti-Al基金属间化合物所需要解决的重点问题。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本发明内容为解决上述技术问题以及现有不足，提供了一种超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金，该金属间化合物在TNM钛合金基础上，改变Al元素、Mo元素含量以及比例，提高Nb的含量，β和α

为此，本申请的一方面实施例提出一种超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金，其成分包括Al：28.5％～29.5％，Nb：9％～10％，Mo：2.3％～2.6％，B：0.03％～0.06％，Y：0.03％～0.06％，余量为Ti和不可避免的杂质元素，以质量百分含量计。

在一些实施例中，Mo与Nb的质量百分含量的比值在24％～26％之间。

在一些实施例中，B与Y的质量百分含量的比值为1：1或者0.5：1。

在一些实施例中，超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金在锻态下的室温抗拉强度不低于1000MPa，延伸率不低于15％，在850℃下，抗拉强度不低于700MPa，延伸率不低于20％。

本申请第二方面实施例提出一种上述超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤A，按照成分设计配制原料，均匀混料、压制和真空焊接电极；

步骤B，采用三次真空自耗电弧炉熔炼得到超塑性Ti-Al基金属间化合物铸锭，将铸锭进行表面扒皮以及切去冒口以及底部后得到超塑性Ti-Al基金属间化合物坯料；

步骤C，将超塑性Ti-Al基金属间化合物坯料进行热等静压处理；

步骤D，在液压锻机设备上进行开坯锻造和多火次高温锻造后，得到超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金锻坯。

在一些实施例中，所述步骤A中，采用0A级军工小粒钛、铝豆、铝铌合金、铝钼合金、铝硼合金以及铝钇合金作为原料。

在一些实施例中，所述步骤C中，热等静压处理的温度为1150～1300℃，压力为130MPa～230Mpa。

在一些实施例中，所述步骤D中，开坯锻造温度为1350℃～1450℃。

在一些实施例中，所述步骤D中，多火次高温锻造的温度为1250℃～1350℃。

在一些实施例中，所述步骤D中，开坯锻造和多火次高温锻造均为一镦一拔。

本发明同现有技术相比，有如下特点：

1、该金属间化合物在TNM钛合金基础上，改变Al元素、Mo元素含量以及比例，β和α

2、在锻态下的室温抗拉强度不低于1000MPa，延伸率不低于15％，在850℃下，抗拉强度不低于700MPa，延伸率不低于20％。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例。所描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面描述本申请实施例的一种超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金及其制备方法。

本申请的一方面实施例提出一种超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金，由以下质量百分比的成份组成：Al：28.5％～29.5％，Nb：9％～10％，Mo：2.3％～2.6％，B：0.03％～0.06％，Y：0.03％～0.06％，其中，Mo与Nb的质量百分含量的比值在24％～26％之间，B与Y的质量百分含量的比值为1：1或者0.5：1，余量为Ti和不可避免的杂质元素。

本发明制得的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金在锻态下的室温抗拉强度不低于1000MPa，延伸率不低于15％，在850℃下，抗拉强度不低于700MPa，延伸率不低于20％。

本申请第二方面实施例提出一种上述超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金的制备方法，为三次真空自耗电弧炉熔炼，所制备出为150Kg级超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金。

具体包括以下步骤：

步骤A，采用0A级军工小粒钛、铝豆、铝铌合金、铝钼合金、铝硼合金以及铝钇合金作为原料，按照成分设计均匀混料、压制和真空焊接电极；

步骤B，采用三次真空自耗电弧炉熔炼得到超塑性Ti-Al基金属间化合物铸锭，将铸锭进行表面扒皮以及切去冒口以及底部后得到超塑性Ti-Al基金属间化合物坯料；

步骤C，将超塑性Ti-Al基金属间化合物坯料进行热等静压处理，热等静压处理的温度为1150～1300℃，压力为130MPa～230Mpa。

步骤D，在液压锻机设备上进行开坯锻造和多火次高温锻造后，得到超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金锻坯。开坯锻造温度为1350℃～1450℃，多火次高温锻造的温度为1250℃～1350℃，开坯锻造和多火次高温锻造均为一镦一拔。

下面结合实施例1-6详细描述本发明。

实施例1

本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金由以下的质量百分比的成分组成：Al：28.5％，Nb：9％，Mo：2.3％，B：0.03％，Y：0.03％，余量为Ti和不可避免的杂质元素。

本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金的制备方法为三次真空自耗电弧炉熔炼，制备出150Kg级超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金。具体过程为：根据需要选取0A级军工小粒钛、铝豆、铝铌合金、铝钼合金、铝硼合金以及铝钇合金作为原料，按照成分设计均匀混料、压制和真空焊接电极，然后采用三次真空自耗电弧炉熔炼得到超塑性Ti-Al基金属间化合物铸锭，将铸锭进行表面扒皮以及切去冒口以及底部后得到超塑性Ti-Al基金属间化合物坯料，随后将坯料进行热等静压处理，温度为1150～1300℃，压力为130MPa～230MPa，随后将坯料在液压锻机设备上进行开坯锻造和多火次高温锻造后，得到横截面积为方形、截面面积为80mm的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金锻棒。其中开坯锻造温度为1350℃～1450℃，多火次高温锻造的温度为1250℃～1350℃，开坯锻造和多火次高温锻造均为一镦一拔。

经检测，本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金在锻态下的室温抗拉强度为1090MPa，延伸率为16％，在850℃下，抗拉强度为760MPa，延伸率为26％。

实施例2

本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金由以下的质量百分比的成分组成：Al：29.5％，Nb：9％，Mo：2.3％，B：0.03％，Y：0.03％，余量为Ti和不可避免的杂质元素。

本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金的制备方法为三次真空自耗电弧炉熔炼，制备出150Kg级超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金。具体过程为：根据需要选取0A级军工小粒钛、铝豆、铝铌合金、铝钼合金、铝硼合金以及铝钇合金作为原料，按照成分设计均匀混料、压制和真空焊接电极，然后采用三次真空自耗电弧炉熔炼得到超塑性Ti-Al基金属间化合物铸锭，将铸锭进行表面扒皮以及切去冒口以及底部后得到超塑性Ti-Al基金属间化合物坯料，随后将坯料进行热等静压处理，温度为1150～1300℃，压力为130MPa～230MPa，随后将坯料在液压锻机设备上进行开坯锻造和多火次高温锻造后，得到横截面积为方形、截面面积为80mm的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金锻棒。其中开坯锻造温度为1350℃～1450℃，多火次高温锻造的温度为1250℃～1350℃，开坯锻造和多火次高温锻造均为一镦一拔。

经检测，本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金在锻态下的室温抗拉强度为1100MPa，延伸率为18％，在850℃下，抗拉强度为790MPa，延伸率为24％。

实施例3

本实施例的一种超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金，由以下的质量百分比的成分组成：Al：28.5％，Nb：10％，Mo：2.3％，B：0.03％，Y：0.03％，余量为Ti和不可避免的杂质元素。

本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金的制备方法为三次真空自耗电弧炉熔炼，制备出150Kg级超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金。具体过程为：根据需要选取0A级军工小粒钛、铝豆、铝铌合金、铝钼合金、铝硼合金以及铝钇合金作为原料，按照成分设计均匀混料、压制和真空焊接电极，然后采用三次真空自耗电弧炉熔炼得到超塑性Ti-Al基金属间化合物铸锭，将铸锭进行表面扒皮以及切去冒口以及底部后得到超塑性Ti-Al基金属间化合物坯料，随后将坯料进行热等静压处理，温度为1150～1300℃，压力为130MPa～230MPa，随后将坯料在液压锻机设备上进行开坯锻造和多火次高温锻造后，得到横截面积为方形、截面面积为80mm的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金锻棒。其中开坯锻造温度为1350℃～1450℃，多火次高温锻造的温度为1250℃～1350℃，开坯锻造和多火次高温锻造均为一镦一拔。

经检测，本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金在锻态下的室温抗拉强度为1080MPa，延伸率为19％，在850℃下，抗拉强度为770MPa，延伸率为23％。

实施例4

本实施例的一种超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金，由以下的质量百分比的成分组成：Al：29.5％，Nb：10％，Mo：2.6％，B：0.03％，Y：0.06％，余量为Ti和不可避免的杂质元素。

本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金的制备方法为三次真空自耗电弧炉熔炼，制备出150Kg级超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金。具体过程为：根据需要选取0A级军工小粒钛、铝豆、铝铌合金、铝钼合金、铝硼合金以及铝钇合金作为原料，按照成分设计均匀混料、压制和真空焊接电极，然后采用三次真空自耗电弧炉熔炼得到超塑性Ti-Al基金属间化合物铸锭，将铸锭进行表面扒皮以及切去冒口以及底部后得到超塑性Ti-Al基金属间化合物坯料，随后将坯料进行热等静压处理，温度为1150～1300℃，压力为130MPa～230MPa，随后将坯料在液压锻机设备上进行开坯锻造和多火次高温锻造后，得到横截面积为方形、截面面积为80mm的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金锻棒。其中开坯锻造温度为1350℃～1450℃，多火次高温锻造的温度为1250℃～1350℃，开坯锻造和多火次高温锻造均为一镦一拔。

经检测，本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金在锻态下的室温抗拉强度为1090MPa，延伸率为15％，在850℃下，抗拉强度为750MPa，延伸率为26％。

实施例5

本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金由以下的质量百分比的成分组成：Al：28.5％，Nb：9％，Mo：2.3％，B：0.03％，Y：0.06％，余量为Ti和不可避免的杂质元素。

本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金的制备方法为三次真空自耗电弧炉熔炼，制备出150Kg级超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金。具体过程为：根据需要选取0A级军工小粒钛、铝豆、铝铌合金、铝钼合金、铝硼合金以及铝钇合金作为原料，按照成分设计均匀混料、压制和真空焊接电极，然后采用三次真空自耗电弧炉熔炼得到超塑性Ti-Al基金属间化合物铸锭，将铸锭进行表面扒皮以及切去冒口以及底部后得到超塑性Ti-Al基金属间化合物坯料，随后将坯料进行热等静压处理，温度为1150～1300℃，压力为130MPa～230MPa，随后将坯料在液压锻机设备上进行开坯锻造和多火次高温锻造后，得到横截面积为方形、截面面积为80mm的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金锻棒。其中开坯锻造温度为1350℃～1450℃，多火次高温锻造的温度为1250℃～1350℃，开坯锻造和多火次高温锻造均为一镦一拔。

经检测，本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金在锻态下的室温抗拉强度为1120MPa，延伸率为13％，在850℃下，抗拉强度为780MPa，延伸率为23％。

实施例6

本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金由以下的质量百分比的成分组成：Al：29.5％，Nb：9％，Mo：2.6％，B：0.03％，Y：0.03％，余量为Ti和不可避免的杂质元素。

本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金的制备方法为三次真空自耗电弧炉熔炼，制备出150Kg级超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金。具体过程为：根据需要选取0A级军工小粒钛、铝豆、铝铌合金、铝钼合金、铝硼合金以及铝钇合金作为原料，按照成分设计均匀混料、压制和真空焊接电极，然后采用三次真空自耗电弧炉熔炼得到超塑性Ti-Al基金属间化合物铸锭，将铸锭进行表面扒皮以及切去冒口以及底部后得到超塑性Ti-Al基金属间化合物坯料，随后将坯料进行热等静压处理，温度为1150～1300℃，压力为130MPa～230MPa，随后将坯料在液压锻机设备上进行开坯锻造和多火次高温锻造后，得到横截面积为方形、截面面积为80mm的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金锻棒。其中开坯锻造温度为1350℃～1450℃，多火次高温锻造的温度为1250℃～1350℃，开坯锻造和多火次高温锻造均为一镦一拔。

经检测，本实施例的超塑性Ti-Al基金属间化合物高温钛合金在锻态下的室温抗拉强度为1030MPa，延伸率为19％，在850℃下，抗拉强度为730MPa，延伸率为26％。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。