[发明专利]一种耐热钛合金材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种耐热钛合金材料及其制备方法。

背景技术

在金属材料领域中, 耐热钛合金作为耐热材料一直受到普遍重视。

CN200710042304.4公开了一种复合强化耐热钛合金，属于稀有金属技术领域。该合金中各组分重量百分比含量为：Al 3％－8％；Sn 1％－6％；Zr 1％－6％；Mo 0.5％－2％；Nb 0.5％－1.5％；Si 0.1％－0.8％；La 0.3％－1％；B 0.1％－0.5％；Ti为余量。但该合金的耐热性能还有待进一步加强。

发明内容

本发明的目的是为了增强钛合金材料的耐热性，提供一种耐热钛合金材料，该材料具有良好的性能。

本发明的另一目的是提供该耐热钛合金材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

一种耐热钛合金材料，其特征在于：该材料以钛合金为基体，在基体上分布着由合金钢丝和铁丝形成的金属丝团，合金钢丝和铁丝的直径均为1-2mm；金属丝团的直径为10-15cm，材料中铁丝的总体长度相当于合金钢丝的二倍；两种金属丝占材料的体积百分比为10-35%；

钛合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为2-3%，Cu为4％～6％，Zr为1-3％，Gd 为1％～3％，Si为1％～3.5％，其余为Ti；

合金钢丝的化学成分的重量百分含量：Cr 为17-19%，Ni为8-10%, Mo 为2-3%,Ti为0.6-1.1%,C为0.03-0.07%,P<0.02%,S<0.02%,其余为Fe；

铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.05-0.09，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%,P<0.02%,S<0.025%,其余为Fe。

所述基体中还分布有化合物TiN和TiB颗粒。

一种耐热钛合金材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

合金钢丝及渗氮铁丝和渗硼铁丝的准备：分别取直径为1-2mm、成分重量百分含量：Cr为17-19%，Ni为8-10%, Mo为2-3%, Ti为0.6-1.1%,C为0.03-0.07%,P<0.02%, S <0.02%,其余为Fe的合金钢丝，以及取直径为1-2mm、成分重量百分含量C为0.05-0.09，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，铁丝的总体长度相当于合金钢丝的二倍，控制合金钢丝和铁丝二者共占材料的体积百分比为10-35%；按常规方法在一半铁丝表面渗氮制备渗氮铁丝，另一半铁丝表面渗硼制备渗硼铁丝；渗氮层和渗硼层的厚度都为200-300微米；合金钢丝和得到的渗氮铁丝和渗硼铁丝三者总体长度相当；

按清洁球生产的常规方法将上述合金钢丝及渗氮铁丝和渗硼铁丝各取一根丝形成球状的混合三丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由合金钢丝与铁丝共占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；控制铁丝占材料的体积百分比为10-35%；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待铁水浇注；

钛合金基体的准备：按重量百分含量Al为2-3%， Cu 为4％～6％，Zr 为1-3％，Gd 为1％～3％，Si 为1％～35％，其余为Ti进行配料；将钛合金基体在感应电炉中熔化制得钛合金液，熔化温度为1680-1720℃；

将上述钛合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型，钛合金液将合金钢丝及渗氮铁丝和渗硼铁丝包围，然后冷却凝固，得到以钛合金为基体的其中分布有金属丝团的耐热材料。

本发明相比现有技术的有益效果如下：

（1）本发明材料中的合金钢丝及铁丝自身具有相当的强度和较高的耐热性能。在浇注中高温液态钛将部分合金钢丝及铁丝熔融，合金钢丝中的Ni、Cr及铁丝及镀层中的Fe 、N、B、进入液态钛中，与钛形成TiN、TiB、TiCr₂、TiFe₂等特殊化合物，弥散增强钛合金；未熔的合金钢丝及铁丝与钛合金冶金结合，对钛合金起到增强增韧的作用，同时具有耐热增强作用，特别是TiN和 TiB的作用最大。Cu 和Si在钛中形成Ti₃Si和CuTi₂。也对钛合金起到增强增韧和耐热的作用。