[发明专利]一种高强度高延伸率高温钛合金及其制备工艺

说明书

一种高强度高延伸率高温钛合金及其制备工艺，属于钛合金技术领域。由Al：5％‑7％、Sn：3％‑5％、Zr：4％‑6％、Mo：0.3％‑1.0％、Nb：0.5％‑0.8％、Ta：1％‑3％、Si：0.4％‑0.5％、C：0.01％‑0.1％、Er：0.1％‑0.2％和余量的Ti制成。称取的原材料，采用水冷铜坩埚真空感应熔炼炉进行熔炼；锻造：将合金铸锭进行等温单步轴向锻造，将铸锭在电阻炉中于1050℃保温后取出转运到锻造设备上进行热锻造，变形量为76.7％，锻造后空冷至室温。该发明制备的钛合金金的高强度高延伸率。

技术领域

本发明涉及一种合金成分设计及其制备工艺，属于钛合金技术领域。

背景技术

钛及钛合金密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高低温性能好，是继钢铁、铝之后又一重要的结构材料，具有“第三金属”、“太空金属”等称号。尽管钛的工业化生产只有半个多世纪的历史，但目前钛及其合金已在航空、航天、航海、车辆工程、石油化工、冶金、机械、医疗、能源等众多领域获得广泛应用，尤其是航空航天领域。钛合金主要应用于飞机发动机轮盘、低压涡轮叶片、转子、鼓筒等部位，产品类型主要为锻件和板材，鉴于发动机对材料的要求苛刻,要求其具有良好的室温性能、高温强度和断裂韧性等的良好匹配，这就需要我们研制一种刚强度高延伸率的钛合金。

高温钛合金的热强化方式主要包括固溶强化和沉淀析出强化，目前所用的近α型Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金，主要是以α相的固溶强化为主，同时适当利于弥散析出的α2相和硅化物相的沉淀强化作用，并通过合金化来提高β转变温度(Tβ)，从而提高热强性和抗氧化能力，把α相的固溶强化发挥到极致。对于高温钛合金，Tβ是个很重要的参数，提高Tβ有助于改善合金的热强性，但不能无限提高Tβ，在对合金成分进行设计时，还需要综合考虑合金的铝当量[Al]eq和钼当量[Mo]eq，将[Al]eq或[Mo]eq值作为钛合金设计的重要准则。

从国外高温钛合金发展历程可以看到，随着使用温度的升高，合金中添加的元素呈多元化趋势，如20世纪50年代初的Ti-6Al-4V，Ti-5Al-2.5Sn，Ti-8-1-1等合金化元素为2-3种；1984年研制成功的第一个600℃钛合金IMI834合金化元素增加到7种。可见如果缺乏必要的理论指导，采用传统炒菜试错的方法，自主研制高温钛合金会具有盲目性、研制周期长、风险高等缺陷。为此，HU等开展了合金化对钛合金力学性能影响的第一原理计算研究，采用LMTO-ASA超原胞总能方法，通过计算合金原子-空位相互作用能，系统研究元素周期表中第3、4、5周期中大部分元素对近α型钛合金蠕变性能的影响。理论计算结果与实验研究结果高度吻合，如今已证实Fe、Ni对高温钛合金持久和蠕变性能有非常不利的影响。第一原理计算与高温钛合金力学性能间的桥梁，为高温钛合金合金化元素选择以及其作用预测提供了依据。本发明结合第一原理计算设计合金成分。

锻造是钛合金零件生产的重要途径之一，通过锻造不仅可以获得合适的锻件形状，更重要的是可提高合金的机械性能。钛合金铸锭开坯通常从β相转变温度以上100～150℃的β单相区开始，然后逐步降低加热温度，采用自由锻或径向锻造加工成短坯或棒材。改锻一般在α+β两相区或者在β转变温度附件交替进行，采用反复镦拔以破碎粗大的铸态组织，获得等轴组织，随后可根据实际需要采用自由锻或模锻等方式生产半成品或成品，本发明采用α+β锻造工艺。

发明内容

本发明要解决现有方法制备的钛合金抗拉强度及延伸率差的问题，而提供一种高强度高延伸率高温钛合金成及制备工艺。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案。

本发明的一种高强度高延伸率高温钛合金按质量百分比由Al：5％-7％、Sn：3％-5％、Zr：4％-6％、Mo：0.3％-1.0％、Nb：0.5％-0.8％、Ta：1％-3％、Si：0.4％-0.5％、C：0.01％-0.1％、Er：0.1％-0.2％和余量的Ti制成。

上述高强度高延伸率高温钛合金的制备工艺是按以下步骤进行：