[发明专利]一种适用于560～650℃的铸造钛合金

说明书

一种适用于560～650℃的铸造钛合金，包括Ti、Al、Sn、Zr、Mo、Nb、Si、Ta和/或C，余量为杂质，是基于Ti‑Al‑Sn‑Zr‑Mo‑Si系基础，严格控制降低铸造性能的Sn元素含量，同时调整各元素的含量，并适当添加少量的Nb、Ta、C元素。本发明铸造性能优良，开裂倾向小，能够在550℃长期使用,600～650℃短时服役，在高温下其蠕变抗力和热稳定性能够满足使用要求的铸造高温钛合金。

技术领域

本发明属于钛合金技术领域，具体涉及到一种560～650℃短时服役的铸造高温钛合金。

背景技术

钛合金由于具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，已经在航空航天领域得到广泛的应用，尤其是作为航空发动机材料。高温钛合金是为提高航空发动机推重比而开发的，包括以固溶强化为主要强化方式的传统高温钛合金和以有序强化为主的Ti-Al系金属间化合物，前者可分为两类：α+β型和近α型。α+β型高温钛合金使用温度最高可达500℃左右，其特点是β稳定元素含量较高，室温下β相含量较多，绝大多数可采用热处理强化。而近α型钛合金中仅含少量β相(体积分数3％～10％)，β稳定元素含量接近其在α相中的固溶度，兼顾了α型钛合金的高蠕变强度和α+β型钛合金的高静强度，使用温度最高可达到600℃。

目前，高温变形钛合金主要应用于飞机发动机鼓筒、高压压气机轮盘和低压涡轮叶片等，高温铸造钛合金已用于导弹的冲压式喷气发动机“颌式”进气道、导弹舱体、陀螺壳体、麻雀导弹的弹翼等。随着使用温度的提高，对钛合金性能的要求更为苛刻，不仅需要良好的疲劳韧性、断裂强度，较强的抗热腐蚀性能，较强的抗氧化性能和较高的强度，而且需要良好的氧化性和组织稳定性以及可靠的使用性能。

目前国内外成熟的高温钛合金主要有美国的Ti-6242S、Ti-1100，英国的IMI829、IMI834，俄罗斯的BT18y和BT36，以及中国的TA12、Ti60等，其使用温度及名义成分如表1所示。

表1各国典型高温钛合金

其中，IMI829、IMI834、BT18y、BT36、Ti60是变形合金，Ti-6242S和Ti-1100是铸造合金，在国外Ti-6242S合金的应用仅次于Ti-64合金，麦道公司在Ma飞行速度战略导弹研制中，将其冲压发动机颌下进气道设计为分段铸模的Ti6242S钛合金铸件。铸造钛合金具有成本低、生产周期短等特点，但是铸造过程中缩松、缩孔等缺陷多，应力大，铸件易变形开裂。

GE公司研制出的一种650℃高温高强抗氧化钛合金，其专利公开号为US4906436，通过添加Hf和Ta等合金元素，能显著提高合金的高温抗拉强度、蠕变强度和抗氧化性。缺点是塑性偏低，没有热稳定性数据，对热稳定性考虑较少。

在公开号为CN104018027的发明创造中，中国科学院金属研究所研发的一种新型耐热钛合金，其合金成分(质量分数)范围为：Al5.4％～6.3％、Sn3.0％～5.0％、Zr2.5～6.4％、Mo≤0.96％、Si0.25％～0.5％、Nb0.2％～0.5％、Ta0.3％～3.4％、W0.2％～1.6％、C≤0.07％、O≤0.17％、Fe≤0.03％，余量为Ti和不可避免的杂质元素。该合金通过不同的热加工和热处理工艺相结合，能够获得拉伸强度与塑性、持久和蠕变强度与热稳定性的不同匹配，用于制作航空发动机叶片、盘件等零件时，在600-650℃可长期使用；用于制作航天飞行器蒙皮等耐高温结构件，在700℃左右短时使用。但是，由于Sn元素含量高，其铸造性能较差，并且由于W等高熔点元素的添加，对合金的后续影响尚不明确。