[发明专利]一种钛铝基多晶耐热钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种钛铝基多晶耐热合金及其制备方法。本发明通过多元合金化改善合金性能；通过微合金化改变合金组织演变路径；通过添加硼、碳细化合金铸锭组织；通过固溶、沉淀强化提高强度、抗蠕变性能，改善耐高温氧化和环境脆化性能；通过热加工、热处理和快速冷却相变强化合金；通过γ（TiAl）的层片状组织提高高温强度、断裂韧性和抗蠕变性能，达到提高使用温度和高温使用寿命的目的。

技术领域

本发明涉及钛及钛合金加工，属于有色金属材料加工与合金化技术领域，尤其涉及一种钛铝基多晶耐热合金及其制备方法。

背景技术

钛合金因具有质量轻、比强度高、耐热等优异的性能，广泛应用于航空、航天、潜艇、舰船、高速导弹壳体以及汽车发动机领域，用钛合金替代各类发动机中的镍基高温合金，可以实现减重50%，大幅度减轻结构重量，增加有效载重量和航程，提高能量效率。随着航空航天、潜艇舰船以及交通运输业的高速发展，对广泛应用的耐热钛合金提出了更高的要求，现有的钛基合金，包括中国的Ti600、美国的Ti1100、英国的IMI834、俄罗斯的BT36等合金，极限使用温度为600℃，长期使用温度在520℃左右，不能满足现代发动机对钛合金耐热温度的要求。而现有的钛铝基合金存在铸锭组织粗大，合金成分偏析严重，虽经后续热处理也很难消除上述两种缺陷。钛铝基合金是高温钛合金的发展方向，尤其是γ（TiAl）合金具有密度低、熔点高的优点。但是，单相的γ（TiAl）合金室温塑性很差、脆性大，即使在延伸率为0.5%-1.0%时，就会发生脆性断裂，很难进行塑性变形。单相的γ（TiAl）合金对热加工和后续热处理过程的晶粒长大非常敏感，严重影响合金的性能，在700℃左右的高温下，氧化倾向严重，易于因高温氧化剥落而产生环境脆化。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种钛铝基多晶耐热合金及其制备方法。

上述目的是通过下述方案实现的：本发明介绍了一种钛铝基多晶耐热合金及其制备方法，合金的主要相组成为：α₂（Ti₃Al）+γ（TiAl）+O（Ti₂AlNb），合金中含有Cr、Mo、W有助于形成颗粒状的β/B₂相，此外，合金中还会含有硼、碳、硅的化合物高熔点相。在合金中，γ（TiAl）具有熔点高、密度低、良好的结构稳定性、优良的抗氧化、良好的耐蚀性和阻燃性能，是提高和保证合金性能的主要相组成，γ（TiAl）占合金相组成的80%以上。O（Ti₂AlNb）具有高的室温塑性，良好的可成型性，在700℃的高温下具有良好的热稳定性和抗蠕变性能，且具有高损伤容限、热膨胀系数小的优点，比γ（TiAl）能更好地满足喷气发动机高温结构的要求,通过在合金中添加Nb使脆性的α₂（Ti₃Al）转化为热加工性能得到改善的O（Ti₂AlNb）。α₂（Ti₃Al）在室温时是一种脆性材料，在超过550℃的高温会产生环境诱发的脆化效应，对合金的性能有害。但α₂（Ti₃Al）中间隙元素的溶解度较高，能吸走γ（TiAl）中的杂质，改善γ（TiAl）的加工性能，工程中控制α₂（Ti₃Al）在10%以下。合金的化学组份可以表示为（以原子的摩尔份数表示，以下同）：

Ti+(44.0-48.0at.%)Al+（5.0-9.0at.%）Nb+(0.2-0.6at.%)Ni +(0.06 -0.12at.%)Y + (1.2 -3.5 at.%)A +(0.2-2.0at.%)M +(1.0-2.5at.%)N + ( 0.2- 0.8 at.%)Q+ 0.18at.% O