[发明专利]一种高温钛铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高温钛铝合金，按原子百分比计包括如下组分：40～46％的Al，4～8％的Nb，1～3％的Mo，1～4％的Cr，余量为Ti。钛铝合金的高温强度和塑性得到显著提高。还公开了上述高温钛铝合金的制备方法，其包括如下步骤：S1，按照上述的元素组分原子百分比称取海绵钛、铝块、铬粉、铝铌中间合金和铝钼中间合金；S2，将海绵钛平均分为两份，先将其中一份加入到熔炼炉的坩埚中，再将铬粉、铝铌中间合金和铝钼中间合金混合均匀，平铺在坩埚内的海绵钛上面，再加入另一份海绵钛，将铝块放置于位于上方的海绵钛上；S3，在熔炼炉真空度为7mbar及以下的条件下，加热至坩埚内的混合材料完全熔化，保温20～25min，浇铸得到具有优异高温使用性能的钛铝合金。

技术领域

本发明涉及合金材料，具体涉及高温钛铝合金及其制备方法。

背景技术

TiAl合金具有较高的比强度、优异的抗蠕变性能及高温抗氧化性能，同时其密度较低， 可以实现工程构件的大规模减重，在航空航天、军工等领域具有巨大的应用潜力。美国GE 公司采用TiAl合金制备了波音787大型客机的增压涡轮发动机低压叶片，促使发动机重量 大幅度减少；日本三菱重工集团通过添加高含量的Mn、V等元素稳定了热加工过程，研发 出力学性能优异的TiAl-Mn-V系合金。

工程化TiAl合金具有四种典型的显微组织：近γ组织(Near gamma，NG)、双态组织(Duplex，DP)、近层片组织(Nearly lamellar，NL)、全片层组织(Fully lamellar，FL)， 其力学性能与显微组织密切相关，通过合金化、热处理、热机械处理等可以调控片层组织 比例、片层间距、晶粒尺寸、晶界特征等组织特征来达到使用性能优化的目的。

TiAl合金的使用温度及其高温强度和塑性已经不能够满足新一代航空飞行器对材料高 温力学性能的迫切要求，因此，钛铝合金的发展重点逐步转变为对高温使用性能改善的研 究。研究表明，β凝固能够避免TiAl合金的凝固路径经过包晶反应区域，从而使TiAl合金 获得均匀的组织及优异的力学性能。另外，凝固组织中树枝晶界会析出一定含量的β/β₀相， 高温下A2结构的无序β相可开动大量滑移系，以供位错及孪晶运动，促进合金热加工过 程中的塑性变形。为获得适量β/β₀相，TiAl合金成分需满足以下条件：1、无明显铸造织构； 2、凝固路径必须为L→L+β→β→…而不是易产生偏析的L→L+β→α→…；3为避免在热加 工或热处理过程中产生晶粒长大无法控制的现象，α+γ→α反应应该被避免。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温钛铝合金及其制备方法，其能够提高钛铝合金的高温强 度和塑性。

本发明所述的高温钛铝合金，按原子百分比计包括如下组分：40～46％的Al，4～8％ 的Nb，1～3％的Mo，1～4％的Cr，余量为Ti。

进一步，按原子百分比计包括如下组分：43％的Al，6％的Nb，1％的Mo，1％的Cr，余量为Ti。

一种高温钛铝合金的制备方法，其包括如下步骤：

S1，称料，按照上述的元素组分原子百分比称取海绵钛、体积≤6cm³的铝块、铬粉、铝铌中间合金和铝钼中间合金；

S2，布料，将海绵钛平均分为两份，先将其中一份加入到熔炼炉的坩埚中，再将铬粉、 铝铌中间合金和铝钼中间合金混合均匀，平铺在坩埚内的海绵钛上面，再加入另一份海绵 钛，将铝块放置于位于上方的海绵钛上；

S3，熔炼，在熔炼炉真空度为7mbar及以下的条件下，熔炼炉以速度为10～25kW/min 加载功率至260～300kW，加热至坩埚内的混合材料完全熔化，在熔化温度下保温20～25min， 浇铸得到强韧化钛铝基复合材料。

进一步，所述S3中的熔化温度为1540～1680℃。