[发明专利]一种高温钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高温钛合金及其制备方法，所述钛合金可在600℃的高温下使用。所述钛合金包括：按质量百分比计，5.5~7.0%的Al，4~5.5%的Sn，1~3%的Zr，0.7~1.3%的Mo，0.8~1.2%的Nd，0.1~0.3%的Er，0.2~0.4%的Si和钛合金不可避免的杂质元素不超过0.6%，以及余量的Ti。本发明在控制铝当量和钼当量基础上，通过控制合适含量的Nd、Er、Si等元素，实现氧化物颗粒强化和晶界强化实现高温强化。本发明公开了所述钛合金制备方法，该方法通过增材制造微区冶金实现微纳级氧化颗粒物均匀分布，所述合金在600℃具有良好的高温强度和蠕变性能，可在600℃长期使用。

技术领域

本发明属于新型钛合金及其制备技术领域，涉及一种高温钛合金及其制备方法。

背景技术

钛合金具有低密度、高比强度、高比刚度、耐蚀性优异等突出优点，在航空、航天、船舶等工业中得到广泛应用。其中，高温钛合金可部分替代耐热钢和高温合金，以减轻重量，在航空发动机的关键材料之一，特别适合用作航空发动机的压气机盘叶片和机匣等部件，以减轻发动机重量，提高推重比。高温钛合金主要为近α型钛合金，应具备良好的室温和高温强度，以及优异的高温蠕变性能、热稳定性、疲劳性能。

目前，可长期在600℃使用高温钛合金目前仍然比较少，典型代表有美国Ti-1100、英国IMI834、俄罗斯BT36以及我国的Ti600等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在600℃高温下具有良好综合力学性能，并可在600℃长期使用的钛合金及其制备方法。

本发明提供一种钛合金，按质量百分比计，包括：5.5~7.0%的Al，4~5.5%的Sn，1~3%的Zr，0.7~1.3%的Mo，0.8~1.2%的Nd，0.1~0.3%的Er，0.2~0.4%的Si和钛合金不可避免的杂质元素不超过0.6%，以及余量的Ti。

优选地，所述钛合金包括5.8~6.5%的Al，4.5~5.2%的Sn，1.5~2.8%的Zr，0.8~1.2%的Mo，0.8~1.2%的Nd，0.15~0.25%的Er，0.25~0.35%的Si和钛合金不可避免的杂质元素不超过0.6%，以及余量的Ti。

优选地，所述钛合金组织由氧化颗粒物与片层基体组织组成，氧化颗粒物尺寸在0.2微米~3微米之间。

优选的，所述钛合金600℃条件下，抗拉强度R_m大于750MPa，延伸率大于12.0%；600℃，600MPa应力下，持久寿命超过200h。

本发明提供了上述技术方案所述的钛合金制备方法，包括以下步骤：

（1）熔炼母合金，或熔炼中间合金；

（2）将步骤（1）得到的母合金或中间合金制成粉末或丝材；

（3）采用高能束作为热源，以步骤（2）得到的粉末或丝材为原材料，或者以步骤（2）得到的粉末或丝材以及添加的单质元素粉末或丝材为原材料，通过微区熔凝制备钛合金坯料；

（4）对坯料进行热处理。

优选地，所述步骤（1）中熔炼母合金，或熔炼中间合金采用真空电弧熔炼，熔炼次数2次以上；

优选地，所述步骤（3）采用的高能束为激光，原材料为粉末；

优选地，所述步骤（4）中热处理工艺为退火，进一步优选地，热处理工艺为：600~800℃，保温1~6h，然后空冷；更优选的，热处理工艺为：620~680℃，保温2~4h，然后空冷。