[发明专利]一种Ti2AlNb基合金

说明书

技术领域

本发明是一种Ti₂AlNb基合金，该合金属于Ti-Al系金属间化合物领域。

背景技术

Ti-Al系金属间化合物具有密度低、比强度高、抗氧化性能好等优点，是650℃以上温度应用的高温结构件的备选材料。对Ti-Al系合金的早期研究主要集中于Ti₃Al基合金和TiAl基这两类材料，通过在Ti₃Al基合金中添加Nb元素，在Ti₃Al基合金中引入B2相，使合金的室温塑性和韧性得到显著改善，以Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo为代表的(α₂+B2)两相Ti₃Al基合金得到了快速发展。1988年，Banerjee等研究者在强、韧化Ti₃Al基合金的研究中发现，随Nb含量的增加，合金中生成一种成分在Ti₂AlNb附近的、具有正交结构的新相，即O相，并且研究发现，以Ti₂AlNb为基的(O+B2)两相合金以及(O+α₂+B2)三相合金比(α₂+B2)两相Ti₃Al基合金具有高的强度、韧性和室温塑性，具有代表性的Ti₂AlNb基合金包括Ti-23Al-24Nb、Ti-22Al-25Nb以及Ti-22Al-27Nb等。

Ti₂AlNb基合金具有良好热加工性能，可制造大型结构件，其密度在5.3～5.7g/cm³之间，使用温度可达到650℃～700℃，是有望替代一些高温合金应用于航空、航天等领域高温结构的重要材料，提高其高温抗氧化性能和蠕变性能一直是这类材料的重要发展方向。

在研究合金元素对Ti₃Al基合金、Ti₂AlNb基合金的抗氧化性能影响时发现，当Nb含量在(10％～13％)范围，Ti-Al-Nb系合金的抗氧化性能最好，当Nb含量进一步增加时，由于高Nb合金高温热暴露后表面的Nb₂O₅氧化膜中有小裂纹和缝隙存在，保护作用下降，合金的抗氧化性能降低。 而Ti₂AlNb基合金的Nb含量通常在18～30％，不在抗氧化性能最好的成分区间，从合金成分设计的角度提高抗氧化性能需要从控制Al/Nb比，添加有利于提高抗氧化性能的其他合金元素等方面采取措施。美国专利(US Pat.4983357)提出了一种具有优良抗氧化性能，良好高温强度的Ti-Al-Nb系合金，该合金含有29～35wt％Al，0.5～20wt％Nb，0.12～1.8wt％Si，0.3～5.5wt％Zr，该合金特点是Al/Nb比远高于Ti₂AlNb基合金，保证了其具有非常优异的高温抗氧化性能，同时添加Si、Zr进一步提高了高温强度。但是这种高Al/Nb比的合金已经跨出了Ti₂AlNb基合金的成分范围，成为以γ相为基的TiAl基金属间化合物材料，而这类材料由于塑性、韧性低而无法制造大型铸锭和大型锻件。

目前对Ti-Al系合金的研究已经从早期的关注室温塑性/韧性，发展到更为关注影响其高温结构应用的高温强度和持久蠕变性能，通过改进热加工、热处理工艺是一个方面，同时进一步优化合金成分也是重要的技术途径，目的是提高Ti₂AlNb基合金的抗氧化性能和高温蠕变性能。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的问题而设计提供了一种Ti₂AlNb基合金，其目的是提高该种合金的抗氧化性能和高温蠕变性能。

本发明技术方案采用Mo、Zr、Hf、Si元素作为进一步的合金化元素，提供了如下的Ti₂AlNb基合金技术方案：

该种Ti₂AlNb基合金，其特征在于：该合金成分的原子百分数为20％～25％Al，20％～24％Nb，0.3％～2％Mo，0.5％～2％Zr，0.01％～0.5％Hf，0～0.5％Si，余量为Ti，其中，Mo、Zr、Hf、Si四种元素的原子百分数之和大于等于1.0％，即：Mo+Zr+Hf+Si≥1.0％。