[发明专利]一种Ti‑Al‑Nb系金属间化合物高温结构材料

说明书

技术领域

本发明是一种Ti-Al-Nb系金属间化合物高温结构材料，属于材料技术领域。

背景技术

随着航空发动机性能不断提高，对高温材料的性能提出了更高的要求，即更高的强度、抗氧化性能及更小的密度等。TiAl系金属间化合物具有低密度、较高弹性模量以及良好的高温强度、抗蠕变和抗氧化能力，在航空发动机材料领域具有很大的应用潜力，正在发展成为新一代航空发动机材料，可用于制造压气机、燃气涡轮机叶片、叶盘等各种高温结构件，部分替代镍基高温合金壳，可减重达30～50％。

TiAlNb合金属于一种TiAl金属间化合物，其在γ-TiAl合金的基础上降低Al元素含量，同时提高Nb元素含量，从而提高了合金的塑性及加工性能，具有高比强度、低密度、高的热传导率、高的抗氧化能力及较好的抗蠕变性，使用温度可望达到700℃以上，用于航空、航天、汽车工业耐热构件、特别是形状复杂薄壁的构件的成形，可得到无余量或近无余量的精密复杂构件，大幅度减少金属损耗，提高材料的利用率，减少大量机加工，大幅度降低生产成本。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种Ti-Al-Nb系金属间化合物高温结构材料，其目的是在现有技术基础上，使该材料具有较低的密度，并具有更高的室温塑性及强度，而且具有很好的抗蠕变性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种Ti-Al-Nb系金属间化合物高温结构材料，其特征在于：该金属间化合物的化学成分和重量百分比为：Al 20.0～30.0％，Nb 20.0～30.0％，Mo、V、W、Ta或Zr中的一个或两个组合0.5～1.95％，Si、C中的一个或两个组合0.4～1.0％，余量为Ti。

在上述技术方案的基础上，本发明对化学成分的重量百分比又进行了细化和限定，其内容如下：

该金属间化合物的化学成分和重量百分比为：Al 20.0～30.0％，Nb20.0～30.0％，Mo 0.5～1％，Si 0.5～1.0％，余量为Ti。

该金属间化合物的化学成分和重量百分比为：Al 20.0～30.0％，Nb20.0～30.0％，W 1～1.95％，Si、C中的一个或两个组合0.4～0.8％，余量为Ti。

该金属间化合物的化学成分和重量百分比为：Al 20.0～30.0％，Nb20.0～30.0％，Ta 1～1.95％，Si、C中的一个或两个组合0.4～0.8％，余量为Ti。

该金属间化合物的化学成分和重量百分比为：Al 20.0～30.0％，Nb20.0～30.0％，Mo 0.1～0.5％，Si、C中的一个或两个组合0.4～0.8％，余量为Ti。

本发明技术方案的形成是建立在对该种Ti-Al-Nb系金属间化合物高温结构材料的研究基础之上的，根据研究结果，该种Ti-Al-Nb系金属间化合物高温结构材料的化学成分可以用Ti-Al-Nb-X1-X2表达式来表示，其中，X1是固溶微量合金元素，所述固溶类合金元素包括Mo、V、W、Ta、Zr中的任意一个或两个的组合，X2是析出相微量合金元素，所述X2为Si、C中的一种或两个的组合。研究结果显示，

该种Ti-Al-Nb系金属间化合物高温结构材料熔体在凝固冷却过程中，Mo、V、W、Ta、Zr等合金元素固溶到Ti-Al-Nb基体当中，改变局部晶格尺寸，从而起到固熔强化作用，提高合金强度，Si、C元素的加入在熔体中析出硅化物及碳化物颗粒相，起到析出相强化作用，提高合金高温蠕变性能。通过与不添加其它元素的相近成分Ti-Al-Nb合金相比，在延伸率保持基本相同的前提下，其室温抗拉强度提高50～150MPa，室温屈服强度提高20～120MPa，700℃高温抗拉强度提高30～100MPa，700℃高温蠕变性能提高20％左右。

具体实施方式

以下将结合实施例是对本发明技术方案作进一步地详述：

以下实施例中使用的金属为：颗粒状的海绵钛，0A级，铝为颗粒状的高纯铝豆，高纯铝豆中铝元素的质量百分比达到99.99％，使用的中间合金为：Al-Nb合金，Ti-Nb合金，Al-Mo合金，Al-V合金和AlSi合金，另外还包括锆屑、碳粉、钨粉、钽粉原料。

实施例1

该Ti-Al-Nb系金属间化合物高温结构材料的化学成分和重量百分比为：Al10.84％，Nb42.43％，Mo0.88％，Si0.70％，余量为Ti。