[发明专利]铝、钛和锆的HCP材料及由其制成的产物

说明书

本公开内容涉及包含Al、Ti和Zr的新材料。新材料可紧低于材料的固溶线温度实现六方最密堆积(hcp)固溶体结构的单相场。新材料可包括至少一个沉淀相，并且具有至少1240℃的固溶线温度。新材料可包括29.0‑42.4重量％的Al、41.2‑59.9重量％的Ti和10.3‑24.1重量％的Zr。在一个实施例中，沉淀物选自L1₀相、Al₂Zr相及其组合。新合金可实现改进的高温性质。

背景技术

铝化钛TiAl是金属间化合物。它重量轻且耐氧化和热，然而，它具有延展性低的缺点。γTiAl的密度为约4.0g/cm³。它可用于几种应用包括汽车和飞机中。TiAl基合金的开发始于1970年左右；然而，自2000年左右以来，这些合金仅用于这些应用中。

发明内容

广泛地，本专利申请涉及新的铝-钛-锆材料(“新材料”)，其具有紧低于材料的固溶线温度的六方最密堆积(hcp)固溶体结构的单相场。新材料可包括至少一个沉淀相，并且具有至少1240℃的固溶线温度。固溶线温度是材料在高温下的强度和热稳定性的指示。一般地，固溶线温度越高，在高温下的强度和热稳定性越高。新材料可包括29.0-42.4重量％的Al、41.2-59.9重量％的Ti和10.3-24.1重量％的Zr。在一个实施例中，沉淀物选自L1₀相、Al₂Zr相及其组合。沉淀相可通过固态转化过程形成。在一种具体方法中，新材料可包括32.3-38.5重量％的Al、45.8-54.5重量％的Ti和11.5-21.9重量％的Zr，允许任选的偶存元素和不可避免的杂质。下文详细描述了与新材料有关的其它方面、方法和实施例。

附图说明

图1是bcc、hcp和hcp单位晶胞的示意图。

图2是三元组成图，其以实心圆圈展示本发明合金的非限制性例子。

图3是生产新材料的方法的一个实施例的流程图。

图4是获得具有hcp固溶体结构的锻造产物的方法的一个实施例的流程图，所述固体溶液结构在其中具有一种或多种沉淀物。

具体实施方式

如上所述，本专利申请涉及新的铝-钛-锆材料(“新材料”)，其具有紧低于材料的固溶线温度的六方最密堆积(hcp)固溶体结构的单相场。如本领域技术人员所知，并且如图1所示，六方最密堆积(hcp)晶胞具有三层原子，其中第一层和第三层相同。第一层和第三层包括在六边形晶胞的每个拐角处的原子和在六边形的中心处的原子。中间层包括在晶胞内的三个原子。hcp晶胞的配位数为12，并且含有6个原子/晶胞。

由于本文所述的独特组成，新材料可紧低于材料的固溶线温度实现hcp固溶体结构的单相场。新材料还可具有高液相线温度和窄平衡冷冻范围(例如，用于限制在凝固期间的微观偏析)，使其适合于通过常规铸锭处理以及粉末冶金、成形铸造、增材制造及其组合(混合处理)的生产。新材料可用于高温应用。

新材料一般具有hcp晶体结构，并且包括29.0-42.4重量％的Al、41.2-59.9重量％的Ti和10.3-24.1重量％的Zr(“合金元素”)，其中所述材料包括足够量的Al、Ti和Zr以实现hcp固溶体结构。该材料可由Al、Ti和Zr组成，允许偶存元素和不可避免的杂质。如本文使用的，“偶存元素”包括可用于合金中的晶界改性剂、铸造助剂和/或晶粒结构控制材料，例如碳、硼等等。例如，碳、硼等等中的一种或多种可以足以提供晶界改性的量加入。添加的量应该限制在足以提供晶界改性，而不会例如通过金属间化合物形成不适当地劣化材料性质的量。作为一个非限制性例子，至多0.15重量％的C和至多0.15重量％的B可加入材料中，条件是添加的量不导致材料性质的不适当降解。新材料的各种组成实施例显示于图2中。实心圆是本发明合金的非限制性例子。下表1对应于根据本专利申请有用的合金类型的非限制性例子。

表1