[发明专利]一种耐650℃高温钛合金

说明书

本发明公开了一种耐650℃高温钛合金，由以下质量百分含量的成分组成：Al 5.5％～6.5％，Zr和Sn总计5.5％～9.0％且Sn/Zr的质量百分含量比值为0.5～1，Mo、Nb和Ta中的两种以上元素且每种元素均不超过0.8％，W 2％～3％，Si 0.3％～0.4％，Y 0.05％～0.1％，C和O总计0.1％～0.15％且C不低于0.03％，O不超过0.09％，余量为Ti和不可避免的杂质。本发明的钛合金采用多元强化方式，添加高Al的同时添加Zr、Sn合金元素，Nb、Mo、Ta等β稳定元素和W、Y，使钛合金获得了良好的高温强度、塑性的匹配，提高钛合金的综合力学性能。

技术领域

本发明属于钛合金技术领域，具体涉及一种耐650℃高温钛合金。

背景技术

高温钛合金具有密度低、比强度高、耐高温、抗蠕变性能以及抗疲劳性能优异等特点，主要用来制造压气机中的盘、叶片、进气机匣以及飞机结构件。目前以固溶强化为主要强化方式的传统高温钛合金使用温度最高能达到600℃，具有代表性的有英国的IMI834、美国的Ti-1100、俄罗斯的BT36、BT18y和中国的Ti60、Ti600和TG6，合金体系均为Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-C系。

随着新型航空航天飞行器飞行速度的增加，气体热效应造成的飞行器壳体及其发动机部件使用温度瞬时可达650℃，甚至更高。传统高温钛合金要在600℃以上使用，需要克服两个关键的限制因素:高温抗蠕变性能和高温抗氧化性能。600℃高温下，钛合金的高温蠕变抗力和高温抗氧化性急剧下降，这也是目前制约钛合金长期服役温度进一步提升的技术瓶颈。因此，从国际上第一个600℃钛合金IMI834问世到现在的30年时间里，国际上未有成熟600℃以上航空发动机用高温钛合金的报道，但相关研究工作并未停止。日本神户制钢公司在IMI834钛合金基础上，添加1.0％的Ta元素取代Nb，使合金的β转变温度由1030℃提高到1054℃，提高了合金的高温持久、蠕变强度和抗氧化性；GE公司和Gigliotti等采用快速凝固粉末冶金的方法研制的体系为Ti-Al-Sn-Zr-Hf-Nb-Ta-Mo-Er-Si、Ti-Al-Sn-Zr-Nb-Mo-Er-Si高温钛合金与Ti6242S合金相比，650℃抗拉强度和蠕变性能均有明显改善，但缺点是塑性偏低。国内中科院金属所联合北京航空材料研究院、宝钛集团研制的Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-Nb-Ta-W-C合金(Ti65)通过加入0.3％～3.4％的Ta元素虽然提高了合金抗氧化性，但合金650℃下的抗拉强度超过650MPa时延伸率也仅在10％～20％之间。总体上来说，我国600℃以上高温钛合金还处于研究阶段，在国内航空发动机上还没有得到应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种耐650℃高温钛合金。该钛合金采用多元强化方式，添加高Al的同时按比例添加Zr、Sn合金元素，Nb、Mo、Ta等β稳定元素和W、Y，在保证钛合金强度和蠕变抗力的同时避免钛合金产生脆性，提高了钛合金的加工塑性，使钛合金获得了良好的高温强度、塑性的匹配，同时有效协调钛合金的热稳定性能、蠕变性能和疲劳性能，提高钛合金的综合力学性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种耐650℃高温钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Al 5.5％～6.5％，Zr和Sn总计5.5％～9.0％且Sn/Zr的质量百分含量比值为0.5～1，Mo、Nb和Ta中的两种以上元素且每种元素均不超过0.8％，W 2％～3％，Si0.3％～0.4％，Y 0.05％～0.1％，C和O总计0.1％～0.15％且C不低于0.03％，O不超过0.09％，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种耐650℃高温钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Al 5.5％，Sn 3.5％，Zr 5％，Nb 0.5％，Mo 0.5％，W 2.0％，Si 0.4％，Y 0.05％，C和O总计0.15％，余量为Ti和不可避免的杂质。