[发明专利]高温钛合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高温钛合金及其制备方法，具体涉及一种耐650℃以上的高温钛合金及其制备方法，属于钛合金技术领域。本发明的高温钛合金由下述重量百分含量的成分组成：Al：5％～7％，Sn：3％～5％，Zr：5％～9％，Mo：0.2％～0.6％，W：0.5％～1.5％，Nb：0.5％～1％，Si：0.2％～0.34％，余量为Ti和不可避免的杂质。对于合金热稳定性能、蠕变性能和疲劳性能的匹配问题，本发明的高温钛合金的化学成份更加合理，能更好的控制初生相的含量和次生相的尺寸问题。本发明的高温钛合金采用特定的方法制备得到，本申请的高温钛合金的室温和高温的强度、塑性等力学性能优异。

技术领域

本发明涉及一种高温钛合金及其制备方法，具体涉及一种耐650℃以上的高温钛合金及其制备方法，属于钛合金技术领域。

背景技术

高温钛合金由于其比强度高、耐腐蚀、耐高温等良好的综合性能而被用于制造航空发动机中的重要零部件和飞机机体结构件。目前主要的高温钛合金是在Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系近α钛合金基础上研究发展起来的，最高使用温度可达600℃，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650～750℃，甚至更高，为了适应航空航天快速发展的要求，迫切需要开展新型耐650℃以上高温钛合金的研制。

此外，目前国内外对600℃高温钛合金的研究多集中在变形方面，其室温和高温力学性能数据也都是锻造和热处理后的，而在其铸造方面的力学性能尤其是塑性极低，故而这方面研究较少。高温钛合金的锻造及后续热处理工艺复杂，工序多，极大的增加高温钛合金生产成本，因而亟待研发铸造高温钛合金。

对于合金热稳定性能、蠕变性能和疲劳性能的匹配问题，关键是控制初生相的含量和次生相的尺寸问题，存在的主要困难是找到更加合理的高温钛合金成分。

CN107904440A公开了一种具有良好塑性的铸造高温钛合金及其制备方法。该制备方法公开了配料、熔炼、铸造、锻造和热等静压，最终得到高温钛合金材料。然而其需要添加Re铼，成本高，Mo-47.5Re合金市场售价9000元/Kg。外，CN107904440A还需要对合金在980℃采用多向锻造，会大幅度增加材料制造的成本。

CN104018027A公开了一种耐热钛合金及其加工制造方法和应用，包括合金成分、冶炼、热加工和热处理等组成要素。所说合金的成分(重量百分比)为Al：5.4％～6.3％；Sn:3.0％～5.0％；Zr：2.5％～6.4％，Mo：0.0～0.96％，Si：0.25％～0.5％，Nb：0.2％～0.5％，Ta：0.3％～3.4％，W：0.2％～1.6％，C：0.0～0.07％，O≤0.17％，Fe≤0.03％，余量为Ti和不可避免的杂质元素。本发明合金通过不同的热加工和热处理工艺组合，可获得拉伸强度与塑性、持久和蠕变强度与热稳定性的不同匹配，可用于制作先进航空发动机高温部位的叶片、盘件等零件，在600～650℃范围内长时使用；也可用于制作航天飞行器蒙皮等耐高温结构件，在700℃左右短时使用；也可作为汽车及锅炉耐高温耐蚀阀门用材料等。然而其需要添加较大比例的Ta钽(质量百分比为2％)，成本高。此外，其实施例1-21材料的状态均为铸造+两次粗锻+三次精锻+热处理，工序极为复杂，材料成本昂贵。现有技术缺少铸造态或铸造+热等静压态材料性能数据，主要原因是这种状态材料的性能极差或不佳，必须通过热加工和热处理手段加以改善，只有这样才能满足高温钛合金部件的性能要求。CN104018027A的实施例22为铸造+热处理材料，但其室温塑性很差，室温延伸率仅为4％。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种新的高温钛合金。

为解决本发明的第一个技术问题，所述的高温钛合金由下述重量百分含量的成分组成：Al：5％～7％，Sn：3％～5％，Zr：5％～9％，Mo：0.2％～0.6％，W：0.5％～1.5％，Nb：0.5％～1％，Si：0.2％～0.34％，余量为Ti和不可避免的杂质。