專(zhuān)利名稱(chēng)：一種1100MPa 級(jí)熱強(qiáng)鈦合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鈦合金制造領(lǐng)域，涉及一種鈦合金，尤其是一種IlOOMI^級(jí)熱強(qiáng)鈦合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鈦合金作為一種輕金屬合金材料，具有高比強(qiáng)度、高比模量、高韌性、耐腐蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)件及其航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)制造，且隨著航空航天器設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高性能鈦合金的需求量也越來(lái)越大，航空航天飛行器中鈦合金的用量已經(jīng)成為衡量其先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一。熱強(qiáng)鈦合金主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，對(duì)室溫及高溫強(qiáng)度有苛刻的要求。目前，我國(guó)大量使用的熱強(qiáng)鈦合金主要為T(mén)Cll鈦合金，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。表1-1、TCll鈦合金零件室溫力學(xué)性能指標(biāo)表1-2、TCll鈦合金零件高溫力學(xué)性能指標(biāo)然而，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)高推比的發(fā)展需求，要求熱強(qiáng)鈦合金的室溫抗拉強(qiáng)度 σ b彡1100MPa、500°C高溫抗拉強(qiáng)度σ b彡780MPa, TCll鈦合金已難以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及制造需求，限制了鈦合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的使用比例，急需發(fā)展新型熱強(qiáng)鈦合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種IlOOMPa級(jí)熱強(qiáng)鈦合金及其制備方法，其是一種能夠滿(mǎn)足航空發(fā)動(dòng)機(jī)500°C高溫環(huán)境條件下使用的IlOOMPa級(jí)熱強(qiáng)
鈦合金。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的這種IlOOMPa級(jí)熱強(qiáng)鈦合金，按照質(zhì)量百分比，包含以下組分
3
Al 5. 8-7. 2% ；Mo 2. 8-3. 8% ；Nb 1. 6-2. 5% ；Zr 1. 6-2. 5% ；Si 0. 20-0. 30% ； 其余為T(mén)i。本發(fā)明提出一種上述IlOOMPa級(jí)熱強(qiáng)鈦合金的制備方法，包括以下步驟1)按照組分含量進(jìn)行混料，使用壓力機(jī)及模具壓制為電極塊；2)采用真空等離子焊、氬氣保護(hù)等離子焊或真空電子束焊，將壓制好的電極塊組焊為長(zhǎng)條狀電極；3)用步驟2)制得的條狀電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行熔煉，獲得一次錠；4)將一次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉獲得二次錠；5)將二次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉，獲得鑄錠；6)將鑄錠冷卻到200°C以下出爐。以上步驟3)中，熔煉電流5 12KA，熔煉電壓控制在沈 45V。步驟4)中，熔煉電流6 15KA，熔煉電壓控制在沈 45V。步驟5)中，熔煉電流6 20KA，熔煉電壓控制在26 45V。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果采用本發(fā)明的鈦合金所制備的鈦合金零件室溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度等性能明顯高于目前使用的TCll熱強(qiáng)鈦合金，同時(shí)采用本發(fā)明的鈦合金零件塑性、沖擊等性能與TCll熱強(qiáng)鈦合金在一個(gè)數(shù)量級(jí)別。并且，在保證性能優(yōu)異的同時(shí)，本發(fā)明的鈦合金制備方法簡(jiǎn)單，容易操作。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的IlOOMPa級(jí)熱強(qiáng)鈦合金按照質(zhì)量百分比，包含以下組分A1 :5. 8-7. 2% ； Mo 2. 8-3. 8% ；Nb :1. 6-2. 5% ；Zr :1. 6-2. 5% ；Si :0. 20-0. 30% ；其余為 Ti。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例1300 公斤級(jí)別 Ti-6. 5A1-3. 5Mo-2Nb-2Zr-0. 25Si 鈦合金制備(1)配料及電極壓制按照名義成分(即6. 5% Al ；3. 5Mo ；2Nb ；2Zr ；0. 25Si ；其余為T(mén)i)，選用一級(jí)小顆粒海綿鈦、Al-Mo中間合金、Ti-Nb中間合金、Ti-Si中間合金、純金屬^ ，混料300Kg，用壓力機(jī)壓制成單塊重量為IOKg的塊狀電極。(2)電極制備采用氬氣保護(hù)等離子焊機(jī)將壓制好的電極塊組焊成長(zhǎng)條狀電極。(3)制備一次錠用上一步制得的電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行熔煉獲得一次錠，熔煉電流5KA，熔煉電壓控制在^V。(4)制備二次錠將一次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉獲得二次錠，熔煉電流7KA，熔煉電壓控制在30V。(5)制備鑄錠將二次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉獲得成品鑄錠， 熔煉電流9KA，熔煉電壓控制在32V。(6)冷卻熔煉完成后鑄錠要求冷卻到200°C以下出爐，避免未冷卻的鑄錠出爐后發(fā)生氧化
等缺陷。(7)用車(chē)床平頭及扒皮后，在鑄錠的頭部及上、中、下分別取塊狀和屑狀試樣進(jìn)行成分分析，化學(xué)成分分析結(jié)果如表4所示(8)按照要求進(jìn)行鍛造、熱處理、機(jī)械加工后最終獲得成品零件的組織見(jiàn)性能見(jiàn)表 5。表4、制備的300公斤Ti-6. 5A1-3. 5Mo-2Nb-2Zr-0. 2Si鈦合金鑄錠化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.一種IlOOMI^級(jí)熱強(qiáng)鈦合金，其特征在于，按照質(zhì)量百分比，包含以下組分Al 5. 8-7. 2% ；Mo 2. 8-3. 8% ；Nb 1. 6-2. 5% ；Zr 1. 6-2. 5% ；Si 0. 20-0. 30% ；其余為T(mén)i。
2.—種權(quán)利要求1所述IlOOMI^級(jí)熱強(qiáng)鈦合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)按照組分含量進(jìn)行混料，使用壓力機(jī)及模具壓制為電極塊；2)采用真空等離子焊、氬氣保護(hù)等離子焊或真空電子束焊，將壓制好的電極塊組焊為長(zhǎng)條狀電極；3)用步驟2)制得的條狀電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行熔煉，獲得一次錠；4)將一次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉獲得二次錠；5)將二次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉，獲得鑄錠；6)將鑄錠冷卻到200°C以下出爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟幻中，熔煉電流5 12KA，熔煉電壓控制在沈 45V。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，熔煉電流6 15KA，熔煉電壓控制在沈 45V。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟幻中，熔煉電流6 20KA，熔煉電壓控制在沈 45V。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種1100MPa級(jí)熱強(qiáng)鈦合金及其制備方法，該合金按照質(zhì)量百分比，包含組分為Al5.8-7.2％；Mo2.8-3.8％；Nb1.6-2.5％；Zr1.6-2.5％；Si0.20-0.30％；其余為T(mén)i。其制備方法包括有配料及電極壓制、電極制備、制備一次錠、制備二次錠、制備鑄錠、冷卻出爐等。采用本發(fā)明的鈦合金所制備的鈦合金零件室溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度等性能明顯高于目前使用的TC11熱強(qiáng)鈦合金，同時(shí)采用本發(fā)明的鈦合金零件塑性、沖擊等性能與TC11熱強(qiáng)鈦合金在一個(gè)數(shù)量級(jí)別。并且，在保證性能優(yōu)異的同時(shí)，本發(fā)明的鈦合金制備方法簡(jiǎn)單，容易操作。
文檔編號(hào)C22C14/00GK102251145SQ20111018566
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者劉娣, 周中波, 常輝, 張利軍, 王幸運(yùn), 田軍強(qiáng), 白鈺, 薛祥義 申請(qǐng)人:西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司