CN104561657A - 一种钛铝合金材料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钛铝合金材料及其制备工艺，其特征在于，按照重量百分比含量含有：Al7-7.5％，Cr0.1-0.25％，Mn0.5-0.8％，Nb1.2-1.4％，Mo0.15-0.3％，W5-6％，Bi0.75-0.9％，Dy0.05-0.08％，Gd0.05-0.15％，Er0.3-0.45％，Ce3-4％，Zr2-2.5％，Sn3-3.5％，其余为Ti；该钛铝合金材料，无氮氧杂质，具有抗蚀性好、强度高、低温性能好、导热弹性小等优点，适合用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。

Description

一种钛铝合金材料及其制备工艺

技术领域

 本发明涉及一种钛铝合金材料及其制备工艺。

背景技术

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域，世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用，20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。

钛合金是以钛为基础加入应用了钛合金的产品其他元素组成的合金，钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛，合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等，其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果，稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种，前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等，对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等，氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质，氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降，通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2%和0.04～0.05%以下，氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆，通常钛合金中氢含量控制在 0.015%以下。

钛合金在加工时容易混入氧和氮等杂质，影响了钛合金使用的功能和品质。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无氮氧杂质，具有抗蚀性好、强度高、低温性能好、导热弹性小等优点，适合用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件的钛铝合金材料及其制备工艺。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

 一种钛铝合金材料及其制备工艺，按照重量百分比含量含有：Al7-7.5％，Cr0.1-0.25％，Mn0.5-0.8％，Nb1.2-1.4％，Mo0.15-0.3％，W5-6％，Bi0.75-0.9％，Dy0.05-0.08％，Gd0.05-0.15％，Er0.3-0.45％，Ce3-4％，Zr2-2.5％，Sn3-3.5％，其余为Ti。

进一步的，按照重量百分比含量含有：Al7.2％，Cr0.18％，Mn0.65％，Nb1.3％，Mo0.22％，W5.5％，Bi0.83％，Dy0.07％，Gd0.1％，Er0.38％，Ce3.5％，Zr2.25％，Sn3.25％，其余为Ti。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种钛铝合金材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：包括以下步骤：

1)按照重量百分比含量提取Al7-7.5％，Cr0.1-0.25％，Mn0.5-0.8％，Nb1.2-1.4％，Mo0.15-0.3％，W5-6％，Bi0.75-0.9％，其中W为金属粉末，其余材料为金属锭，将原料投入到依次投入熔炼炉中，保持熔炼炉中的温度为2300℃-2500℃，对金属进行精炼，精炼时间为10-12分钟，精炼完成后进行3次电磁搅拌，静置5分钟后出去熔炉表层的杂质，备用；

2）按照重量百分比含量提取Dy0.05-0.08％，Gd0.05-0.15％，Er0.3-0.45％，Ce3-4％，Zr2-2.5％，Sn3-3.5％与Ti一同放入真空电弧熔炉中，保持真空电弧熔炉中密封，在真空度为3pa-10pa，温度为1260℃下加热4小时，备用；

3）将步骤1）得到的合金与步骤2)得到的合金在真空电弧熔炉中混合，在真空度为3-10pa，温度为1800℃-1900℃下加热10分钟，保温静置1-2分钟，将温度降到700℃，浇铸到制模具中，得到钛铝合金毛坯件，将毛坯钛铝合金在1200℃下电淬火10分钟，600℃固溶处理12小时，制得钛铝合金细坯件，备用；

4)将步骤3）所得细坯件经过轧机轧制成10mm厚钛铝合金板，在1000吨锻造机锻造5分钟，退火1小时，退火温度为500℃-550℃，再次轧制成4-6mm板材，将板材在1200℃下电淬火10分钟后，在300℃-350℃下回火。

该技术方案采用真空电弧熔进行加热，使得钛铝合金内无氮氧杂质，具有抗蚀性好、强度高、低温性能好、导热弹性小等优点，适合用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。

本发明的有益效果是：该钛铝合金材料在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力，但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差，钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，纯钛的密度才接近普通钢的密度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度，因此钛合金的比强度远大于其他金属结构材料，在加工过程中经过锻造、淬火使得钛铝合金材料的强度更高，使得钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。

具体实施方式

实施例1：

 一种钛铝合金材料及其制备工艺，按照重量百分比含量含有：Al7％，Cr0.1％，Mn0.5％，Nb1.2％，Mo0.15％，W5％，Bi0.75％，Dy0.05％，Gd0.05％，Er0.45％，Ce4％，Zr2.5％，Sn3.5％，其余为Ti。

一种钛铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照重量百分比含量提取Al7％，Cr0.1％，Mn0.5％，Nb1.2％，Mo0.15％，W5％，Bi0.75％，其中W为金属粉末，其余材料为金属锭，将原料投入到依次投入熔炼炉中，保持熔炼炉中的温度为2300℃-2500℃，对金属进行精炼，精炼时间为10-12分钟，精炼完成后进行3次电磁搅拌，静置5分钟后出去熔炉表层的杂质，备用；

2）按照重量百分比含量提取Dy0.05％，Gd0.05％，Er0.45％，Ce4％，Zr2.5％，Sn3.5％与Ti一同放入真空电弧熔炉中，保持真空电弧熔炉中密封，在真空度为3pa-10pa，温度为1260℃下加热4小时，备用；

3）将步骤1）得到的合金与步骤2)得到的合金在真空电弧熔炉中混合，在真空度为3-10pa，温度为1800℃-1900℃下加热10分钟，保温静置1-2分钟，将温度降到700℃，浇铸到制模具中，得到钛铝合金毛坯件，将毛坯钛铝合金在1200℃下电淬火10分钟，600℃固溶处理12小时，制得钛铝合金细坯件，备用；

4)将步骤3）所得细坯件经过轧机轧制成10mm厚钛铝合金板，在1000吨锻造机锻造5分钟，退火1小时，退火温度为500℃-550℃，再次轧制成4-6mm板材，将板材在1200℃下电淬火10分钟后，在300℃-350℃下回火。

实施例2：

一种钛铝合金材料及其制备工艺，按照重量百分比含量含有：Al7.2％，Cr0.18％，Mn0.65％，Nb1.3％，Mo0.22％，W5.5％，Bi0.83％，Dy0.07％，Gd0.1％，Er0.38％，Ce3.5％，Zr2.25％，Sn3.25％，其余为Ti。

一种钛铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照重量百分比含量提取l7.2％，Cr0.18％，Mn0.65％，Nb1.3％，Mo0.22％，W5.5％，Bi0.83％，其中W为金属粉末，其余材料为金属锭，将原料投入到依次投入熔炼炉中，保持熔炼炉中的温度为2300℃-2500℃，对金属进行精炼，精炼时间为10-12分钟，精炼完成后进行3次电磁搅拌，静置5分钟后出去熔炉表层的杂质，备用；

2）按照重量百分比含量提取Dy0.07％，Gd0.1％，Er0.38％，Ce3.5％，Zr2.25％，Sn3.25％与Ti一同放入真空电弧熔炉中，保持真空电弧熔炉中密封，在真空度为3pa-10pa，温度为1260℃下加热4小时，备用；

3）将步骤1）得到的合金与步骤2)得到的合金在真空电弧熔炉中混合，在真空度为3-10pa，温度为1800℃-1900℃下加热10分钟，保温静置1-2分钟，将温度降到700℃，浇铸到制模具中，得到钛铝合金毛坯件，将毛坯钛铝合金在1200℃下电淬火10分钟，600℃固溶处理12小时，制得钛铝合金细坯件，备用；

4)将步骤3）所得细坯件经过轧机轧制成10mm厚钛铝合金板，在1000吨锻造机锻造5分钟，退火1小时，退火温度为500℃-550℃，再次轧制成4-6mm板材，将板材在1200℃下电淬火10分钟后，在300℃-350℃下回火。

实施例3：

一种钛铝合金材料及其制备工艺，按照重量百分比含量含有：Al7.5％，Cr0.25％，Mn0.8％，Nb1.4％，Mo0.3％，W6％，Bi0.9％，Dy0.08％，Gd0.15％，Er0.45％，Ce4％，Zr2.5％，Sn3.5％，其余为Ti。

一种钛铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照重量百分比含量提取Al7.5％，Cr0.25％，Mn0.8％，Nb1.4％，Mo0.3％，W6％，Bi0.9％，其中W为金属粉末，其余材料为金属锭，将原料投入到依次投入熔炼炉中，保持熔炼炉中的温度为2300℃-2500℃，对金属进行精炼，精炼时间为10-12分钟，精炼完成后进行3次电磁搅拌，静置5分钟后出去熔炉表层的杂质，备用；

2）按照重量百分比含量提取Dy0.08％，Gd0.15％，Er0.45％，Ce4％，Zr2.5％，Sn3.5％与Ti一同放入真空电弧熔炉中，保持真空电弧熔炉中密封，在真空度为3pa-10pa，温度为1260℃下加热4小时，备用；

3）将步骤1）得到的合金与步骤2)得到的合金在真空电弧熔炉中混合，在真空度为3-10pa，温度为1800℃-1900℃下加热10分钟，保温静置1-2分钟，将温度降到700℃，浇铸到制模具中，得到钛铝合金毛坯件，将毛坯钛铝合金在1200℃下电淬火10分钟，600℃固溶处理12小时，制得钛铝合金细坯件，备用；

4)将步骤3）所得细坯件经过轧机轧制成10mm厚钛铝合金板，在1000吨锻造机锻造5分钟，退火1小时，退火温度为500℃-550℃，再次轧制成4-6mm板材，将板材在1200℃下电淬火10分钟后，在300℃-350℃下回火。

实施例1-3得到的合金的性能列于下表

实施例	抗拉强度	-20℃抗拉强度	导热弹性模量
				1	300MPa	260MPa	50MPa
2	320MPa	280MPa	60MPa
				3	310MPa	270MPa	55MPa

本发明的有益效果是：该钛铝合金材料在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力，但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差，钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，纯钛的密度才接近普通钢的密度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度，因此钛合金的比强度远大于其他金属结构材料，在加工过程中经过锻造、淬火使得钛铝合金材料的强度更高，使得钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新保护范围为准。

Claims (3)

1.一种钛铝合金材料及其制备工艺，其特征在于，按照重量百分比含量含有：Al7-7.5％，Cr0.1-0.25％，Mn0.5-0.8％，Nb1.2-1.4％，Mo0.15-0.3％，W5-6％，Bi0.75-0.9％，Dy0.05-0.08％，Gd0.05-0.15％，Er0.3-0.45％，Ce3-4％，Zr2-2.5％，Sn3-3.5％，其余为Ti。

2.如权利要求1所述的钛铝合金材料及其制备工艺，其特征在于，按照重量百分比含量含有：Al7.2％，Cr0.18％，Mn0.65％，Nb1.3％，Mo0.22％，W5.5％，Bi0.83％，Dy0.07％，Gd0.1％，Er0.38％，Ce3.5％，Zr2.25％，Sn3.25％，其余为Ti。

3.一种钛铝合金材料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1)按照重量百分比含量提取Al7-7.5％，Cr0.1-0.25％，Mn0.5-0.8％，Nb1.2-1.4％，Mo0.15-0.3％，W5-6％，Bi0.75-0.9％，其中W为金属粉末，其余材料为金属锭，将原料投入到依次投入熔炼炉中，保持熔炼炉中的温度为2300℃-2500℃，对金属进行精炼，精炼时间为10-12分钟，精炼完成后进行3次电磁搅拌，静置5分钟后出去熔炉表层的杂质，备用；

2）按照重量百分比含量提取Dy0.05-0.08％，Gd0.05-0.15％，Er0.3-0.45％，Ce3-4％，Zr2-2.5％，Sn3-3.5％与Ti一同放入真空电弧熔炉中，保持真空电弧熔炉中密封，在真空度为3pa-10pa，温度为1260℃下加热4小时，备用；

3）将步骤1）得到的合金与步骤2)得到的合金在真空电弧熔炉中混合，在真空度为3-10pa，温度为1800℃-1900℃下加热10分钟，保温静置1-2分钟，将温度降到700℃，浇铸到制模具中，得到钛铝合金毛坯件，将毛坯钛铝合金在1200℃下电淬火10分钟，600℃固溶处理12小时，制得钛铝合金细坯件，备用；

    4)将步骤3）所得细坯件经过轧机轧制成10mm厚钛铝合金板，在1000吨锻造机锻造5分钟，退火1小时，退火温度为500℃-550℃，再次轧制成4-6mm板材，将板材在1200℃下电淬火10分钟后，在300℃-350℃下回火。