CN1024927C - 高塑性钛-铝金属间化合物基合金 - Google Patents
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Abstract
本发明系一种高塑性TiAl金属间化合物基合金。其化学成分(重量%)为：Al30～34%，Cr1～6%，V1～6%，Mg0.001～0.5%，余为Ti。加入的Mg主要偏聚于晶界和相界上，大大提高了晶界和相界的结合强度。本发明不仅具有优异的室温塑性，还具有良好的热加工性能，可进行高温变形，制造所需的零部件。主要适用于制造航空航天用发动机零部件以及汽车发动机要求质轻的零部件。
Description
本发明属于钛合金领域。主要适用于制造航空航天用发动机零部件，特别是涡轮盘、叶片以及滚球;也可用于汽车发动机的增压涡轮盘、排气阀等要求质轻的高温零部件。
TiAl金属间化合物基合金，由于具有优异的高温蠕变比强度和比刚度，以及良好的抗氧化性能，被认为是理想的航空航天用材，近年来，日趋受到广泛重视。但由于此类金属间化合物所固有的极差的室温塑性和高温加工性能，阻碍了它的直接应用。为此，近年来世界各国都在争相研究改善TiAl基合金室温塑性的有效途径，并发明了一些新的TiAl基合金，如日本专利1-255632、平1-259139、平1-312048以及美国专利US4879092、US4842829、US3857268等均研究和提供了TiAl基合金，室温塑性普遍得到了提高。但上述专利或专利申请仅仅着重于改善室温塑性和研究，而忽略了合金的高温加工性能的研究，致使所发明的合金未能得到实际应用。
本发明的目的在于提供一种既有优异的室温塑性，又有良好的高温加工性能的高塑性TiAl金属间化合物基合金。
根据上述目的，本发明在合金成分设计的原理上，同时考虑了合金的室温塑性和高温加工性能的良好匹配，即两者都要提高。一方面是应用Cr和V两元素的合理复合，保证合金具有优异的室温塑性;另一方面采用微量元素Mg的合金化，在不降低室温塑性，甚至有利室温塑性的同时，显著改善合金的高温加工性能。
基于上述依据，本发明所设计的高塑性TiAl金属间化合物基合金的化学成分（重量%）为：Al30～34%，Cr1～6%，V1～6%，Mg0.001～0.5%，余为Ti。
经研究发现，加入的微量元素Mg主要偏聚于晶界及相界上，这就增强了合金在铸态状态下，组织呈片装结构时晶界之间及相界之间的结合强度，使之其室温塑性较现有合金大幅度提高;另一方面，由于晶界、相界结合强度的提高，抑制了高温变形时晶界、相界裂纹的早期萌芽，提高了合金的高温加工性能。图1给出了加Mg的和未加Mg的TiAl金属间化合物基合金的高温加工性能，由图看出，微量Mg能显著改善TiAl金属间化合物基合金的高温加工性能。
本发明合金可采用自耗电炉或特殊冷坩埚感应炉冶炼，浇注成锭后，可采用恒温锻造或挤压等方法进行高温变形，再经热处理获得所需的合金材料;本发明合金经冶炼后，也可直接以铸造合金形式，应用精密铸造方法制造汽车增压涡轮等零部件。
本发明合金的室温塑性可达4.8%，创目前国际上TiAl金属间化合物基合金室温塑性的最高水平;同时，高温加工性能好。可进行高温锻造或挤压。由于高温加工性能的改善，在保证一定变形时的情况下，可使变形温度较大幅度降低和变形速率大幅度升高，大大提高其热加工成形效率;另外，由于变形温度的降低和变形速率的提高，合金在热加加工成形后，可得到细小的动态再结晶组织，为随后力学性能和组织控制提供了充分保证。
与现有技术相比，本发明合金不仅具有优异的室温塑性，而且还具有良好的热加工性能，能在高温下加工成形，制造所需的零部件。
附图说明
附图为本发明合金（Ti-33.8Al-2Cr-4.5V-0.007Mg），与对比合金（Ti-34Al-1.8Cr-4.3V）的热加工成形图。图中，横座标为温度（k），纵座标为应变速率ε（1/S）。曲线1为本发明合金，曲线2为对比合金。每一曲线以下的区域为相应的合金可成功变形80%而不产生裂纹的范围。由图看出，本发明加Mg元素使可加工性区域大大增加。
实施例
根据本发明上述的化学成分，在自耗电弧炉上冶炼了本发明高塑性TiAl金属间化合物基合金3炉，其具体化学成分如表1所述。每炉的熔融合金一部分直接浇注为铸件及试样，另一部分浇注成锭，随后进行恒温锻造和热处理。将铸造状态和热加工状态的试样，进行室温拉伸试验，其结果列入表2。
为了对比，在冶炼时，在同一自耗电弧炉上还冶炼了3炉不加Mg元素的对比合金，试样也分铸造状态和热加工状态两种，同时也进行拉伸试验，其化学成分和拉伸试验结果分别列入表1和表2。
表1 实施例本发明合金与对比合金的化学成分（重量%）
元素 Al Cr V Mn Mg Ti
炉号
1 31.2 1 4.0 0.002 余
本发明 2 33.8 2 4.5 0.007 余
3 33.8 4 1.8 0.1 余
4 34.1 4.6 余
对比合金 5 33.8 3.4 余
6 33.9 3 余
表2 实施例本发明合金与对比合金的室温拉伸性能
性能 铸态状态 热加工热处理状态
σsσ` bδ
σsMPa σbMPa δMPa
炉号 MPa MPa MPa
1 375 403 1.8 440 505 3.2
本发明 2 380 413 1.7 450 535 4.8
3 390 415 1.7 425 498 3.1
4 380 394 0.7 435 490 2.5
对比合金 5 365 385 0.5 420 480 2.1
6 370 392 1.1 440 496 2.8
Claims (1)
1、一种高塑性钛铝金属间化合物基合金，其特征在于化学成分(重量%)为Al30～34%，Cr1～6%，V1～6%，Mg0.001～0.5%，余为Ti。
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| CN 92110539 CN1024927C (zh) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 高塑性钛-铝金属间化合物基合金 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1070951A CN1070951A (zh) | 1993-04-14 |
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| EP3034645A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-22 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Steam turbine rotor, steam turbine including same, and thermal power plant using same |
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1992
- 1992-09-14 CN CN 92110539 patent/CN1024927C/zh not_active Expired - Fee Related
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