專利名稱：一種高溫高性能高鈮鈦鋁合金的制作方法
技術領域：
本發明屬提供了于一種高溫高性能高鈮鈦鋁合金，屬于高溫合金技術領域。
背景技術：
TiAl合金已公認是最有發展潛力的金屬間化合物結構材料。現已發展出的TiAl成分范圍大致是，Ti-45/48Al-0/2M-0/5X-0/2Z (M＝Cr、Mn、V，X＝Nb、Ta、W，Z＝Si、B、C、N)，M類合金元素有利于塑性和再結晶，Nb、Ta是主要的固溶強化元素，少量的W和Sn也有類似作用，而Si、B、N、C則析出第二相Ti5Si3、TixAlC等起強化作用，B起細化晶粒作用，但可能增大片間距。目前鑄造合金已經進入實際應用階段，其典型代表是Ti-47/48Al-2Nb-2Cr(GE公司)，Ti-47Al-2W-0.5Si(ABB公司)和Ti-45/47Al-2Nb-2Mn+0.8Vol％TiB2(Howmet)。文獻C.M.Austin and T.J.Kelly，in Proc.of Gamma TitaniumAluminides.ed.Y-W Kim，et al.，TMS，1995，21，提供了一般TiAl合金的制備和性能。文獻Y-W.Kim and D.M.Dimiduk，Structural Intermetallics ed.M.V.Nathal et al.，1997，531.提供了TiAl合金的強化機理。文獻提供了J.D.H.Paul，F.Appel and R.Wagner，Acta Meter.46(1998)，1075，提供了高Nb-TiAl中Nb的強化機制。
據美國NASA在1999年第二屆TiAl合金國際會議報導，已進入應用階段鑄造合金的典型性能見表1表1已進入應用階段鑄造合金的典型性能
目前正在研究發展的變形TiAl合金有Ti-46Al-4Nb-1W，Alloy K5(Ti-46.5Al-2Cr-3Nb-0.2W)等。經鍛造及熱處理后這些合金的室溫屈服強度水平在400-600MPa，延伸率為1-3左右，在500-750℃具有好的高溫強度。K5合金RFL組織的典型性能為σY473MPa，σB557MPa，δ％1.2。經一種特殊的熱機械處理得到的全片層組織(TMPL)，提高了室溫屈服強度σY775MPa。近來K5合金進一步用C、Si、B、O強化，得到K5SC(0.2Si、0.1C)，KDCBS(0.1Si、0.1B、0.2C)，K5S(0.2Si、0.15O)等。
國外研究過一種高強度的粉末TiAl合金，成分同GE合金，把晶粒和片間距搞的很細小(片間距0.1微米以下)，得到1000MPa的強度，但其高溫組織穩定性不足。
高鈮鈦鋁合金的研究90后開始在國內開的國際會議上發表，特別是91年和92年二次在美國國際會議上作了系統的介紹有較大影響。95年第一屆國際鈦鋁金屬間化合物合金會議主席美國Y-M Kim博士在大會報告中指出我們的高鈮TiAl合金是發展高溫高性能TiAl合金研究方向的“首例”，并且提出這是非常值得進行的工作。特邀在99年2月第二屆國際鈦鋁金屬間化合物合金會議做高鈮TiAl合金特邀報告。2001年美國正式立項研究高溫TiAl合金標志著TiAl合金正式分為兩個檔次，普通TiAl合金和高溫TiAl合金，后者的使用溫度可提高50-100℃。
國內有研究發展的TiAl合金，大多基本上與國外普通TiAl合金相似，有的在成分上略有不同，其力學特性也無根本區別，均屬于普通TiAl合金一類。我們研究的高鈮TiAl合金是屬于高溫高性能TiAl合金一類。其成分、強度性能和抗氧化性等特性完全不同于普通TiAl合金，使用溫度提高了60-100℃。我們的這項研究推動了國內外高溫高性能TiAl合金的研究發展。
本發明的目的在于提高普通TiAl合金的使用溫度，即提高普通TiAl合金強度性能和抗氧化性，使高鈮TiAl合金能在840-900℃下使用。
發明內容
本發明的化學成分為Ti-Al-Nb-X，具體成分見表2該合金的組織由γ和α2兩個有序相組成。細晶全片層組織具有最佳綜合性能。在變形合金和鑄造合金中都可以很好得到均勻的細晶全片層(FL)組織，晶粒(片層團大小)100-150μm，片間距0.3-0.4μm。此外，還可以得到近全片層組織(NFL)，雙態組織(DP)，近γ組織(NG)。表2高鈮TiAl合金的化學成分(原子分數，％)
本發明的優點在于高鈮TiAl合金的使用溫可達到840-900℃。
高鈮鈦鋁合金的拉伸性能與典型TiAl合金的對比見表3，其拉伸強度遠高于其他TiAl合金，高鈮TiAl合金具有顯著的比強度優越性。表2高鈮鈦鋁合金的拉伸性能與典型TiAl合金的對比
高鈮TiAl合金具有非常好的抗氧化性。我們早在1992年就在CORROSION雜志上首次指出鈮能顯著提高抗氧化性，并做了900℃-1200℃四個溫度下的成分—抗氧化性圖，指出在Ti-Al-Nb三元系中，具有最佳抗氧化性的合金成分范圍可以描述為Al＝55-64at％，Ti/Nb＝2-5。它們在1100℃和1200℃，100小時的氧化增重分別為1-2mg/cm2和2-3mg/cm2水平。而TiAl在1100℃，100小時的增重就已達到120mg/cm2。
具體實施例方式
1合金成分Ti-46Al-8.5Nb-0.2W-0.15C-0.2B(原子分數)該合金具有優異的高溫性能。表4是高鈮鈦鋁合金蠕變性能與其他TiAl合金的對比。高鈮鈦鋁合金的蠕變速率比K5合金低1～2個數量級，蠕變應力比4822(GE)合金高40-150MPa，使用溫度比GKSS和K5合金高60℃以上。表4高鈮合金與其它先進合金的全片層組織蠕變性能對比
2合金成分Ti-45Al-10Nb(原子分數)。
表5 Ti-45Al-10Nb(原子分數)合金的蠕變性能
該合金具有優異的高溫性能。表5是高鈮鈦鋁合金蠕變性能。
權利要求
1.一種高鈮鈦鋁合金，由Ti、Al、Nb、C、W、Y組成，其特征在于Al含量為45-46％，Nb含量為8-10％，C含量為0-0.2％，W含量為0-0.2％、Y含量為0-0.1％，以上均為原子百分比，余量為Ti；合金的組織由γ和α2兩個有序相組成，在變形合金和鑄造合金中得到均勻的細晶全片層組織，晶粒100-150μm，片間距0.3-0.4μm。
全文摘要
本發明提供了一種高鈮鈦鋁合金,由Ti、Al、Nb、C、W、Y組成,其特征在于:Al含量為45—46%,Nb含量為8—10%,C含量為0—0.2%,W含量為0—0.2%、Y含量為0—0.1%,以上均為原子百分比,余量為Ti;合金的組織由γ和α
文檔編號C22C30/00GK1352318SQ01134629
公開日2002年6月5日 申請日期2001年11月8日 優先權日2001年11月8日
發明者林均品, 王艷麗, 陳國良, 宋西平, 惠希東, 林志, 劉志成 申請人:北京科技大學