專利名稱：一種高強(qiáng)度耐高溫氧化的鈦硅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種高強(qiáng)度耐高溫氧化的鈦硅合金。
二背景技術(shù)：
Ti-Si共晶系合金熔點(diǎn)低(共晶成分的合金熔點(diǎn)僅為135(TC)、結(jié)晶區(qū)間小、 流動(dòng)性好，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)鑄造鈦合金的熔點(diǎn)高(1680°C)、耗能多、結(jié)晶區(qū)間寬、 鑄件易形成疏松或縮孔的缺陷。作為一種新型鑄造鈦合金，它有著與傳統(tǒng)鈦合 金不同的強(qiáng)化機(jī)制以韌性的a-Ti作為基體，硬脆相為高熔點(diǎn)、低密度的金屬 間化合物TisSi:,。 TisSi3具有復(fù)雜的D88六方結(jié)構(gòu)(MnsSi3型)，其性質(zhì)類似于陶瓷， 可顯著提高合金的強(qiáng)度，尤其是高溫性能。近年來(lái)，隨著工業(yè)技術(shù)對(duì)高溫鈦合 金的需求，世界各國(guó)都在深化研究現(xiàn)有鈦合金的基礎(chǔ)上，不斷提高其抗氧化性 能。合金元素Al是a-Ti穩(wěn)定性元素，對(duì)氧的親和力高，更容易被氧化，可生成 具有保護(hù)性的氧化膜。Nb屬于P同晶元素，在周期表上的位置靠近鈦，具有與 P鈦相同的晶格類型，能與e鈦無(wú)限互溶，而在a鈦中具有有限溶解度。由于 其晶格類型與P鈦相同，它能以置換的方式大量溶入e鈦中，產(chǎn)生較小的晶格 畸變，因此Nb在強(qiáng)化合金的同時(shí)，可保持其較高的塑性，且含Nb的鈦合金不發(fā) 生共析或包析反應(yīng)而生成脆性相，組織穩(wěn)定性好。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度耐高溫氧化的鈦硅合金。采用合金化的方 法，在合金中添加適量的Al和Nb元素，利用元素Al和Nb在基體Ti中的固溶行為，提高了鈦硅合金的抗壓強(qiáng)度和耐高溫氧化性能。
本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的 一種高強(qiáng)度耐高溫氧化的鈦硅合 金，其原料組分及含量按重量百分比(Wt%)為
Ti 78.87-88.3%，
Si 7.33-8.2%，
Al和/或Nb 2.8-12.3%。
所述原料組分及含量按重量百分比(wt%)為
Ti 84.82-88.3%, Si 7.88-8.2%， Al 3.5-7.3%。
所述原料組分及含量按重量百分比(wt%)為
Ti 78.87—84.82%， Si 7.33—7.88%， Al 4.5—5.3%， Nb 2.8—8.5%。
所述原料組分及含量按重量百分比(wt%)為
Ti 80.25-81.44%, Si 7.45-7.56%, Nb 11.0-12.3%。
所述Ti、 Si、 Al和Nb元素純度在99. 9%以上。
該合金利用常規(guī)真空非自耗電弧爐熔鑄成合金錠。 本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于
1、 采用合金化的方法，在合金中添加適量的Al和Nb元素，合金具有良好 的晶粒細(xì)化組織，不引入第三相粒子，提高了鈦硅合金的抗壓強(qiáng)度和耐高溫氧 化性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明合金樣品的抗壓強(qiáng)度可達(dá)1498-1828 Mpa，在800-1000°C 高溫下合金的氧化增重少，合金表面形成的氧化膜致密可對(duì)合金起到很好的保 護(hù)作用。
2、 此合金加工性能良好，不含稀貴金屬，制造成本低，制得性能各異的鈦
硅合金制品可應(yīng)用于生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域。
四

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所述鈦硅合金樣品在800。C氧化200小時(shí)后的氧化 層形貌特征。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例2所述鈦硅合金樣品在90(TC氧化100小時(shí)后的氧化 層形貌特征。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例3所述鈦硅合金樣品在85(TC氧化350小時(shí)后的氧化 層形貌特征。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例4所述鈦硅合金樣品在850'C氧化350小時(shí)后的氧化 層形貌特征。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例5所述鈦硅合金樣品在IOO(TC氧化180小時(shí)后的氧化 層形貌特征。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
原料組分及含量按重量百分比(wt%)為Ti 87.2， Si 7.9， Al 4.9的 用料配比稱取原料，用常規(guī)真空非自耗電弧爐制備得鈦硅合金樣品，利用 Instron8801型材料試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)規(guī)格為5mmX5腿X10mm的此合金樣品進(jìn)行室溫 壓縮性能測(cè)試，其彈性模量、抗壓強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變量分別為35187 MPa、1561 MPa、 10. 82%。將此合金樣品放入高溫箱式電阻爐中進(jìn)行80(TC恒溫循環(huán)氧化試驗(yàn)， 通過(guò)分析氧化增重曲線，在整個(gè)氧化階段，此合金的耐高溫氧化能力明顯增強(qiáng)， 且合金表面生成致密的氧化膜對(duì)合金具有良好保護(hù)作用。圖1是此合金在80CTC 氧化200小時(shí)后的氧化層形貌特征。
實(shí)施例2
原料組分及含量按重量百分比(wt%)為Ti 85.4， Si 7.7， Al 6.9的 用料配比稱取原料，用常規(guī)真空非自耗電弧爐制備得鈦硅合金樣品，利用Instron8801型材料試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)規(guī)格為5mmX 5mmX 10mra的此合金樣品進(jìn)行室溫 壓縮性能測(cè)試，其彈性模量、抗壓強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變量分別為33295 MPa、 1644.5 MPa、 9.86%。將此合金樣品放入高溫箱式電阻爐中進(jìn)行90(TC恒溫循環(huán)氧化試 驗(yàn)，通過(guò)分析氧化增重曲線，在整個(gè)氧化階段，此合金的耐高溫氧化能力明顯 增強(qiáng)，且合金表面生成致密的氧化膜對(duì)合金具有良好保護(hù)作用。圖2是此合金 在90(TC氧化100小時(shí)后的氧化層形貌特征。 實(shí)施例3
原料組分及含量按重量百分比(wt%)為Ti 84.45， Si 7.65， Al 4. 9 ， Nb 3.0的用料配比稱取原料，用常規(guī)真空非自耗電弧爐制備得鈦硅合金樣品， 利用Instron8801型材料試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)規(guī)格為5腿X 5mmX 10腿的此合金樣品進(jìn)行 室溫壓縮性能測(cè)試，其彈性模量、抗壓強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變量分別為32870 MPa、 1498 MPa、 9.77%。將此合金樣品放入高溫箱式電阻爐中進(jìn)行850。C恒溫循環(huán) 氧化試驗(yàn)，通過(guò)分析氧化增重曲線，在整個(gè)氧化階段，此合金的耐高溫氧化能 力明顯增強(qiáng)，且合金表面生成致密的氧化膜對(duì)合金具有良好保護(hù)作用。圖3是 此合金在85CTC氧化350小時(shí)后的氧化層形貌特征。
實(shí)施例4
原料組分及含量按重量百分比(wt%)為Ti 79.86， Si 7.24， Al 4.9 ， Nb 8.0的用料配比稱取原料，用常規(guī)真空非自耗電弧爐制備得鈦硅合金樣品， 利用Instron8801型材料試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)規(guī)格為5mmX5mmX lOram的此合金樣品進(jìn)行 室溫壓縮性能測(cè)試，其彈性模量、抗壓強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變量分別為38830 MPa、 1828 MPa、 8.48%。將此合金樣品放入高溫箱式電阻爐中進(jìn)行85(TC恒溫循環(huán) 氧化試驗(yàn)，通過(guò)分析氧化增重曲線，在整個(gè)氧化階段，此合金的耐高溫氧化能 力明顯增強(qiáng)，且合金表面生成致密的氧化膜對(duì)合金具有良好保護(hù)作用。圖4是此合金在85(TC氧化350小時(shí)后的氧化層形貌特征。 實(shí)施例5
原料組分及含量按重量百分比(wt%)為Ti 81.0， Si 7.4， Nb 11. 6的 用料配比稱取原料，用常規(guī)真空非自耗電弧爐制備得鈦硅合金樣品，利用 Instron8801型材料試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)規(guī)格為5mmX5mmX10mm的此合金樣品進(jìn)行室溫 壓縮性能測(cè)試，其彈性模量、抗壓強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變量分別為35630 MPa、 1528 MPa、 9.35%。將此合金樣品放入高溫箱式電阻爐中進(jìn)行IOO(TC恒溫循環(huán)氧化試驗(yàn)， 通過(guò)分析氧化增重曲線，在整個(gè)氧化階段，此合金的耐高溫氧化能力明顯增強(qiáng)， 且合金表面生成致密的氧化膜對(duì)合金具有良好保護(hù)作用。圖5是此合金在 IOOO'C氧化180小時(shí)后的氧化層形貌特征。
權(quán)利要求
1、一種高強(qiáng)度耐高溫氧化的鈦硅合金，其特征在于，其原料組分及含量按重量百分比(wt％)為Ti 78.87-88.3％，Si 7.33-8.2％，Al和/或Nb 2.8-12.3％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐高溫氧化的鈦硅合金，其特征在于，所 述原料組分及含量按重量百分比(wt%)為.'Ti 84. 82%-88. 3%， Si 7. 88%-8. 2。％， Al 3.5%-7.3%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐高溫氧化的鈦硅合金，其特征在于，所 述原料組分及含量按重量百分比(wt%)為Ti 78. 87%-84. 82%， Si 7. 33%-7. 88%, Al 4.5%-5. 3%， Nb 2.8-8.5%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐高溫氧化的鈦硅合金，其特征在于，所 述原料組分及含量按重量百分比(wt%)為Ti 80. 25%-81. 44%, Si 7.45%-7. 56%， Nb 11.0% 12. 3%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐高溫氧化的鈦硅合金，其特征在于，所 述Ti、 Si、 Al和Nb元素純度在99.9。/。以上。
全文摘要
一種高強(qiáng)度耐高溫氧化的鈦硅合金，其原料組分及含量按重量百分比為Ti 78.87-88.3％，Si 7.33-8.2％，Al和/或Nb 2.8-12.3％。本發(fā)明所述的高強(qiáng)度耐高溫氧化的鈦硅合金，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)1498-1828MPa，在800-1000℃高溫下合金的氧化增重少，合金表面形成的氧化膜致密可對(duì)合金起到很好的保護(hù)作用。并且該合金的加工性能良好，不含稀貴金屬，制造成本低，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C22C14/00GK101497952SQ200910113890
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者贊 孫, 張新疆, 湛永鐘 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)