一種新型鈦合金及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型鈦合金及其制備方法和應用，所述新型鈦合金主要由以下各重量百分比的元素組成：鈦元素21.5%~24.5%，鎳元素9%~ 12.5%，鉬元素4.5%~7.5%，鉻元素7%~10.5%，鈷元素4.5%~7%，釤元素7%~10%，鋁元素6.5%~9.5%，鎂元素4%~7.5%，鋰元素7%~9.5%，硅元素0%~1%，釕元素6.5%~9.5%，鐵元素5.5%~8%。本發(fā)明的新型鈦合金成本低，使用溫度高，密度小，機械性能強，是渦扇式汽車發(fā)動機和汽車零部件的最佳用材。
【專利說明】一種新型鈦合金及其制備方法和應用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鈦基合金領(lǐng)域，尤其是一種密度低、整體組織均勻細致、剛性強度大、 抗高溫、抗嚴寒的新型鈦合金及其制備方法和應用。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學技術(shù)的進步，汽車制造業(yè)蓬勃發(fā)展，但全球現(xiàn)有的汽車發(fā)動機結(jié)構(gòu)仍延 用上世紀工藝，不環(huán)保、不節(jié)油。現(xiàn)今各種產(chǎn)品設(shè)計理念都趨向于質(zhì)量輕、重環(huán)保的發(fā)展方 向。渦扇式汽車發(fā)動機具有環(huán)保、節(jié)約、質(zhì)量輕等優(yōu)點。因此，制備渦扇式汽車發(fā)動機的材 料需要做相當程度的考慮，其中以鈦合金的應用最為廣泛。
[0003] 現(xiàn)有的航空、航天、航海以及各精密儀器設(shè)備的鈦合金材料應用技術(shù)都普遍存 在成本過高的問題，極大的限制了它的應用與推廣，世界主要鈦合金生產(chǎn)國都把降低生 產(chǎn)成本作為鈦合金向前發(fā)展的一項重要指標。目前工業(yè)上應用的鈦合金含有V、Mo、Zr 等元素，價格比較昂貴，許多國家都在積極尋找這些元素的替代品，美國和日本在這方面 做了大量的工作。其中，美國的TimCt公司用Fe代替V研發(fā)出TimCt LCB合金(組成 I. 5Ti-6. 8A1-4. 5M〇-3. 3Fe)，以取代成本較高的Ti-1023高強合金。
[0004] 此外，在特高溫例如750°C至1300°C下，鈦合金材料會出現(xiàn)工作性能失控、抗疲勞 失時、抗衰退過早氧化、耐磨性變差，在低溫、強低溫下易變脆，從而使得上述行業(yè)整個工藝 充滿變量，導致合金材料質(zhì)量無法有效提升。
[0005] 我國是工業(yè)大國，近幾年航空航天工業(yè)、汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，但是缺乏新材料引領(lǐng) 工業(yè)化的拳頭產(chǎn)品。為滿足工業(yè)發(fā)展的需求，急需一種低成本、高性能的合金材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種新型鈦合金及其制備方法和應用。該合金具有低成 本、耐沖擊性、耐磨性、抗韌性、抗膨脹性、抗冷脆性、抗高溫性、抗疲勞性等優(yōu)點，且密度低， 整體組織結(jié)構(gòu)均勻。
[0007] 本發(fā)明提供的新型鈦合金，主要由以下各重量百分比的元素組成：鈦元素21. 5% ~ 24. 5%，鎳元素 9% ~ 12. 5%，鑰元素 4. 5% ~ 7. 5%，鉻元素 7% ~ 10. 5%，鈷元素 4. 5% ~ 7%，釤 元素7% ~ 10%，鋁元素6. 5% ~ 9. 5%，鎂元素4% ~ 7. 5%，鋰元素7% ~9. 5%，硅元素0% ~1%， 釕元素6. 5% ~ 9. 5%，鐵元素5. 5% ~ 8%。優(yōu)選地，所述新型鈦合金，主要由以下各重量百分 比的元素組成：鈦元素22. 2% ~ 24. 3%，鎳元素10. 0% ~ 11. 1%，鑰元素5. 1% ~ 6. 8%，鉻元 素 7. 4% ~ 9. 2%，鈷元素 5. 2% ~ 6. 8%，釤元素 7. 3% ~ 9. 1%，鋁元素 7. 9% ~ 9. 4%，鎂元素 4. 9% ~ 6. 1%，鋰元素 7. 4% ~8. 9%，硅元素 0. 2% ~0. 5%，釕元素 7. 8% ~ 9. 1%，鐵元素 6. 2% ~ 7.1%。優(yōu)選地，所述新型鈦合金，主要由以下各重量百分比的元素組成：鈦元素23. 06%， 鎳元素10. 62%,鑰元素6. 1%,鉻元素8. 52%,鈷元素6%,杉元素8. 3%,錯元素8. 31%,鎂元素 5. 62%，鋰元素8. 23%，硅元素0. 31%，釕元素8. 3%，鐵元素6. 63%。
[0008] 所述新型鈦合金的晶相為在鈦合金內(nèi)部析出釤鎂鋰釕相。
[0009] 本發(fā)明提供的制備上述新型鈦合金的方法主要包括以下步驟：步驟一，將含有鈦 鎳鑰鈷鉻硅鐵鋁元素的合金材料按照上述重量百分比置入真空凝殼熔煉爐的坩堝內(nèi)，對該 真空凝殼熔煉爐內(nèi)膽進行抽真空處理；步驟二，在將該真空凝殼熔煉爐的坩堝進行加熱，使 以上合金材料熔融為合金湯；步驟三，把合金湯倒入含有惰性氣體保護并預置釤鎂鋰釕的 熔器中，得到含有鈦鎳鑰鈷鉻硅鐵鋁釤鎂鋰釕的合金湯；步驟四，將含上述12種元素的合 金湯倒入鑄模中冷卻成形，再壓鑄擠壓成形，得到含有鈦鎳鑰鈷鉻硅鐵鋁釤鎂鋰釕的新型 鈦合金；其中，鈦元素與釤鎂鋰釕元素結(jié)合反應，于新型鈦合金內(nèi)部析出釤鎂鋰釕相。優(yōu) 選地，所述步驟三的具體操作為：將該合金湯倒入含有惰性氣體保護并預置釤鎂鋰釕元素 的盛桶中進行自動攪拌，并通過再次熔融得到含有鈦鎳鑰鉻鈷釤鋁鎂鋰硅釕鐵元素的合金 湯。
[0010] 進一步地，在所述步驟四之后還需對新型鈦合金進行熱等靜壓后處理或時效后處 理或先進行熱等靜壓后進行時效后處理；之后再進行回火處理、正火處理。所述熱等靜壓溫 度為900 ~ 920°C，壓力為100 ~ 140MPa，熱等靜壓保壓保溫時長2 ~ 4h;所述時效溫度為 500°C ~ 550°C，時效時長為 6 ~ 10h。
[0011] 本發(fā)明提供的新型鈦合金的應用，主要為用于制備渦扇式汽車發(fā)動機。
[0012] 本發(fā)明的新型鈦合金，密度低，與普通鈦合金材料相比具有更高的彈性，更高的使 用溫度，更優(yōu)異的高溫強度，更高的剛性，更高的蠕變性抗力，更高的抗氧化性及高彈性模 量；其力學性能和加工性能高于Ti-1023高強合金，由于用廉價的鎳硅鐵鋁鎂鋰等等元素 替代昂貴的釩、鈀等元素，大大降低了生產(chǎn)成本，是渦扇式汽車發(fā)動機以及汽車零部件用材 的最佳材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明新型鈦合金的制備方法流程圖。

【具體實施方式】
[0014] 現(xiàn)結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0015] 實施例1 如圖1所示，本發(fā)明的新型鈦合金制備方法可以分為四步。步驟一：將含有鈦鎳鑰鈷 鉻硅鐵鋁元素的合金材料按照重量百分比為鈦元素23. 06%，鎳元素10. 62%，鑰元素6. 1%， 鉻元素8. 52%，鈷元素6%，鋁元素8. 31%，硅元素0. 31%，鐵元素6. 63%放入真空凝殼熔煉爐 的坩堝內(nèi)，對該真空凝殼熔煉爐內(nèi)膽進行抽真空處理；步驟二：對該真空凝殼熔煉爐的坩 堝進行加熱，加熱溫度和時長以能使上述合金材料熔融為合金湯即可；步驟三：接著將含 有鈦鎳鑰鈷鉻硅鐵鋁元素的合金湯倒入含有惰性氣體保護并預置有重量百分比為釤元素 8. 3%、鎂元素5. 62%、鋰元素8. 23%、釕元素8. 3%的盛桶中進行自動攪拌，并通過再次熔融得 到含有鈦鎳鑰鉻鈷釤鋁鎂鋰硅釕鐵元素的合金湯；步驟四，最后將含上述12種元素的合金 湯倒入鑄模中冷卻成形，再壓鑄擠壓成形，即得到含有鈦鎳鑰鈷鉻硅鐵鋁釤鎂鋰釕的新型 鈦合金。其中，鈦元素與釤鎂鋰釕元素結(jié)合反應，于新型鈦合金內(nèi)部析出釤鎂鋰釕相。所制 得的新型鈦合金的性能如表1所示。
[0016] 表1本發(fā)明的新型鈦合金與其它鈦合金的性能對比

【權(quán)利要求】
1. 一種新型鈦合金，其特征在于，所述新型鈦合金主要由以下各重量百分比的元素組 成：鈦元素 21. 5% ~ 24. 5%，鎳元素 9% ~ 12. 5%，鑰元素 4. 5% ~ 7. 5%，鉻元素 7% ~ 10. 5%， 鈷元素4.5% ~ 7%，釤元素7% ~ 10%，鋁元素6.5% ~ 9. 5%，鎂元素4% ~ 7. 5%，鋰元素7% ~9. 5%，硅元素 0% ~1%，釕元素 6. 5% ~ 9. 5%，鐵元素 5. 5% ~ 8%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型鈦合金，其特征在于，所述新型鈦合金主要由以下各 重量百分比的元素組成：鈦元素22. 2% ~ 24. 3%，鎳元素10. 0% ~ 11. 1%，鑰元素5. 1% ~ 6. 8%，鉻元素 7.4% ~ 9. 2%，鈷元素 5.2% ~ 6. 8%，釤元素 7.3% ~ 9.1%，鋁元素 7.9% ~ 9. 4%，鎂元素 4. 9% ~ 6. 1%，鋰元素 7. 4% ~8. 9%，硅元素 0. 2% ~0. 5%，釕元素 7. 8% ~ 9. 1%， 鐵元素 6. 2% ~ 7. 1%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型鈦合金，其特征在于，所述新型鈦合金主要由以下各重 量百分比的元素組成：鈦元素23. 06%，鎳元素10. 62%，鑰元素6. 1%，鉻元素8. 52%，鈷元素 6%，釤元素8. 3%，鋁元素8. 31%，鎂元素5. 62%，鋰元素8. 23%，硅元素0. 31%，釕元素8. 3%，鐵 元素6. 63%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的新型鈦合金，其特征在于：所述新型鈦合金的晶相 為在鈦合金內(nèi)部析出杉鎂鋰釕相。
5. -種新型鈦合金的制備方法，主要包括以下步驟：步驟一，將含有鈦鎳鑰鈷鉻硅鐵 鋁元素的合金材料按照權(quán)利要求1-3任一項所述的新型鈦合金中的鈦鎳鑰鈷鉻硅鐵鋁元 素重量百分比置入真空凝殼熔煉爐的坩堝內(nèi)，對該真空凝殼熔煉爐內(nèi)膽進行抽真空處理； 步驟二，在將該真空凝殼熔煉爐的坩堝進行加熱，使以上合金材料熔融為合金湯；步驟三， 把合金湯倒入含有惰性氣體保護并預置釤鎂鋰釕的熔器中，得到含有鈦鎳鑰鈷鉻硅鐵鋁釤 鎂鋰釕的合金湯，所述釤鎂鋰釕的重百分比為權(quán)利要求1-3任一項所述的新型鈦合金中的 釤鎂鋰釕元素重量百分比；步驟四，將含上述12種元素的合金湯倒入鑄模中冷卻成形，再 壓鑄擠壓成形，得到含有鈦鎳鑰鈷鉻硅鐵鋁釤鎂鋰釕的新型鈦合金。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型鈦合金的制備方法，其特征在于：還包括熱等靜壓后處 理步驟或時效后處理步驟或先進行熱等靜壓再進行時效后處理步驟；所述熱等靜壓溫度為 900 ~ 920°C，壓力為100 ~ 140MPa，熱等靜壓保壓保溫時長2 ~ 4h;所述時效溫度為500°C ~ 550°C，時效時長為6 ~ 10h。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型鈦合金的制備方法，其特征在于：在經(jīng)過熱等靜壓后處 理步驟或時效后處理步驟或先進行熱等靜壓再進行時效后處理步驟之后，再進行回火處 理、正火處理。
8. -種新型鈦合金的應用，其特征在于：將權(quán)利要求1-3任一項所述的新型鈦合金用 于制備制備渦扇式汽車發(fā)動機。
【文檔編號】C22F1/00GK104451337SQ201410807569
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】丁義存 申請人:丁義存