本發(fā)明涉及一種鈦合金，具體涉及一種tc11鈦合金以及該鈦合金的制備方法。

背景技術(shù)：

tc11鈦合金是一種高溫、高強(qiáng)的新型金屬材料，含85％～90％鈦，其余為鋁al、鉬mo、硅si、o等少量雜質(zhì)，它具有比重輕(約4.5g/cm2，鋼鐵為7.8g/cm2)、耐腐蝕、強(qiáng)度高、塑性好、工作溫度可以高達(dá)450℃～500℃(高于一般的鈦合金材料)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)、葉片、導(dǎo)彈等關(guān)鍵零部件。

近幾年，隨著國(guó)防工業(yè)的迅速發(fā)展，tc11憑借其優(yōu)良的綜合性能，被作為鈦合金戰(zhàn)略材料之一，越來(lái)越多地使用在航空航天武器等領(lǐng)域，由于使用環(huán)境的苛刻，對(duì)tc11鈦合金化學(xué)成分均勻性、純凈度、材質(zhì)等方面也提出了更高的要求。

tc11鈦合金基本生產(chǎn)工藝流程如下：(1)鈦電極制備：將合金原材料(鋁al、鉬mo、硅si、鋯zr等單元或多元合金)，以一定的形式、一定的比例與海綿鈦(合金原材料)混合均勻(保證鈦電極的成分均勻)后，按一定的方法壓制成所需的鈦電極形狀。(2)熔煉：鈦合金一般采用真空自耗熔煉(國(guó)外先進(jìn)國(guó)家也有采用電子束或等離子冷床熔煉方法)，若干次真空自耗成φ580或以上的成品錠。(3)成材：成品錠自由鍛造(先在鍛壓機(jī)上進(jìn)行鍛造成大規(guī)格棒材或方坯，供下一步的鍛造或軋制。)后，采用軋制(將大規(guī)格棒材進(jìn)一步軋制成小規(guī)格的棒材，一般指φ100mm以下的成品棒材)或模鍛(將棒材或方坯鍛成模鍛件)的壓力加工方法，生產(chǎn)出tc11鈦合金的成品。

從鍛件和發(fā)動(dòng)機(jī)的缺陷分析中，發(fā)生過(guò)幾起由于mo偏析造成的高密度夾雜(如圖1)，而由于主元素mo、si成分不均勻容易引起tc11性能的波動(dòng)，從而帶來(lái)質(zhì)量隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種可以改善tc11鈦合金成分均勻性的三元中間合金，同時(shí)提供該中間合金的制備方法。此外，還提供了該三元中間合金在制備tc11鈦合金中作為原材料的用途。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種改善tc11鈦合金成分均勻性的三元中間合金，其基本組成為si：5.0～6.0％；mo：55～60％；o≤0.08％；al：34％～40％；和雜質(zhì)；所述三元中間合金的熔點(diǎn)為1400℃～1500℃。

根據(jù)本發(fā)明的改善tc11鈦合金成分均勻性的三元中間合金，優(yōu)選的是，所述三元中間合金的顆粒度≤1mm。

本發(fā)明還提供了上述改善tc11鈦合金成分均勻性的三元中間合金的制備方法，該中間合金以al、moo3按一定配比混合后，先通過(guò)鋁熱反應(yīng)冶煉得到al-mo；然后將al-mo和結(jié)晶si一起通過(guò)真空感應(yīng)爐冶煉，通過(guò)真空感應(yīng)熔煉均勻各元素成分并控制o等氣體雜質(zhì)得到合金鑄錠，經(jīng)精整、破碎、精選工序制成粉末狀三元中間合金。

這種將結(jié)晶si在真空感應(yīng)熔煉階段加入而不是在前面的鋁熱反應(yīng)冶煉加入的順序是本發(fā)明的創(chuàng)新，從而避免了si元素的燒損和揮發(fā)，提高了合金成分的均勻性，減少成分上下波動(dòng)。

根據(jù)本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選的是，所述三元中間合金的顆粒度≤1mm。

本發(fā)明還提供了上述改善tc11鈦合金成分均勻性的三元中間合金在制備tc11鈦合金中作為原材料的用途。該三元中間合金作為原材料用于tc11鈦合金制備中的鈦電極制備步驟。

由于tc11鈦合金中含有較多的合金元素(gb成分見(jiàn)表1)，如果這些元素以金屬單質(zhì)方式加入，因熔點(diǎn)高低不同，熔煉時(shí)電極塊中各原料的融化速率也會(huì)不同，易導(dǎo)致電極掉塊，熔煉電流難以控制，影響熔煉過(guò)程的穩(wěn)定。同時(shí)，由于mo元素的熔點(diǎn)達(dá)到2800℃，也容易產(chǎn)生mo偏析造成的高密度夾雜；而給tc11材料增加熱強(qiáng)性的低熔點(diǎn)元素si成分均勻性不佳；因此確保這mo、si這2個(gè)元素在tc11冶煉鑄錠中的成分均勻性對(duì)后面的高品質(zhì)產(chǎn)品起到至關(guān)重要的作用。

表1gb/t3620tc11鈦合金的化學(xué)成分wt％

本發(fā)明的有益效果：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1、合金化均勻

由于該三元中間合金almosi的熔點(diǎn)大大低于mo金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)(約2800℃)，在tc11鈦合金熔煉過(guò)程中避免了由于金屬單質(zhì)熔點(diǎn)不一致導(dǎo)致的熔煉電流不穩(wěn)定的現(xiàn)象，提高了熔煉過(guò)程的穩(wěn)定性，提高了si的成分均勻性分布，有效地降低高熔點(diǎn)元素mo形成高密度夾雜偏析缺陷的概率，保證了tc11鈦合金鑄錠和鈦材的成分均勻性(見(jiàn)圖2)。

2、降低成本

以一種中間合金取代多種純?cè)吓浜喜拍苓_(dá)到的效果，提高了生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本。

3、工藝可操作性強(qiáng)。

4、三元合金的夾雜物和氣體含量低。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中鈦合金中的mo高密度夾雜缺陷圖，tc11mo偏析組織圖。

圖2是本發(fā)明tc11正常組織圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

該中間合金以al、moo3按一定配比混合后，先通過(guò)常規(guī)鋁熱反應(yīng)冶煉得到al-mo；然后按照配比加入結(jié)晶si，通過(guò)真空感應(yīng)熔煉均勻各元素成分并控制o等氣體雜質(zhì)得到合金鑄錠，經(jīng)精整、破碎、精選等工序制成顆粒度≤1mm的粉末狀產(chǎn)品。產(chǎn)品成分為：al：36.0％，mo：58.0％，si：5.33％，o：0.04％，其余為雜質(zhì)。將該中間合金(109.1kg)與海綿鈦(1867.52kg)、tio2(3.347kg)、海綿zr(32.254kg)等原料混和后，經(jīng)過(guò)原料攪拌、模具擠壓以及電極塊焊接等步驟制成真空自耗熔煉用的鈦合金電極，通過(guò)真空自耗三次熔煉后得到成分均勻的高溫高強(qiáng)tc11鈦合金，鑄錠不同部位的化學(xué)成分滿足相應(yīng)的技術(shù)要求，mo和si的成分均勻性良好；具體檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示，適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)用關(guān)鍵零部件。

表2tc11鈦合金成品鑄錠的成分wt％

實(shí)施例2：

按照實(shí)例1的方法制成顆粒度≤1mm的粉末狀產(chǎn)品。產(chǎn)品成分為：al：35.8％，mo：58.3％，si：5.5％，o：0.05％，其余為雜質(zhì)。該中間合金(84.384kg)與海綿鈦(1440.33kg)、tio2(1.38kg)、海綿zr(26.326kg)等原料混和后，經(jīng)過(guò)原料攪拌、模具擠壓以及電極塊焊接等步驟制成真空自耗熔煉用的鈦合金電極，通過(guò)真空自耗三次熔煉后得到成分均勻的高溫高強(qiáng)tc11鈦合金，鑄錠不同部位的化學(xué)成分滿足相應(yīng)的技術(shù)要求要求，mo和si的成分均勻性良好；具體檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示，適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)用關(guān)鍵零部件。

表3tc11鈦合金成品鑄錠的成分wt％

本發(fā)明通過(guò)合理配比三元中間合金的組分以一種中間合金取代多種純?cè)吓浜喜拍苓_(dá)到的效果，提高了生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本。