本發(fā)明屬于鈦合金加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ti2AlNb基合金，本發(fā)明還涉及上述Ti2AlNb基合金鑄錠的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著航空航天工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件用高溫結(jié)構(gòu)材料提出了進(jìn)一步減重和提高高溫服役性能的要求。Ti2AlNb基金屬間化合物因具有密度小、比強(qiáng)度和比彈性模量高、高溫抗蠕變及抗氧化能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，使其成為最具潛力的輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料，并在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛研究。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，人們?cè)赥i2AlNb基合金的成分設(shè)計(jì)、相結(jié)構(gòu)和相關(guān)系，熱加工工藝，顯微組織與力學(xué)性能取得了較大的進(jìn)展，但仍然存在著很多問(wèn)題。首先，雖然現(xiàn)有的具有工程意義的Ti2AlNb基合金能夠同時(shí)具備較好的室溫和高溫性能，但是當(dāng)使用溫度大于700℃，其蠕變性能?chē)?yán)重下降，表明Ti2AlNb基合金的發(fā)展仍不夠成熟，其綜合性能有待進(jìn)一步提高，從而滿足不斷提出的性能要求。其次在Ti2AlNb基合金工程化制備過(guò)程中，由于合金中添加Nb元素比重高，極易造成組織粗大和成分偏析，亟待有效解決工程化應(yīng)用中所暴露出的問(wèn)題；最后，作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料Ti2AlNb由于合金元素Nb含量高，使其在700～800℃抗氧化能?chē)?yán)重下降，因此800℃以上抗氧化性不足也是存在的最主要問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種Ti2AlNb基合金。
本發(fā)明的另一目的是提供上述Ti2AlNb基合金鑄錠的制備方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種Ti2AlNb基合金，其各組成成分的原子百分比為Al：20％～25％，Nb：22％～27％，V：0.80％～2.0％，Mo：0.80％～2.0％，Zr：0.80％～2.0％，Si：0.10％～0.50％，余量為T(mén)i，以上成分原子百分比之和為100％。
本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種Ti2AlNb基合金鑄錠的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟1，壓制電極塊：
將0級(jí)海綿鈦，NbTi中間合金、HZr中間合金、Al60Mo中間合金、Al55V中間合金和Ti50Si中間合金混合均勻，壓制成電極塊；
步驟2，焊接電極：
將步驟1壓制得到的電極塊在等離子爐內(nèi)焊接成自耗電極；
步驟3，鑄錠熔煉：
將步驟2得到的電極置于真空自耗電弧爐中，經(jīng)三次真空自耗電弧熔煉，即得到Ti-22Al-25Nb-Zr-Mo-V-Si合金鑄錠。
本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
步驟1中各原料按照原子百分比：Al：20％～25％，Nb：22％～27％，V：0.80％～2.0％，Mo：0.80％～2.0％，Zr：0.80％～2.0％，Si：0.10％～0.50％，余量為T(mén)i，以上成分原子百分比之和為100％，進(jìn)行配料。
第一次熔煉過(guò)程中漏氣率控制在1.0Pa/min以下，熔煉電流13kA～16kA，穩(wěn)弧電流為直流3.0A～12A，熔煉電壓為34～37V，熔煉后冷卻時(shí)間大于3.0小時(shí)。
第二次熔煉過(guò)程中漏氣率控制在0.8Pa/min以下，熔煉電流14kA～18kA，穩(wěn)弧電流為交流3.0～10A，熔煉電壓選擇34～37V，熔煉后冷卻時(shí)間大于4小時(shí)。
第三次煉過(guò)程中漏氣率控制在0.60Pa/min以下，熔煉電流16kA～20kA，穩(wěn)弧電流為交流6.0～12A，熔煉電壓選擇34～37V，熔煉后冷卻時(shí)間大于5小時(shí)。
三次真空熔煉的坩堝規(guī)格依次為Φ360mm、Φ440mm、Φ520mm。
每次熔煉后將鑄錠進(jìn)行平頭處理，然后掉頭，進(jìn)行下一次熔煉。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明通過(guò)在Ti2AlNb基合金中添加適量Mo，在不顯著降低合金塑形的條件下，顯著提高了合金的拉伸強(qiáng)度，降低了合金的蠕變殘余伸長(zhǎng)量，Mo和Si同時(shí)加入時(shí)效果更加明顯；添加Zr元素改善了合金的蠕變性能，且Zr元素的添加對(duì)合金的室溫強(qiáng)度和延伸率無(wú)影響；添加V元素不僅可以提高合金的室溫強(qiáng)度、塑形和抗蠕變能力，同時(shí)可以降低合金的密度。最終得到了具有優(yōu)異的抗氧化性能和高溫蠕變性能的Ti2AlNb基合金。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明一種Ti2AlNb基合金，其各組成成分的原子百分比為Al：20％～25％，Nb：22％～27％，V：0.80％～2.0％，Mo：0.80％～2.0％，Zr：0.80％～2.0％，Si：0.10％～0.50％，余量為T(mén)i，以上成分原子百分比之和為100％。
上述一種Ti2AlNb基合金鑄錠的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟1：按照原子百分比為T(mén)i-22Al-25Nb-(0.8-2.0)Zr-(0.8-2.0)Mo-(0.8-2.0)V-(0.1-0.5)Si(at％)(即按照原子百分比為Al：20％～25％，Nb：22％～27％，V：0.80％～2.0％，Mo：0.80％～2.0％，Zr：0.80％～2.0％，Si：0.10％～0.50％，余量為T(mén)i，以上成分原子百分比之和為100％)進(jìn)行配料，合金的原材料選擇0級(jí)海綿鈦，NbTi中間合金、HZr中間合金、Al60Mo中間、Al55V中間合金和Ti50Si中間合金；
步驟2：將步驟1選取的0級(jí)海綿鈦和中間合金添加劑混合后進(jìn)行電極塊壓制，壓制之前對(duì)海綿鈦進(jìn)行挑料，確保原料質(zhì)量，將挑好的原料混合均勻后在3000T油壓機(jī)上壓制成設(shè)計(jì)規(guī)格的電極塊；
步驟3：將壓制的電極塊在等離子爐內(nèi)焊接成自耗電極；
步驟4：一次熔煉采用Φ360mm的坩堝，在熔煉過(guò)程中漏氣率控制在1.0Pa/min以下，熔煉電流13kA～16kA，穩(wěn)弧電流為直流3.0A～12A，熔煉電壓為34V～37V，熔煉后冷卻時(shí)間大于3.0小時(shí)，熔煉完成后在車(chē)床上做平頭處理；
步驟5：將一次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ440mm的坩堝，在熔煉過(guò)程中漏氣率控制在0.8Pa/min以下，熔煉電流14kA～18kA，穩(wěn)弧電流為交流3.0A～10A，熔煉電壓選擇34V～37V，熔煉后冷卻時(shí)間大于4小時(shí)。
步驟6：將二次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ520mm的坩堝，在熔煉過(guò)程中漏氣率控制在0.60Pa/min以下，熔煉電流16kA～20kA，穩(wěn)弧電流為交流6.0A～12A，熔煉電壓選擇34V～37V，熔煉后冷卻時(shí)間大于5小時(shí)。
本發(fā)明以Ti-22Al-25Nb合金為基體成分，在其中設(shè)計(jì)添加了V為0.80％～2.0％、Mo為0.80％～2.0％、Zr為0.80％～2.0％，Si為0.10％～0.50％。以原子百分比將配比原料混合進(jìn)行電極壓制、自耗電極等離子焊接，多次真空熔煉，即制備出一種新型合金，該合金可顯著提高抗氧化性能和高溫蠕變性能?；诔煞?組織-性能關(guān)系上的考慮，從合金成分設(shè)計(jì)角度，本發(fā)明Ti2AlNb基合金，通過(guò)添加適量Mo在不顯著降低合金塑形的條件下，會(huì)顯著提高合金的拉伸強(qiáng)度，降低合金的蠕變殘余伸長(zhǎng)量，Mo和Si同時(shí)加入時(shí)效果更加明顯。適量添加Zr元素可改善合金的蠕變性能，且Zr元素的添加對(duì)合金的室溫強(qiáng)度和延伸率無(wú)影響。添加V元素不僅可以提高合金的室溫強(qiáng)度、塑形和抗蠕變能力，同時(shí)可以降低合金的密度。
實(shí)施例1
步驟1：按照原子百分比為T(mén)i-20Al-22Nb-0.8Zr-0.8Mo-0.8V-0.1Si(at％)進(jìn)行配料。合金的原材料選擇0級(jí)海綿鈦，NbTi中間合金、HZr中間合金、Al60Mo中間、Al55V中間合金和Ti50Si中間合金。
步驟2：將步驟1選取的0級(jí)海綿鈦和中間合金添加劑混合后進(jìn)行電極塊壓制，壓制之前對(duì)海綿鈦進(jìn)行挑料，確保原料質(zhì)量，將挑好的原料混合均勻后在3000T油壓機(jī)上壓制成設(shè)計(jì)規(guī)格的電極塊；
步驟3：將壓制的電極塊在等離子爐內(nèi)焊接成自耗電極；
步驟4：一次熔煉采用Φ360mm的坩堝，在熔煉過(guò)程中漏氣率控制在1.0Pa/min以下，熔煉電流13kA，穩(wěn)弧電流為直流3.0A，熔煉電壓為34V，熔煉后冷卻時(shí)間大于3.0小時(shí)，熔煉完成后在車(chē)床上做平頭處理；
步驟5：將一次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ440mm的坩堝，在熔煉過(guò)程中漏氣率控制在0.8Pa/min以下，熔煉電流14kA，穩(wěn)弧電流為交流3.0A，熔煉電壓選擇34V，熔煉后冷卻時(shí)間大于4小時(shí)。
步驟6：將二次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ520mm的坩堝，在熔煉過(guò)程中漏氣率控制在0.60Pa/min以下，熔煉電流16kA，穩(wěn)弧電流為交流6.0A，熔煉電壓選擇34V，熔煉后冷卻時(shí)間大于5小時(shí)。
采用上述步驟設(shè)計(jì)并制備了成分均勻的鑄錠，鍛造棒材的氧化性能和高溫蠕變性能較原先Ti2AlNb基合金Ti-22Al-25Nb顯著提高。
實(shí)施例2
步驟1：按照原子百分比為T(mén)i-22Al-25Nb-2.0Zr-2.0Mo-2.0V-0.5Si(at％)進(jìn)行配料。合金的原材料選擇0級(jí)海綿鈦，NbTi中間合金、HZr中間合金、Al60Mo中間、Al55V中間合金和Ti50Si中間合金。
步驟2：將步驟1選取的0級(jí)海綿鈦和中間合金添加劑混合后進(jìn)行電極塊壓制，壓制之前對(duì)海綿鈦進(jìn)行挑料，確保原料質(zhì)量，將挑好的原料混合均勻后在3000T油壓機(jī)上壓制成設(shè)計(jì)規(guī)格的電極塊；
步驟3：將壓制的電極塊在等離子爐內(nèi)焊接成自耗電極；
步驟4：一次熔煉采用Φ360mm的坩堝，在熔煉過(guò)程中漏氣率控制在0.8Pa/min以下，熔煉電流14kA，穩(wěn)弧電流為直流8.0A，熔煉電壓為35V，熔煉后冷卻時(shí)間大于3.0小時(shí)，熔煉完成后在車(chē)床上做平頭處理；
步驟5：將一次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ440mm的坩堝，在熔煉過(guò)程中漏氣率控制在0.7Pa/min以下，熔煉電流16kA，穩(wěn)弧電流為交流9.0A，熔煉電壓選擇36V，熔煉后冷卻時(shí)間大于4小時(shí)。
步驟6：將二次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ520mm的坩堝，在熔煉過(guò)程中漏氣率控制在0.5Pa/min以下，熔煉電流18kA，穩(wěn)弧電流為交流10A，熔煉電壓選擇35V，熔煉后冷卻時(shí)間大于5小時(shí)。
采用上述步驟設(shè)計(jì)并制備了成分均勻的鑄錠，鍛造棒材的高溫蠕變性能較原先Ti2AlNb基合金顯著提高。
實(shí)施例3
步驟1：按照原子百分比為T(mén)i-22Al-25Nb-1.5Zr-1.5Mo-1.5V-0.3Si(at％)進(jìn)行配料。合金的原材料選擇0級(jí)海綿鈦，NbTi中間合金、HZr中間合金、Al60Mo中間、Al55V中間合金和Ti50Si中間合金。
步驟2：將步驟1選取的0級(jí)海綿鈦和中間合金添加劑混合后進(jìn)行電極塊壓制，壓制之前對(duì)海綿鈦進(jìn)行挑料，確保原料質(zhì)量，將挑好的原料混合均勻后在3000T油壓機(jī)上壓制成設(shè)計(jì)規(guī)格的電極塊；
步驟3：將壓制的電極塊在等離子爐內(nèi)焊接成自耗電極；
步驟4：一次熔煉采用Φ360mm的坩堝，在熔煉過(guò)程中漏氣率控制在1.0Pa/min以下，熔煉電流16kA，穩(wěn)弧電流為直流12A，熔煉電壓為37V，熔煉后冷卻時(shí)間大于3.0小時(shí)，熔煉完成后在車(chē)床上做平頭處理；
步驟5：將一次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ440mm的坩堝，在熔煉過(guò)程中漏氣率控制在0.8Pa/min以下，熔煉電流18kA，穩(wěn)弧電流為交流10A，熔煉電壓選擇37V，熔煉后冷卻時(shí)間大于4小時(shí)。
步驟6：將二次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ520mm的坩堝，在熔煉過(guò)程中漏氣率控制在0.60Pa/min以下，熔煉電流20kA，穩(wěn)弧電流為交流12A，熔煉電壓選擇37V，熔煉后冷卻時(shí)間大于5小時(shí)。
采用上述步驟設(shè)計(jì)并制備了成分均勻的鑄錠，鍛造棒材的高溫蠕變性能較原先Ti2AlNb基合金顯著提高。