一种高温性能和铸造性能优异的低成本钛铝基合金.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102312127A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102312127A(43)申请公布日2012.01.11(21)申请号201110254621.9(22)申请日2011.08.31(71)申请人洛阳双瑞精铸钛业有限公司地址471039河南省洛阳市高新技术开发区凌波路(72)发明人陈志强周洪强(74)专利代理机构洛阳市凯旋专利事务所41112代理人王自刚(51)Int.Cl.C22C14/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页(54)发明名称一种高温性能和铸造性能优异的低成本钛铝基合金(57)摘要本发明介绍了一种高温性能和铸造性能优异的低成本钛铝基合金，其特征是：合金的具体化学成分的原子百分比组成为：Ti-(44.0~48.0)Al-(0.5~2.0)Cr-(0.5-2.0)V-(0.1-0.7)C，其余为不可避免的杂质元素。本专利材料较Ti-46.5Al-1Cr-2.5V合金材料具有更加优良的高温抗蠕变、抗氧化性能，以及更低的成本；且具有与Ti-46.5Al-1Cr-2.5V合金相当的铸造流动性能，适合于铸造在850-900℃下长期使用的钛铝涡轮等汽车零部件，具有巨大的市场前景。CN10237ACCNN110231212702312129A权利要求书1/1页1.一种高温性能和铸造性能优异的低成本钛铝基合金，其特征是：合金的具体化学成分的原子百分比组成为：Ti-(44.0~48.0)Al-(0.5~2.0)Cr-(0.5-2.0)V-(0.1-0.7)C，其余为不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述高温性能和铸造性能优异的低成本钛铝基合金，其特征是：合金的化学成分原子百分比组成为：Al为45.0-47.0at%；Cr为0.5-1.5at%；V为1.0-2.0at%；C为0.2-0.6at%。3.根据权利要求1所述高温性能和铸造性能优异的低成本钛铝基合金，其特征是：合金化学成分原子百分比组成为：Al46at%；Cr1.0at%；V1.5at%；C0.3at%。2CCNN110231212702312129A说明书1/4页一种高温性能和铸造性能优异的低成本钛铝基合金技术领域[0001]本发明涉及一种高温合金领域技术，特别是一种高温性能和铸造性能优异的低成本钛铝基合金。背景技术[0002]随着航空、航天、汽车、舰船等发动机性能不断提高，对高温材料的性能提出了更高的要求，即更高的强度、抗氧化性能和更轻的密度等。γ-TiAl基合金材料具有良好的高温强度、蠕变抗力和抗氧化性能等优点，正在发展成为新一代航空发动机材料，可用于制造压气机、燃气涡轮机叶片，压气机定子挡风板，定子机座以及其他形状复杂的大尺寸铸造和锻造零件，以部分替代笨重的镍基高温合金，可减重约50%。γ-TiAl基合金已用于制造汽车发动机的涡轮增压器、气阀等。目前，中国和世界各工业国家都在积极地开展研究，但已经实际应用的合金种类很少。[0003]从钛铝二元相图分析，当Al含量高于51at%时，钛铝合金铸造过程中凝固路线为γ相凝固，凝固后的钛铝合金处于γ单相区。单相γ-TiAl的室温延伸率非常差，原因是单相γ-TiAl室温下很多位错不可动，而主要的滑移位错又被层错偶极子钉扎。而α2+γ两相组织在延伸率和强度上明显优于单相γ-TiAl，原因是α2吸收氧，从而降低了γ中的氧含量，利于位错滑移。[0004]早期在钛铝合金制备过程中α相凝固路线研究很多。钛铝二元相图显示，当Al含量高于49.4at%，低于51at%时，钛铝合金材料的凝固路线为α相凝固，α相凝固路线如下：L（液相）→L+α→α→α+γ→γ→α2+γ，室温下组织为α2+γ。凝固过程中L相冷却时首先生成固相α，α晶体将择优沿其c轴生成，从而形成明显的柱状晶体特征，而后续形成的γ片层垂直于α相c轴方向（即柱状晶体生长方向），最终形成明显的树枝晶组织，从而影响凝固后铸件性能的均匀性。[0005]钛-铝二元合金相图，当Al含量在44.8-49.4at%区间时，γ-TiAl合金凝固过程中将发生包晶反应：L+β→α。当Al含量位于44.8-47.0%时，包晶反应不完全，凝固路线为：L→L+β→β+α→α→α+γ→α2+γ；当Al含量位于47.0-49.4%时，包晶反应不完全，凝固路线为：L→L+β→L+α→α→α+γ→γ→α2+γ。当Al含量为47.0%时，包晶反应进行完全，凝固路线为：L→L+β→α→α+γ→γ→α2+γ。含包晶反应的钛铝合金凝固过程中，包晶反应发生在β相和液相界面处。包晶反应进行不完全时会一定程度上影响材料成分的均匀性。国内外经多年研究和测试，经过包晶反应的γ-TiAl合金可以在实际应用，但凝固后铸件成分的均匀性较经β相凝固的γ-TiAl合金要差。[