【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及耐高溫結(jié)構(gòu)材料領域，是一種適用于高溫(800℃)、有氧環(huán)境下工作的輕質(zhì)鑄造合金。
技術介紹
1、目前，航空發(fā)動機在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)數(shù)的條件下服役，這要求高溫合金必須具有耐高溫、耐氣流腐蝕和耐應力腐蝕等性能，即達到強度、塑性、韌性、抗蠕變和抗疲勞性能間的良好匹配，及服役溫度下高的抗氧化性能。目前，能夠完全滿足技術要求的高溫合金只有鈷基、鐵基和鎳基高溫合金，但它們的比重較大，燃油的利用率不高。
2、為了提高燃油的效率和發(fā)動機的推重比，需要對其零部件進行減重。目前，高溫鈦合金不僅密度低，同時又具有足夠的高溫強度，是不錯的備選材料。與鐵基和鎳基高溫合金相比較，當使用溫度低于600℃時采用輕質(zhì)的高溫鈦合金具有明顯的優(yōu)勢，現(xiàn)已將其列入發(fā)動機材料的序列，成為了現(xiàn)代航空發(fā)動機中重要的結(jié)構(gòu)材料。但600℃是傳統(tǒng)的無序固溶強化型高溫鈦合金發(fā)展過程中遇到的最大“熱障”。主要原因如下：(1)、600℃以上時，原有合金體系的固溶強化和α2相和硅化物析出強化作用已基本達到極限，進一步合金化難以保證最基本的性能要求；(2)、600℃是傳統(tǒng)高溫鈦合金的抗氧化極限，合金表面氧化降低了熱穩(wěn)定性和疲勞性能，給材料的應用帶來極大風險。
3、以高溫鈦合金ti60(tial5.6sn4.8zr2.0mo1.0si0.35nd0.8)為例，在600℃以下時，ti60合金具有良好的綜合力學性能及抗高溫氧化性能，因為氧化期間合金化元素zr、si和nd發(fā)揮著著積極的作用，如zr促進氧化物形核，以細化晶粒阻止o原子反應，si抑制ti4+活性，抑
4、時，其抗高溫氧化性能和抗蠕變性能變差，800℃保溫100h后的氧化增重超過了100.0g/m2，氧化層出現(xiàn)裂紋并逐漸擴大，最終導致最外層氧化膜脫落，裸露出第二層氧化膜。進一步放大分析發(fā)現(xiàn)，富sn和nd的析出相促使其周邊的晶粒氧化，并最終導致氧化膜的開裂與脫落，如圖1所示。
5、因此，如何改良高溫鈦合金在使用過程中易氧化的不足，提高合金的耐腐蝕性能并保持高溫狀態(tài)下力學性能的穩(wěn)定性，是業(yè)界急需解決的問題。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術的一個主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術的至少一種缺陷，提供一種能夠改良高溫鈦合金在使用過程中易氧化的不足，提高合金的耐腐蝕性能并保持高溫狀態(tài)下力學性能的穩(wěn)定性的共晶型輕質(zhì)鑄造合金。
2、為實現(xiàn)上述專利技術目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、根據(jù)本專利技術的一個方面，提供了一種抗八百攝氏度高溫氧化的共晶型輕質(zhì)鑄造合金，所述合金的名義成分為tial20.5si8.5zr5.0nb10，各元素的原子百分比為al：20.0％-21.0％，si：8.0％-9.0％，zr：4.5％-5.5％，nb：8.0％-10.5％，其余為ti。
4、如本專利技術的一實施方式，所述合金的密度為4.49g/cm3，固、液相線溫度分別為1581.2℃和1589.5℃，室溫下的原始微觀組織為短窄的片層狀，由(ti,zr,nb)3(al,si)固溶體相和(ti,zr,nb)5(si,al)3化合物組成。
5、如本專利技術的一實施方式，所述合金中各元素的分布如下：ti元素與al元素的偏析趨勢一致或接近一致，而si元素與zr元素的偏析趨勢一致或接近一致，nb元素均勻地分布在所述合金的各組成相中，si的分布細小且彌散。
6、如本專利技術的一實施方式，所述合金成份配比為ti：56.0％，al：20.5％，si：8.5％，zr：5.0％，nb：10.0％。
7、如本專利技術的一實施方式，800℃/24h氧化后，所述合金表面的氧化層以tio為主，氧化層無脫落，擴散層中少量的nb5+通過摻雜效應降低o2-的擴散，所述合金達到了抗氧化級。
8、由上述技術方案可知，本專利技術的抗八百攝氏度高溫氧化的共晶型輕質(zhì)鑄造合金的優(yōu)點和積極效果在于：
9、本專利技術中，合金以ti為主，并采用8.0％-10.5％的nb，其密度與傳統(tǒng)鈦合金tc4相近，結(jié)晶的溫度區(qū)間小，僅為8.3℃，微觀形貌以短窄的片層狀分布為主，呈現(xiàn)出共晶組織形貌。本專利技術中的合金不僅具有流動性好、偏析小和組織致密等優(yōu)點，而且在無防護層保護的情況下具有比高溫鈦合金ti60更好的抗高溫氧化性能，尤其是在800℃時。該合金非常適合對輕量化要求較高且耐高溫、抗氧化的場合，可用于制造結(jié)構(gòu)復雜、服役溫度較高的耐熱零部件毛坯，比如低壓壓氣機葉片鑄件。從而改良高溫鈦合金在使用過程中易氧化的不足，提高合金的耐腐蝕性能并保持高溫狀態(tài)下力學性能的穩(wěn)定性。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術保護點】
1.一種抗八百攝氏度高溫氧化的共晶型輕質(zhì)鑄造合金，其特征在于，所述合金的名義成分為TiAl20.5Si8.5Zr5.0Nb10，各元素的原子百分比為Al：20.0％-21.0％，Si：8.0％-9.0％，Zr：4.5％-5.5％，Nb：8.0％-10.5％，其余為Ti。
2.根據(jù)權利要求1所述的抗八百攝氏度高溫氧化的共晶型輕質(zhì)鑄造合金，其特征在于：所述合金的密度為4.49g/cm3，固、液相線溫度分別為1581.2℃和1589.5℃，室溫下的原始微觀組織為短窄的片層狀，由(Ti,Zr,Nb)3(Al,Si)固溶體相和(Ti,Zr,Nb)5(Si,Al)3化合物組成。
3.根據(jù)權利要求2所述的抗八百攝氏度高溫氧化的共晶型輕質(zhì)鑄造合金，其特征在于：所述合金中各元素的分布如下：Ti元素與Al元素的偏析趨勢一致或接近一致，而Si元素與Zr元素的偏析趨勢一致或接近一致，Nb元素均勻地分布在所述合金的各組成相中，Si的分布細小且彌散。
4.根據(jù)權利要求1-3任一所述的抗八百攝氏度高溫氧化的共晶型輕質(zhì)鑄造合金，其特征在于：所述合金成份配比為Ti：56.0％，
5.根據(jù)權利要求4所述的抗八百攝氏度高溫氧化的共晶型輕質(zhì)鑄造合金，其特征在于：800℃/24h氧化后，所述合金表面的氧化層以TiO為主，氧化層無脫落，擴散層中少量的Nb5+通過摻雜效應降低O2-的擴散，所述合金達到了抗氧化級。
...【技術特征摘要】
1.一種抗八百攝氏度高溫氧化的共晶型輕質(zhì)鑄造合金，其特征在于，所述合金的名義成分為tial20.5si8.5zr5.0nb10，各元素的原子百分比為al：20.0％-21.0％，si：8.0％-9.0％，zr：4.5％-5.5％，nb：8.0％-10.5％，其余為ti。
2.根據(jù)權利要求1所述的抗八百攝氏度高溫氧化的共晶型輕質(zhì)鑄造合金，其特征在于：所述合金的密度為4.49g/cm3，固、液相線溫度分別為1581.2℃和1589.5℃，室溫下的原始微觀組織為短窄的片層狀，由(ti,zr,nb)3(al,si)固溶體相和(ti,zr,nb)5(si,al)3化合物組成。
3.根據(jù)權利要求2所述的抗八百攝氏度高溫氧化的共晶型輕...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：寧兆生，趙軍，宋克興，張彥敏，包春玲，李鴻舉，李昕祺，曲赫威，
申請(專利權)人：中國機械總院集團沈陽鑄造研究所有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。