【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種700℃高溫鈦合金及其制備方法，屬于高溫鈦合金。
技術介紹
1、高溫鈦合金具有低的密度，優異的高溫強度和穩定性，在航空發動機壓氣機和加力燃燒室筒體、葉片等部件得到了廣泛的應用，是減輕發動機重量的首選材料。目前基于ti-al-sn-zr-mo-si體系發展的傳統高溫鈦合金如bt36、ti60、imi834、ti1100、ti600、ti65等，具有抗蠕變性能好等優點，但它們的極限服役溫度為600～650℃，對于更高溫度的壓氣機后段材料通常使用密度高的鎳基高溫合金，使用溫度的限制嚴重阻礙了高溫鈦合金進一步應用。因此，急需研發耐700℃高溫鈦合金。
2、在cn110923589b的專利技術中，中國科學院金屬研究所提出了一種耐700℃以上高溫的鈦合金ti-101am。該方法主要是在ti-al-sn-zr-mo-nb-ta-si合金基體中加入大量b元素、形成tib短纖維，但該合金中tib短纖維分布不均勻，導致合金的高溫組織和性能不穩定，600℃抗拉強度低于780mpa，且合金元素種類多，制備工藝較為復雜不利于大量生產應用。
3、在cn117535556a的專利技術中，太原理工大學提出了一種耐700℃微納粒子強化近α高溫鈦合金的制備方法，該方法主要是在ti-al-sn-zr-mo-nb-si體系基礎上加入了高熔點的w元素，通過反復熱擠壓調控析出硅化物和ti3al粒子尺寸以提高合金的高溫性能，但該合金700℃下抗拉強度低于580mpa，且制備工藝較為復雜不利于大量生產應用。
4、針對以上問
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種可用于700℃的高溫鈦合金，要解決現有的高溫鈦合金的服役溫度低、合金元素復雜、損傷容限能力差的技術問題，而設計開發了一種適用于700℃高溫鈦合金。
2、為了達到上述目的，本專利技術采用的技術方案是：
3、一種適用于700℃的高溫鈦合金，所述的鈦合金屬于ti-al-zr-nb-ta-si合金體系，其主要成分的質量百分比為7.5wt.％～8.5wt.％al、7wt.％～12wt.％zr、1.5wt.％～3.5wt.％nb、4wt.％～6wt.％ta和0.2wt.％～0.6wt.％si，余量為ti元素；且合金元素滿足以下協同變化關系：79.7wt.％≤ti+0.9zr≤84.7wt.％，7.8wt.％≤al+si≤8.8wt.％，7.5wt.％≤ta+1.9nb≤11.5wt.％，其中ti、al、ta為主元素。所述的鈦合金成分為高鋯且無錫、無硼和無稀土元素，構成與現有高溫鈦合金的核心元素差異，且所給出的成分協同變化關系能更精確指導實際合金生產。
4、所述的鈦、鋁、鋯、鈮、鉭和硅的質量純度均不低于99.9％。
5、所述的700℃高溫鈦合金鑄造條件下具有良好的高溫強度和塑性，700℃下的拉伸強度不低于600mpa，塑性不低于40％，其耐溫性能達到鈦基復合材料的水平，且制備工藝簡單、組織穩定，可作為高溫結構部件的優選材料。
6、另外，本專利技術還提供一種700℃高溫鈦合金的制備方法，包括以下步驟：
7、步驟一、來料檢測
8、對各原材料表面質量、表面光潔度、氧化狀態進行檢驗；
9、步驟二、合金配制
10、分別計算各成分組元質量，按配比稱量各組元質量，將配制完成的合金儲存至真空干燥皿，真空度低于0.08mpa；
11、步驟三、預制高熔點中間合金塊
12、將全部高熔點元素和適量鈦升溫至2900～3250℃并進行10～15min真空電弧熔煉，反復熔煉3次～5次，使得合金元素完全熔化為合金液，然后對合金液進行5min～8min電磁攪拌混合，爐冷至室溫，得到預制高熔點中間合金塊；所述的高熔點元素為鋯、硅、鈮和鉭；所述的適量鈦的質量百分比為高熔點元素總質量的15％～30％；
13、步驟四、合金制備
14、將步驟三得到的預制高熔點中間合金塊置于鈦、鋁的中間位置，升溫至2200～2500℃并進行10～15min真空電弧熔煉，反復熔煉3次～5次，使得合金塊完全熔化為合金液后，然后對合金液進行5min～8min電磁攪拌混合，然后爐冷至室溫，得到高溫鈦合金。步驟三預制的中間合金塊，可以抑制元素偏析、提升組織均勻性。
15、步驟五、時效處理
16、將步驟四得到的高溫鈦合金封于石英管中，對石英管進行抽真空處理并充入氬氣后將石英管密封，將密封后的石英管放入熱處理爐子加熱升溫至650℃～700℃保溫60～120min后將石英管取出，擊碎石英管直接空冷。所述的真空處理的真空度低于0.02mpa。
17、步驟六、組織分析和性能檢測
18、對步驟五獲得的時效處理后的高溫鈦合金進行組織分析和力學性能檢測。
19、本專利技術的設計原理及創新性分析如下：采用上述技術方案，根據團簇合金設計模型實施合金成分設計，該團簇合金成分設計模型給出了化學近程序結構單元和相應成分式。合金元素首先與基體鈦元素構建穩定固溶體結構單元，本專利技術解析了成熟工業高溫鈦合金imi834的團簇成分式，獲得了α、β以及硅化物相的團簇合金成分設計模型結構單元，分別為:和其中帶有上橫線的元素符號代表著與該元素類似的合金化元素，例如穩定α相的類al元素與基體ti類似的元素穩定β的α、β以及硅化物團簇單元的比例為16.7：1：0.3。α、β固溶體相以及硅化物成分式的推出，為理解現有近α高溫鈦合金和設計高性能高溫鈦合金成分提供了依據。
20、本專利技術設計一種700℃高溫鈦合金的過程為：
21、1)為了提高合金高溫強度，主要合金化元素為al、si和zr，并且使用al替代了imi834合金團簇式中的sn，因為鋁元素對高溫強度貢獻更大，可以提升合金抗氧化性能。硅可以提升合金抗高溫蠕變性能；鋯元素在α相和β相均無限互溶可以固溶強化提升合金高溫強度；但鋁元素含量超過9.0wt.％，容易形成脆性相ti3al，導致合金塑形降低；硅元素含量超過1.5wt.％，容易形成粗大硅化物，導致合金塑形降低；鋯元素含量超過12.5wt.％，使得合金抗氧化性能降低；
22、2)為了增高合金熔體熱穩定性和塑性，主要合金化元素為ta、nb難熔金屬，難熔金屬可以提升熔體熱穩定性，且具有為體心立方晶體結構、滑移系多可以增加塑性；但單一難熔金屬的含量超過6.5wt.％或總量超過15wt.％，容易產生脆性相和合金斑。
23、3)通過改變ti、al、zr、nb、ta和si在團簇式中配比，產生最佳多元合金化效果，使得熔體熱穩定性最優。最后確定700℃高溫鈦合金的主要成分的質量百分比為7.5wt.％～8.5wt.％al、7wt.％～12wt.％zr、1.5wt.％～3.5wt.％nb、4wt.％～6w本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種適用于700℃的近α高溫鈦合金，其特征在于，所述的適用于700℃的近α高溫鈦合金屬于Ti-Al-Zr-Nb-Ta-Si合金體系，主要合金成分為Ti、Al、Zr、Nb、Ta、Si和其他雜質元素。
2.根據權利要求1所述的一種適用于700℃的近α高溫鈦合金，其特征在于，所述的主要合金成分質量百分比為7.5wt.％～8.5wt.％Al、7wt.％～12wt.％Zr、1.5wt.％～3.5wt.％Nb、4wt.％～6wt.％Ta和0.2wt.％～0.6wt.％Si，余量為Ti元素。
3.根據權利要求2所述的一種適用于700℃的近α高溫鈦合金，其特征在于，所述的合金成分由如下協同變化關系限定：79.7wt.％≤Ti+0.9Zr≤84.7wt.％，7.8wt.％≤Al+Si≤8.8wt.％，7.5wt.％≤Ta+1.9Nb≤11.5wt.％。
4.根據權利要求1所述的一種適用于700℃的近α高溫鈦合金，其特征在于，所述的適用于700℃的高強鈦合金，其典型性能為：室溫屈服強度>1030MPa、室溫抗拉強度>1100MPa、室溫延伸率>
5.一種權利要求1-4任一所述的適用于700℃的近α高溫鈦合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的一種適用于700℃的近α高溫鈦合金的制備方法，其特征在于，所述的步驟五具體為：將步驟四得到的高溫鈦合金封于石英管中，對石英管進行抽真空處理并充入氬氣后將石英管密封，在650℃～700℃保溫60～120min后取出，擊碎石英管直接空冷，得到高溫鈦合金。
7.根據權利要求6所述的一種適用于700℃的近α高溫鈦合金的制備方法，其特征在于，所述的步驟五中真空處理的真空度低于0.02MPa。
8.根據權利要求5所述的一種適用于700℃的近α高溫鈦合金的制備方法，其特征在于，所述的步驟二中，所述高熔點元素為鋯、硅、鈮和鉭；所述鈦的質量百分比為高熔點元素總質量的15％～30％。
9.根據權利要求5所述的一種適用于700℃的近α高溫鈦合金的制備方法，其特征在于，所述的步驟二中的真空度低于0.08MPa。
10.根據權利要求5所述的一種適用于700℃的近α高溫鈦合金的制備方法，其特征在于，所述的步驟三中，當合金元素完全熔化為合金液后電磁攪拌時間為5min～8min；所述的步驟四中，當合金元素完全熔化為合金液后電磁攪拌時間為5min～8min。
...【技術特征摘要】
1.一種適用于700℃的近α高溫鈦合金，其特征在于，所述的適用于700℃的近α高溫鈦合金屬于ti-al-zr-nb-ta-si合金體系，主要合金成分為ti、al、zr、nb、ta、si和其他雜質元素。
2.根據權利要求1所述的一種適用于700℃的近α高溫鈦合金，其特征在于，所述的主要合金成分質量百分比為7.5wt.％～8.5wt.％al、7wt.％～12wt.％zr、1.5wt.％～3.5wt.％nb、4wt.％～6wt.％ta和0.2wt.％～0.6wt.％si，余量為ti元素。
3.根據權利要求2所述的一種適用于700℃的近α高溫鈦合金，其特征在于，所述的合金成分由如下協同變化關系限定：79.7wt.％≤ti+0.9zr≤84.7wt.％，7.8wt.％≤al+si≤8.8wt.％，7.5wt.％≤ta+1.9nb≤11.5wt.％。
4.根據權利要求1所述的一種適用于700℃的近α高溫鈦合金，其特征在于，所述的適用于700℃的高強鈦合金，其典型性能為：室溫屈服強度>1030mpa、室溫抗拉強度>1100mpa、室溫延伸率>5％，600℃下抗拉強度>800mpa，700℃下抗拉強度>600mpa。
5.一種權利要...
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