一种含钼高铌β型γ-TiAl合金铸锭及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含钼高铌β型γ-TiAl合金铸锭，由以下原子百分比的成分组成：Al43％～45％，Nb5％～7％，Mo1％～2％，微量元素0.1％～0.5％，余量为Ti和不可避免的杂质；另外，本发明专利技术还公开了制备所述含钼高铌β型γ-TiAl合金的方法，该方法为：一：制备混合物料，将所述混合物料压制成型，得到合金块；二、将合金块熔炼；三、铸模成型，得到含钼高铌β型γ-TiAl合金铸锭。该制备方法是在高铌γ-TiAl合金铸锭的基础上通过加入Mo引入β/B2相，避免铸态组织中出现Nb和Al的凝固偏析，在改善高铌γ-TiAl合金铸态组织均匀化程度的同时，显著提高了其高温变形能力和力学性能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种含钼高铌β型γ-TiAl合金铸锭，由以下原子百分比的成分组成：Al43％～45％，Nb5％～7％，Mo1％～2％，微量元素0.1％～0.5％，余量为Ti和不可避免的杂质；另外，本专利技术还公开了制备所述含钼高铌β型γ-TiAl合金的方法，该方法为：一：制备混合物料，将所述混合物料压制成型，得到合金块；二、将合金块熔炼；三、铸模成型，得到含钼高铌β型γ-TiAl合金铸锭。该制备方法是在高铌γ-TiAl合金铸锭的基础上通过加入Mo引入β/B2相，避免铸态组织中出现Nb和Al的凝固偏析，在改善高铌γ-TiAl合金铸态组织均匀化程度的同时，显著提高了其高温变形能力和力学性能。【专利说明】—种含钼高铌β型Y-TiAI合金铸锭及其制备方法
本专利技术属于钛铝合金材料制备
，具体涉及一种含钥高铌β型Y -TiAl合金铸锭及其制备方法。
技术介绍
大推重比航空发动机和高超声速飞行器的发展离不开高温结构材料的进步。当前，新型飞行器及其发动机的服役温度已经达到高温钛合金的服役温度极限，而Ni基合金密度较大，迫切需要发展新型的轻质高温结构材料。TiAl基合金具有密度低，高温比强度和比刚度较高，高温抗氧化、抗蠕变和阻燃性能优异等特点，是一类可以在600°C?900°C之间替代Ni基合金的极具应用前景的轻质高温结构材料。 经过20多年的发展，TiAl合金在基础理论、组织性能和加工成型等方面取得了巨大进展。GE公司已经把T1-4822合金铸造叶片用在最新的GEnx-1B航空发动机中，该发动机于2011年已经装配于Boeing公司最新服役的787客机；TiAl合金铸造阀门已经成功用于Formula-1赛车的发动机中。然而，传统的低Nb含量的双相Y-TiAl合金的高温强度普遍较低，GEnx-1B航空发动机后两级叶片中应用的双态铸造T1-4822合金，其服役温度仅为7000C ο高铌TiAl合金(T1-(45-46)Al-(5-10)Nb-(W，B，Y))具有优异的高温性能，是发展高温高强Y-TiAl合金的典范，引起了世界各国学术界和研究机构的极大关注。日本三菱重工已经大量地把铸造高铌TiAl合金增压涡轮器应用于Lancer系列轿车中；国内的北京科技大学新金属材料国家重点实验室和哈尔滨工业大学金属精密热加工国防重点实验室在高铌TiAl合金的研制和热加工技术方面做出了重大贡献；德国GKSS研究中心、奥地利Plansee AG公司等研究单位，在高铌TiAl合金的制备、板材轧制技术、高铌TiAl合金高压压气机叶片成型技术等方面取得了重大进展。然而，高铌TiAl合金除了面临普通Y-TiAl合金遭受的室温塑性低和高温变形能力差等困难之外，还面临着凝固组织偏析严重、铸锭制备困难、高温变形能力更差的困境，这严重限制了高铌TiAl合金的工程化应用进展。 β型Y-TiAl合金凝固路径通过单一 β相区，避免了包晶反应，凝固组织均勻细小无偏析，大大拓宽了 TiAl合金的热加工工艺窗口并提高了 TiAl合金的热成型灵活性。国内的哈尔滨工业大学利用T1-43A1-9V-Y合金制备出高质量的大尺寸TiAl合金板材；美国Air Force实验室的Kim在β型Y-TiAl合金的研制和板材轧制等方面做了大量的研究工作；奥地利莱奥本大学Clemens教授研制出TNMTM(T1-43Al-4Nb-lMo_B)系列合金，并用常规的锻造设备制备出beta gamma TiAl叶片毛坯。日本三菱重工发展了 Ti_42Al_10V和T1-42Al-5Mn两类β型Y -TiAl合金，同样利用传统的热加工设备，生产出TiAl合金板材和各类高质量的汽车发动机零部件。 尽管β型Y-TiAl合金在工程化应用方面取得了显著的进展，然而以往Mn、V、Cr和Fe稳定化的低Nb或无Nb的β型Y-TiAl合金，其抗氧化能力差，且700°C以上强度低，使用温度局限在700°C附近。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种含钥高铌β型Y-TiAl合金铸锭及其制备方法。该制备方法是在高铌Y-TiAl合金铸锭的基础上通过加入Mo引入5%?20%体积百分含量的β/Β2相，能够有效避免高铌Y-TiAl合金铸锭的铸态组织中出现Nb和Al的凝固偏析，该方法制备的含钥高铌β型Y-TiAl合金铸锭将高铌Y-TiAl合金和β型Y-TiAl合金的优点融为一体，在改善高铌Y-TiAl合金铸态组织均匀化程度的同时，显著提高了其高温变形能力和综合力学性能，也使β型Y-TiAl合金的使用温度突破700°C的限制，有利于促进高性能Y-TiAl合金的研制和工程化应用进展。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:一种含钥高铌β型Y-TiAl合金铸锭，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:Α143%?45%，Nb5 %?7%，Mol %?2%，微量元素0.1%?0.5%，余量为Ti和不可避免的杂质；所述微量元素为B、S1、C和Y中的一种或两种以上。 上述的一种含钥高铌β型Y-TiAl合金铸锭，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A144%,Nb6%,Mo2%, Y0.2%, B0.2%，余量为Ti和不可避免的杂质。 上述的一种含钥高铌β型Y-TiAl合金铸锭，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A144%,Nb6%,Mol%, Υ0.2%, B0.2%，余量为Ti和不可避免的杂质。 上述的一种含钥高铌β型Y-TiAl合金铸锭，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成:A145%,Nb7%,Mol%,B0.2%, S1.2%，余量为Ti和不可避免的杂质。 进一步的，本专利技术还提供了一种制备上述的含钥高铌β型Y-TiAl合金的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一:将海绵钛、铝豆、Al-Nb中间合金和Al-Mo中间合金混合均匀，将微量元素置于混合均匀后的海绵钛、铝豆、Al-Nb中间合金和Al-Mo中间合金的中间位置，得到混合物料，将所述混合物料压制成型，得到合金块； 步骤二、将步骤一中所述合金块置于真空感应熔炼炉中的坩埚内，以20KW/min?50Kff/min的升高速度将熔炼功率升至300KW?500KW，然后在电磁搅拌下将合金块熔炼2min?5min ;所述熔炼的真空度不高于I X 10_3mbar,熔炼在気气气氛中进行； 步骤三、在氩气气氛中将步骤二中熔炼后的合金块浇铸到预热至300°C?800°C的铸模中成型，随炉冷却后得到含钥高铌β型Y-TiAl合金铸锭。 上述的方法，其特征在于，步骤一中所述海绵钛、铝豆、Al-Nb中间合金和Al-Mo中间合金的质量纯度均不低于99.8 %，氧含量均不高于0.1 %。 上述的方法，其特征在于，步骤二中所述坩埚为氧化钙陶瓷坩埚或石墨坩埚。 上述的方法，其特征在于，步骤二中所述升高速度为35KW/min，熔炼功率为400KW，所述熔炼的时间为4min。 本专利技术与现有技术相比具有以下优点: 1、本专利技术是在高铌Y-TiAl合金铸锭的基础上通过加入Mo引入5%?20%体积百分含量的β /Β2相，能够有效避免高铌Y -TiAl合金铸锭的铸态组织中出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含钼高铌β型γ‑TiAl合金铸锭，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成：Al43％～45％，Nb5％～7％，Mo1％～2％，微量元素0.1％～0.5％，余量为Ti和不可避免的杂质；所述微量元素为B、Si、C和Y中的一种或两种以上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牛红志，张于胜，卢金文，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61