一种微合金化强化高温力学性能的铸态ZTC4钛合金及制备方法与流程

本发明涉及钛合金，具体为一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金及制备方法。

背景技术：

1、钛及钛合金具有高比强度、优异的耐腐蚀、高温性能好、密度小等优点，成为现代工业的关键材料，凭借这些优点钛合金广泛的应用在航空航天、石油化工、船舶、建筑装饰等领域。为应对不同工作环境，钛合金又分为α钛合金、β钛合金和α+β钛合金，而α+β型钛合金则兼具了α钛合金的β钛合金的优点，强度高、塑性好、耐热强度高，耐蚀性和耐低温性能好，具有良好的压力加工性能，并可通过淬火和时效强化，使合金的强度大幅度提高。

2、ztc4合金是目前国内外使用最为广泛的一种双相钛合金，其重要用途就是作为轻质高温结构材料，应用在航空航天发动机等高温强度要求高、工作环境复杂的环境。精细且复杂的结构使得这些部件其只能通过铸造获得。然而铸态ztc4钛合金的高温强度水平不高，并且根本无法像板、棒、丝等简单结构一样通过形变热处理来调控合金微观组织形貌来提升合金的高温强度水平。通过添加合金元素来进行合金化是提升铸态对ztc4钛合金的根本方法。然而目前关于铸态ztc4钛合金的强化研究非常稀少，达标率低的材料对于发动机的使用寿命造成了严重的影响，也极大的限制了工业中铸态ztc4钛合金的使用。

3、因此，实有必要对铸态ztc4的成分工艺进行优化，提高其高温力学性能。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金及制备方法，该铸态ztc4钛合金在300℃下具有良好高温强塑性匹配特性。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金，按质量百分比计，包括al：6-6.7％，v：3.6-4.5％，mo：0.04-0.1％，zr：0.04-0.1％，sn：0.04-0.10％，si：0.1-0.15％，b：0.04-1.0％，余量为ti。

4、优选的，该铸态ztc4合金为α+β双相钛合金，组织中形成tib晶须并呈网篮状。

5、优选的，该铸态ztc4合金的抗拉强度rm＞670mpa，屈服强度rp0.2＞550mpa，延伸率a＞10％。

6、一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金的制备方法，包括以下步骤：

7、步骤1，按质量百分比计，将各元素进行混合熔炼，得到初始ztc4钛合金铸锭；

8、步骤2，对步骤1得到初始钛合金铸锭进行热等静压同步进行固溶处理，随后进行退火处理，并随炉冷却到300℃以下；

9、步骤3，对步骤2得到钛合金铸锭进行时效处理后冷却至室温，得到铸态ztc4钛合金。

10、优选的，步骤2中在大于120mpa的气体压力下对初始ztc4钛合金铸锭进行热等静压。

11、优选的，步骤2中所述固溶处理的温度为910℃-930℃，时间2-2.5h。

12、优选的，所述退火处理的温度为730℃，保温时间为2.5h

13、优选的，步骤3所述时效处理工艺为，将钛合金铸锭在750℃保温2h。

14、优选的，步骤1中采用真空感应悬浮熔炼的方法对各元素进行熔炼，铸锭反复重熔三遍，熔炼功率控制在160-180kw，得到所需钛合金铸锭。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

16、本发明提供的一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金，从合金成分设计上进行优化，通过合金元素的微量添加与调整控制，从根本上提高了铸态ztc4钛合金的高温强度；在成分优化中充分利用al提高合金热强性的特性增加al的含量，由于v是快扩散元素，在高温下会降低合金的强度，因此降低其添加量，另外，由于zr和sn为中性元素，并且zr元素可以改善其加工性能和热稳定性。添加少量si元素，si在钛合金中固溶能够产生固溶强化，形成硅化物能够提升高温强度。添加0.04％-1.0％的b元素，利用b在tc4钛合金熔体中的低溶解度降低了固-液界面处的熔点，促进了形核过程并增加了形核率，使b固溶在铸态ztc4钛合金基体中，从根本上细化了铸态ztc4钛合金铸锭晶粒，在保证铸态ztc4钛合金塑性不降低的条件下显著提高了铸态ztc4钛合金的高温强度，彻底解决了铸态ztc4合金在复杂构件上应用的难题，工序简单且方法的操作性强。

17、本发明提供上述钛合金的制备方法，采用热等静压+退火的方法，将材料放置在特制包套中进行封装、加压及保温，可以很大程度的减少铸件缩孔和缩松现象，减少了合金热处理工序，大大提升操作的简便性。本发明的方法大大提高了铸态ztc4钛合金的高温强度，且高温强度与塑性匹配良好，制备得到ztc4在300℃下的抗拉强度rm＞670mpa，屈服强度rp0.2＞550mpa，延伸率a＞10％。

技术特征：

1.一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金，其特征在于，按质量百分比计，包括al：6-6.7％，v：3.6-4.5％，mo：0.04-0.1％，zr：0.04-0.1％，sn：0.04-0.10％，si：0.1-0.15％，b：0.04-1.0％，余量为ti。

2.根据权利要求1所述的一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金，其特征在于，该铸态ztc4合金为α+β双相钛合金，组织中形成tib晶须并呈网篮状。

3.根据权利要求1所述的一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金，其特征在于，该铸态ztc4合金的抗拉强度rm＞670mpa，屈服强度rp0.2＞550mpa，延伸率a＞10％。

4.一种权利要求1-3任一项所述的一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金的制备方法，其特征在于，步骤2中在大于120mpa的气体压力下对初始ztc4钛合金铸锭进行热等静压。

6.根据权利要求4所述的一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金的制备方法，其特征在于，步骤2中所述固溶处理的温度为910℃-930℃，时间2-2.5h。

7.根据权利要求4所述的一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为730℃，保温时间为2.5h。

8.根据权利要求4所述的一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金的制备方法，其特征在于，步骤3所述时效处理工艺为，将钛合金铸锭在750℃保温2h。

9.根据权利要求4所述的一种微合金化强化高温力学性能的铸态ztc4钛合金的制备方法，其特征在于，步骤1中采用真空感应悬浮熔炼的方法对各元素进行熔炼，铸锭反复重熔三遍，熔炼功率控制在160-180kw，得到所需钛合金铸锭。

技术总结本发明公开了一种微合金化强化高温力学性能的铸态ZTC4钛合金及制备方法，属于钛合金技术领域，该铸态ZTC4钛合金按质量百分比计，包括Al：6‑6.7％，V：3.6‑4.5％，Mo：0.04‑0.1％，Zr：0.04‑0.1％，Sn：0.04‑0.10％，Si：0.1‑0.15％，B：0.04‑1.0％，余量为Ti；对钛合金铸锭进行热等静压同步进行固溶处理，随后进行退火处理，随炉冷却到300℃以下，然后对钛合金铸锭进行时效处理后冷却至室温，得到铸态ZTC4钛合金。该铸态ZTC4钛合金塑性不降低的条件下显著提高了铸态ZTC4钛合金的高温强度，彻底解决了铸态ZTC4合金在复杂构件上应用的难题，具有较高的使用价值和推广价值。技术研发人员：陈孟民,陈战考,陈威,李烨飞,刘晓宇,孙巧艳,郑泽华受保护的技术使用者：西安泵阀总厂有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11