本發(fā)明屬于ti2alnb合金，具體涉及一種高強(qiáng)抗熱裂ti2alnb-ta合金。
背景技術(shù)：
1、ti2alnb基合金是新一代高超音速飛行器、高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)等航空航天用關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料，具有低密度、高比強(qiáng)度、良好的室溫塑性和斷裂韌性、以及優(yōu)異的抗蠕變能力等優(yōu)異性能，故被視為極具發(fā)展?jié)摿Φ妮p質(zhì)耐高溫結(jié)構(gòu)材料之一；然而，當(dāng)其服役溫度高于650℃時(shí)，低溫穩(wěn)定存在的有序正交o相轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方相(β/b2相)，導(dǎo)致其強(qiáng)度急劇下降；此外，ti2alnb基合金在制備、熱加工和熱處理過程中，由于正交相變的持續(xù)發(fā)生從而產(chǎn)生相變應(yīng)力，導(dǎo)致試樣發(fā)生熱裂現(xiàn)象。
2、難熔元素ta與nb同屬vb族，在ti2alnb基合金高溫強(qiáng)化設(shè)計(jì)中占有重要地位。由于ta元素相較于nb元素具有更高的熔點(diǎn)以及更優(yōu)異的高溫強(qiáng)化作用，因此在ti2alnb基合金中以ta元素部分替代nb元素，已成為改善其高溫力學(xué)性能與熱穩(wěn)定性的關(guān)鍵研究路徑。鋼鐵研究總院mao等人以ti-22al-27nb合金為原始合金，設(shè)計(jì)了ti-22al-23nb-3ta和ti-22al-20nb-7ta兩種ti2alnb-ta合金，利用ta元素細(xì)化初始β晶粒和o相組織，從而提高合金強(qiáng)度和塑性，ti-22al-20nb-7ta合金的室溫強(qiáng)度和塑性分別為1200mpa和9.8％，650℃高溫強(qiáng)度和塑性分別為970mpa和14％。云南大學(xué)zhou等人利用ta元素部分替代nb元素，成功制備了ti-22al-20nb-7ta合金，室溫屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提升了14.3％和13.8％，同時(shí)延伸率保持在10％；在650℃高溫條件下，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提高了20.1％和23.4％，延伸率仍保持在13％。
3、西安工業(yè)大學(xué)在公開專利cn111621659a中提出了一種粉末冶金法制備ti2alnb合金的方法，利用粉末冶金制備ti-22al-(27-x-y)nb-xv-yta合金(其中0<x≤5，0<y≤5)，并通過熱處理工藝調(diào)控顯微組織，最終得到性能優(yōu)異的ti2alnb合金。在公開專利cn115612879a中，首先通過電子束選區(qū)熔化成形ti2alnb-ta合金構(gòu)件，后續(xù)采用去應(yīng)力退火有效降低零件內(nèi)部殘余應(yīng)力，最終使合金獲得了優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。
4、綜上所述，通過引入ta元素的合金化改性可有效提升ti2alnb基合金的高溫性能，但當(dāng)前技術(shù)體系(包括已公開文獻(xiàn)及專利技術(shù))普遍忽視了工程應(yīng)用中亟待解決的熱裂敏感性問題—尤其是在增材制造、焊接制造等加工領(lǐng)域，試樣在后續(xù)熱處理去應(yīng)力過程中因復(fù)雜相變引發(fā)的開裂現(xiàn)象，已嚴(yán)重制約了該合金體系的工程化應(yīng)用進(jìn)展，因此，針對(duì)上述問題，有必要進(jìn)行改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題：提供一種高強(qiáng)抗熱裂ti2alnb-ta合金，在保持al/nb比不變的條件下，引入合金化ta元素，并利用ta作為異質(zhì)形核核心促進(jìn)形核并抑制晶粒長(zhǎng)大，同時(shí)ta元素對(duì)β相的穩(wěn)定作用提高了體系的過冷度，協(xié)同促進(jìn)組織細(xì)化，從而確保ta作為合金化元素提升合金強(qiáng)度；使得ti2alnb-ta合金具有更優(yōu)異的室溫力學(xué)性能和抗熱裂紋擴(kuò)展能力，能夠有效避免因復(fù)雜相變導(dǎo)致的開裂問題。
2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案：高強(qiáng)抗熱裂ti2alnb-ta合金，所述ti2alnb-ta合金由ti、al、nb、ta組成，其中，各成分的原子百分?jǐn)?shù)具體如下：al為22at.％，nb為25at.％，ta為4-20at.％，余量為ti。
3、其中，所述ti2alnb-ta合金以ti-22al-25nb合金、純度＞99.99％的鋁豆、純度＞99.95％的鈮板和純度＞99.95％的鉭板為原材料，通過真空非自耗電弧熔煉而成。
4、進(jìn)一步地，所述ti-22al-25nb合金、純度＞99.99％的鋁豆、純度＞99.95％的鈮板和純度＞99.95％的鉭板通過真空非自耗電弧熔煉獲得al含量為22at.％、nb含量為25at.％、ta含量為5at.％、余量為ti的ti-22al-25nb-5ta合金。
5、優(yōu)選地，所述ti-22al-25nb-5ta合金的壓縮屈服強(qiáng)度為1119.8±6.7mpa。
6、進(jìn)一步地，所述ti-22al-25nb合金、純度＞99.99％的鋁豆、純度＞99.95％的鈮板和純度＞99.95％的鉭板通過真空非自耗電弧熔煉獲得al含量為22at.％、nb含量為25at.％、ta含量為7at.％、余量為ti的ti-22al-25nb-7ta合金。
7、優(yōu)選地，所述ti-22al-25nb-7ta合金的壓縮屈服強(qiáng)度為1118.2±8.2mpa。
8、進(jìn)一步地，所述ti-22al-25nb合金、純度＞99.99％的鋁豆、純度＞99.95％的鈮板和純度＞99.95％的鉭板在真空非自耗電弧熔煉前向抽真空的爐腔內(nèi)沖入高純氬氣，在熔煉過程中施加電磁攪拌，并利用熔體的強(qiáng)制對(duì)流使合金元素均勻分散，并反復(fù)熔煉6-8次以確保高熔點(diǎn)nb、ta元素完全熔化。
9、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)：
10、1、本技術(shù)方案中nb元素作為ti2alnb基合金的重要組成元素，在保證合金良好的室溫塑性、斷裂韌性以及優(yōu)異的抗蠕變性能方面發(fā)揮著不可替代的作用；al元素在保證合金高強(qiáng)度和優(yōu)異抗氧化性方面發(fā)揮著重要作用，而nb元素在確保合金良好的室溫塑性和斷裂韌性方面提供優(yōu)異特性，兩者協(xié)同作用下維持al/nb比，可有效規(guī)避基體性能的劣化風(fēng)險(xiǎn)，在此基礎(chǔ)上，引入高溫強(qiáng)化元素ta以調(diào)控合金微觀組織結(jié)構(gòu)和相變動(dòng)力學(xué)行為，從而顯著提升ti2alnb-ta合金的高溫性能和抗熱裂傾向；
11、2、本技術(shù)方案在保持al/nb比不變的條件下，引入合金化ta元素，并利用ta作為異質(zhì)形核核心促進(jìn)形核并抑制晶粒長(zhǎng)大，同時(shí)ta元素對(duì)β相的穩(wěn)定作用提高了體系的過冷度，協(xié)同促進(jìn)組織細(xì)化，從而確保ta作為合金化元素提升合金強(qiáng)度；使得ti2alnb-ta合金具有更優(yōu)異的室溫力學(xué)性能和抗熱裂紋擴(kuò)展能力，能夠有效避免因復(fù)雜相變導(dǎo)致的開裂問題。
1.高強(qiáng)抗熱裂ti2alnb-ta合金，其特征在于：所述ti2alnb-ta合金由ti、al、nb、ta組成，其中，各成分的原子百分?jǐn)?shù)具體如下：al為22at.％，nb為25at.％，ta為4-20at.％，余量為ti。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)抗熱裂ti2alnb-ta合金，其特征在于：所述ti2alnb-ta合金以ti-22al-25nb合金、純度＞99.99％的鋁豆、純度＞99.95％的鈮板和純度＞99.95％的鉭板為原材料，通過真空非自耗電弧熔煉而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)抗熱裂ti2alnb-ta合金，其特征在于：所述ti-22al-25nb合金、純度＞99.99％的鋁豆、純度＞99.95％的鈮板和純度＞99.95％的鉭板通過真空非自耗電弧熔煉獲得al含量為22at.％、nb含量為25at.％、ta含量為5at.％、余量為ti的ti-22al-25nb-5ta合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)抗熱裂ti2alnb-ta合金，其特征在于：所述ti-22al-25nb-5ta合金的壓縮屈服強(qiáng)度為1119.8±6.7mpa。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)抗熱裂ti2alnb-ta合金，其特征在于：所述ti-22al-25nb合金、純度＞99.99％的鋁豆、純度＞99.95％的鈮板和純度＞99.95％的鉭板通過真空非自耗電弧熔煉獲得al含量為22at.％、nb含量為25at.％、ta含量為7at.％、余量為ti的ti-22al-25nb-7ta合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)抗熱裂ti2alnb-ta合金，其特征在于：所述ti-22al-25nb-7ta合金的壓縮屈服強(qiáng)度為1118.2±8.2mpa。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-6任一項(xiàng)所述的高強(qiáng)抗熱裂ti2alnb-ta合金，其特征在于：所述ti-22al-25nb合金、純度＞99.99％的鋁豆、純度＞99.95％的鈮板和純度＞99.95％的鉭板在真空非自耗電弧熔煉前向抽真空的爐腔內(nèi)沖入高純氬氣，在熔煉過程中施加電磁攪拌，并利用熔體的強(qiáng)制對(duì)流使合金元素均勻分散，并反復(fù)熔煉6-8次以確保高熔點(diǎn)nb、ta元素完全熔化。