本發(fā)明屬于鈦合金加工技術領域，具體涉及一種Ti2AlNb基合金，本發(fā)明還涉及上述Ti2AlNb基合金鑄錠的制備方法。
背景技術：
隨著航空航天工業(yè)的不斷發(fā)展，對發(fā)動機熱端部件用高溫結構材料提出了進一步減重和提高高溫服役性能的要求。Ti2AlNb基金屬間化合物因具有密度小、比強度和比彈性模量高、高溫抗蠕變及抗氧化能力強等優(yōu)勢，使其成為最具潛力的輕質高溫結構材料，并在國內外得到了廣泛研究。經過二十多年的發(fā)展，人們在Ti2AlNb基合金的成分設計、相結構和相關系，熱加工工藝，顯微組織與力學性能取得了較大的進展，但仍然存在著很多問題。首先，雖然現有的具有工程意義的Ti2AlNb基合金能夠同時具備較好的室溫和高溫性能，但是當使用溫度大于700℃，其蠕變性能嚴重下降，表明Ti2AlNb基合金的發(fā)展仍不夠成熟，其綜合性能有待進一步提高，從而滿足不斷提出的性能要求。其次在Ti2AlNb基合金工程化制備過程中，由于合金中添加Nb元素比重高，極易造成組織粗大和成分偏析，亟待有效解決工程化應用中所暴露出的問題；最后，作為航空發(fā)動機材料Ti2AlNb由于合金元素Nb含量高，使其在700～800℃抗氧化能嚴重下降，因此800℃以上抗氧化性不足也是存在的最主要問題。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的是提供一種Ti2AlNb基合金。
本發(fā)明的另一目的是提供上述Ti2AlNb基合金鑄錠的制備方法。
本發(fā)明所采用的技術方案是，一種Ti2AlNb基合金，其各組成成分的原子百分比為Al：20％～25％，Nb：22％～27％，V：0.80％～2.0％，Mo：0.80％～2.0％，Zr：0.80％～2.0％，Si：0.10％～0.50％，余量為Ti，以上成分原子百分比之和為100％。
本發(fā)明所采用的另一技術方案是，一種Ti2AlNb基合金鑄錠的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟1，壓制電極塊：
將0級海綿鈦，NbTi中間合金、HZr中間合金、Al60Mo中間合金、Al55V中間合金和Ti50Si中間合金混合均勻，壓制成電極塊；
步驟2，焊接電極：
將步驟1壓制得到的電極塊在等離子爐內焊接成自耗電極；
步驟3，鑄錠熔煉：
將步驟2得到的電極置于真空自耗電弧爐中，經三次真空自耗電弧熔煉，即得到Ti-22Al-25Nb-Zr-Mo-V-Si合金鑄錠。
本發(fā)明的特點還在于，
步驟1中各原料按照原子百分比：Al：20％～25％，Nb：22％～27％，V：0.80％～2.0％，Mo：0.80％～2.0％，Zr：0.80％～2.0％，Si：0.10％～0.50％，余量為Ti，以上成分原子百分比之和為100％，進行配料。
第一次熔煉過程中漏氣率控制在1.0Pa/min以下，熔煉電流13kA～16kA，穩(wěn)弧電流為直流3.0A～12A，熔煉電壓為34～37V，熔煉后冷卻時間大于3.0小時。
第二次熔煉過程中漏氣率控制在0.8Pa/min以下，熔煉電流14kA～18kA，穩(wěn)弧電流為交流3.0～10A，熔煉電壓選擇34～37V，熔煉后冷卻時間大于4小時。
第三次煉過程中漏氣率控制在0.60Pa/min以下，熔煉電流16kA～20kA，穩(wěn)弧電流為交流6.0～12A，熔煉電壓選擇34～37V，熔煉后冷卻時間大于5小時。
三次真空熔煉的坩堝規(guī)格依次為Φ360mm、Φ440mm、Φ520mm。
每次熔煉后將鑄錠進行平頭處理，然后掉頭，進行下一次熔煉。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明通過在Ti2AlNb基合金中添加適量Mo，在不顯著降低合金塑形的條件下，顯著提高了合金的拉伸強度，降低了合金的蠕變殘余伸長量，Mo和Si同時加入時效果更加明顯；添加Zr元素改善了合金的蠕變性能，且Zr元素的添加對合金的室溫強度和延伸率無影響；添加V元素不僅可以提高合金的室溫強度、塑形和抗蠕變能力，同時可以降低合金的密度。最終得到了具有優(yōu)異的抗氧化性能和高溫蠕變性能的Ti2AlNb基合金。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明一種Ti2AlNb基合金，其各組成成分的原子百分比為Al：20％～25％，Nb：22％～27％，V：0.80％～2.0％，Mo：0.80％～2.0％，Zr：0.80％～2.0％，Si：0.10％～0.50％，余量為Ti，以上成分原子百分比之和為100％。
上述一種Ti2AlNb基合金鑄錠的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟1：按照原子百分比為Ti-22Al-25Nb-(0.8-2.0)Zr-(0.8-2.0)Mo-(0.8-2.0)V-(0.1-0.5)Si(at％)(即按照原子百分比為Al：20％～25％，Nb：22％～27％，V：0.80％～2.0％，Mo：0.80％～2.0％，Zr：0.80％～2.0％，Si：0.10％～0.50％，余量為Ti，以上成分原子百分比之和為100％)進行配料，合金的原材料選擇0級海綿鈦，NbTi中間合金、HZr中間合金、Al60Mo中間、Al55V中間合金和Ti50Si中間合金；
步驟2：將步驟1選取的0級海綿鈦和中間合金添加劑混合后進行電極塊壓制，壓制之前對海綿鈦進行挑料，確保原料質量，將挑好的原料混合均勻后在3000T油壓機上壓制成設計規(guī)格的電極塊；
步驟3：將壓制的電極塊在等離子爐內焊接成自耗電極；
步驟4：一次熔煉采用Φ360mm的坩堝，在熔煉過程中漏氣率控制在1.0Pa/min以下，熔煉電流13kA～16kA，穩(wěn)弧電流為直流3.0A～12A，熔煉電壓為34V～37V，熔煉后冷卻時間大于3.0小時，熔煉完成后在車床上做平頭處理；
步驟5：將一次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ440mm的坩堝，在熔煉過程中漏氣率控制在0.8Pa/min以下，熔煉電流14kA～18kA，穩(wěn)弧電流為交流3.0A～10A，熔煉電壓選擇34V～37V，熔煉后冷卻時間大于4小時。
步驟6：將二次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ520mm的坩堝，在熔煉過程中漏氣率控制在0.60Pa/min以下，熔煉電流16kA～20kA，穩(wěn)弧電流為交流6.0A～12A，熔煉電壓選擇34V～37V，熔煉后冷卻時間大于5小時。
本發(fā)明以Ti-22Al-25Nb合金為基體成分，在其中設計添加了V為0.80％～2.0％、Mo為0.80％～2.0％、Zr為0.80％～2.0％，Si為0.10％～0.50％。以原子百分比將配比原料混合進行電極壓制、自耗電極等離子焊接，多次真空熔煉，即制備出一種新型合金，該合金可顯著提高抗氧化性能和高溫蠕變性能?；诔煞?組織-性能關系上的考慮，從合金成分設計角度，本發(fā)明Ti2AlNb基合金，通過添加適量Mo在不顯著降低合金塑形的條件下，會顯著提高合金的拉伸強度，降低合金的蠕變殘余伸長量，Mo和Si同時加入時效果更加明顯。適量添加Zr元素可改善合金的蠕變性能，且Zr元素的添加對合金的室溫強度和延伸率無影響。添加V元素不僅可以提高合金的室溫強度、塑形和抗蠕變能力，同時可以降低合金的密度。
實施例1
步驟1：按照原子百分比為Ti-20Al-22Nb-0.8Zr-0.8Mo-0.8V-0.1Si(at％)進行配料。合金的原材料選擇0級海綿鈦，NbTi中間合金、HZr中間合金、Al60Mo中間、Al55V中間合金和Ti50Si中間合金。
步驟2：將步驟1選取的0級海綿鈦和中間合金添加劑混合后進行電極塊壓制，壓制之前對海綿鈦進行挑料，確保原料質量，將挑好的原料混合均勻后在3000T油壓機上壓制成設計規(guī)格的電極塊；
步驟3：將壓制的電極塊在等離子爐內焊接成自耗電極；
步驟4：一次熔煉采用Φ360mm的坩堝，在熔煉過程中漏氣率控制在1.0Pa/min以下，熔煉電流13kA，穩(wěn)弧電流為直流3.0A，熔煉電壓為34V，熔煉后冷卻時間大于3.0小時，熔煉完成后在車床上做平頭處理；
步驟5：將一次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ440mm的坩堝，在熔煉過程中漏氣率控制在0.8Pa/min以下，熔煉電流14kA，穩(wěn)弧電流為交流3.0A，熔煉電壓選擇34V，熔煉后冷卻時間大于4小時。
步驟6：將二次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ520mm的坩堝，在熔煉過程中漏氣率控制在0.60Pa/min以下，熔煉電流16kA，穩(wěn)弧電流為交流6.0A，熔煉電壓選擇34V，熔煉后冷卻時間大于5小時。
采用上述步驟設計并制備了成分均勻的鑄錠，鍛造棒材的氧化性能和高溫蠕變性能較原先Ti2AlNb基合金Ti-22Al-25Nb顯著提高。
實施例2
步驟1：按照原子百分比為Ti-22Al-25Nb-2.0Zr-2.0Mo-2.0V-0.5Si(at％)進行配料。合金的原材料選擇0級海綿鈦，NbTi中間合金、HZr中間合金、Al60Mo中間、Al55V中間合金和Ti50Si中間合金。
步驟2：將步驟1選取的0級海綿鈦和中間合金添加劑混合后進行電極塊壓制，壓制之前對海綿鈦進行挑料，確保原料質量，將挑好的原料混合均勻后在3000T油壓機上壓制成設計規(guī)格的電極塊；
步驟3：將壓制的電極塊在等離子爐內焊接成自耗電極；
步驟4：一次熔煉采用Φ360mm的坩堝，在熔煉過程中漏氣率控制在0.8Pa/min以下，熔煉電流14kA，穩(wěn)弧電流為直流8.0A，熔煉電壓為35V，熔煉后冷卻時間大于3.0小時，熔煉完成后在車床上做平頭處理；
步驟5：將一次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ440mm的坩堝，在熔煉過程中漏氣率控制在0.7Pa/min以下，熔煉電流16kA，穩(wěn)弧電流為交流9.0A，熔煉電壓選擇36V，熔煉后冷卻時間大于4小時。
步驟6：將二次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ520mm的坩堝，在熔煉過程中漏氣率控制在0.5Pa/min以下，熔煉電流18kA，穩(wěn)弧電流為交流10A，熔煉電壓選擇35V，熔煉后冷卻時間大于5小時。
采用上述步驟設計并制備了成分均勻的鑄錠，鍛造棒材的高溫蠕變性能較原先Ti2AlNb基合金顯著提高。
實施例3
步驟1：按照原子百分比為Ti-22Al-25Nb-1.5Zr-1.5Mo-1.5V-0.3Si(at％)進行配料。合金的原材料選擇0級海綿鈦，NbTi中間合金、HZr中間合金、Al60Mo中間、Al55V中間合金和Ti50Si中間合金。
步驟2：將步驟1選取的0級海綿鈦和中間合金添加劑混合后進行電極塊壓制，壓制之前對海綿鈦進行挑料，確保原料質量，將挑好的原料混合均勻后在3000T油壓機上壓制成設計規(guī)格的電極塊；
步驟3：將壓制的電極塊在等離子爐內焊接成自耗電極；
步驟4：一次熔煉采用Φ360mm的坩堝，在熔煉過程中漏氣率控制在1.0Pa/min以下，熔煉電流16kA，穩(wěn)弧電流為直流12A，熔煉電壓為37V，熔煉后冷卻時間大于3.0小時，熔煉完成后在車床上做平頭處理；
步驟5：將一次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ440mm的坩堝，在熔煉過程中漏氣率控制在0.8Pa/min以下，熔煉電流18kA，穩(wěn)弧電流為交流10A，熔煉電壓選擇37V，熔煉后冷卻時間大于4小時。
步驟6：將二次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，采用Φ520mm的坩堝，在熔煉過程中漏氣率控制在0.60Pa/min以下，熔煉電流20kA，穩(wěn)弧電流為交流12A，熔煉電壓選擇37V，熔煉后冷卻時間大于5小時。
采用上述步驟設計并制備了成分均勻的鑄錠，鍛造棒材的高溫蠕變性能較原先Ti2AlNb基合金顯著提高。