[發明專利]一種用于加工壓力管材的鈦合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201711188661.1
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107779669B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 張旺峰;張暉;王玉會;李野;李興無
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/02;C22F1/18;C22F1/02;C21D8/10
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 仉宇

本發明公開了一種用于加工壓力管材的鈦合金及其制備方法，特別涉及用于制作飛機和發動機及各種武器裝備管路系統用管材的鈦合金，該合金成分的重量百分比組成為：Al：4～5％；V：2～4％；Fe：0.3～0.6％；余量為Ti；或者再加Zr：1.2～1.8％；其中，雜質元素總量≤0.3％,且間隙雜質元素C≤0.05％，N≤0.02％；H≤0.015％；O≤0.12％。本發明合金經[Al]_當量、[V]_當量設計，通過合理的熱加工、冷加工及熱處理，該鈦合金在抗拉強度等力學性能上超過現有的TA18鈦合金，但仍保持良好的冷加工性能和焊接性，可以用于經軋制等冷成形工藝制造鈦合金液壓等系統用管材，也可用于制造承力結構用管材。

技術領域

本發明屬于鈦合金技術領域，尤其涉及一種用于加工壓力管材的高強度和高塑性的鈦合金及其制備方法。

技術背景

鈦合金由于比強度高、耐高溫、耐腐蝕等優點，在航空航天、艦船、兵器、化工、汽車、醫療等領域得到廣泛應用，鈦合金用量的大小也是航空裝備先進程度的重要標志之一。正因為如此，從減重及長壽命設計角度而言，鈦合金管材在飛機及發動機上也成為首選材料。鈦合金管材除了具有比強度高的減重優勢外(同等強度的鈦合金替代現有Cr-Ni系不銹鋼管可減重42％)，高強度鈦合金管材由于可提高管路的壓力等級，還可進一步減重，據報道伊頓為空客A380飛機設計制造的液壓管路系統由于提高了管路壓力，使A380的總重量減少了一噸以上，減重效果十分明顯；另據研究，鈦合金制成的管路、散熱器等部件，壽命可比不銹鋼提高10倍左右，因此，在飛機和發動機上使用鈦合金管材可同時滿足減重和長壽命雙重要求。

目前，用于制作管材的鈦合金主要有工業純鈦和TC1、TC2、TA16、Ti-3Al-2.5V(TA18)鈦合金，工業純鈦和TC1、TC2、TA16一般強度級別不大于600MPa；Ti-3Al-2.5V退火態強度級別為620MPa，即使是冷軋加去應力退火態也只能達到860MPa強度級別。用于飛機和發動機液壓、燃油等系統的管材主要是Ti-3Al-2.5V。隨著航空等武器裝備管路壓力等級的提高，Ti-3Al-2.5V制成的管材，由于強度等級的限制，無法滿足新一代武器裝備管路壓力的提高的要求，如果用Ti-6Al-4V鈦合金制作管材，雖然強度等級高可以達到管路壓力對材料的強度要求，但由于材料塑性低，除了制備困難、容易產生缺陷外，在使用時，彎曲、擴口、壓扁、以及與管接頭連接等工藝塑性差，因而，不適合采用冷成形方法制備管材，特別是用于飛機和發動機液壓燃油等系統的管材。

鈦合金專利CN 102181747 B公開了“一種具有良好冷熱成形性的α+β型鈦合金”，抗拉強度高于TC4，塑性也偏低，不適合制造管材。

由于現有的鈦合金沒用適合制造更高強度、塑性好的鈦合金管材材料，因此開發兼具優良冷成形性、可焊性、強度高于Ti-3Al-2.5V，塑性高于Ti-6Al-4V的新鈦合金是新一代武器裝備管路材料所迫切需求的。

另外，目前對鈦合金材料組份設計主要還局限在經驗設計的基礎上，需要投入較高的實驗成本，一旦材料力學性能不符合要求，需要重新調整組份后再進行實驗，因此迫切需要建立一種能夠對鈦合金的成分給出科學指導的數學模型。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提出一種適于制造壓力管材的高強度、高塑性的鈦合金材料及其制備方法，所述鈦合金的力學性能明顯優于TA18合金，并具有優良的冷成形性和可焊性；還提供了一種鈦合金材料的成分設計模型。

本發明的技術方案一是提供一種用于加工壓力管材的兼具高強度和高塑性的鈦合金，所述鈦合金的組份及重量百分比為：Al：4～5％；V：2～4％；Fe：0.3～0.6％；余量為Ti；其中：雜質元素總量≤0.3％，且間隙雜質元素C≤0.05％，N≤0.02％；H≤0.015％；O≤0.12％，且不含有Mo、Nb、Cr；所述鈦合金為近α型或α+β型鈦合金。