專利名稱：一種熱強(qiáng)損傷容限型鈦合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鈦合金，尤其是一種熱強(qiáng)損傷容限型鈦合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鈦合金作為一種輕金屬合金材料，具有比強(qiáng)度高、高比模量、高韌性、耐腐蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)件及其航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)制造，且隨著航空航天器設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高性能鈦合金的需求量也越來越大，航空航天飛行器中鈦合金的用量已經(jīng)成為衡量其先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一。50年代的朝鮮戰(zhàn)爭，美國飛機(jī)在戰(zhàn)場被擊落擊傷近1000架，60年代的越南戰(zhàn)爭， 美國飛機(jī)的損失更加慘重，累計(jì)4000多架。兩次大的戰(zhàn)爭美國的財(cái)力損失很大，但大大促進(jìn)了美國鈦工業(yè)和鈦加工技術(shù)的發(fā)展。美國在總結(jié)越南戰(zhàn)爭中飛機(jī)事故時(shí)發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)常常出現(xiàn)一種低應(yīng)力的斷裂事故，即構(gòu)件的工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度而發(fā)生的脆性斷裂事故。經(jīng)材料和力學(xué)家的分析發(fā)現(xiàn)，構(gòu)件內(nèi)部常常存在一種宏觀尺度裂紋。這種裂紋有可能是鑄造、鍛造、熱處理，甚至機(jī)械加工產(chǎn)生的。因此，這種帶有裂紋的構(gòu)件使用時(shí)的安全性、可靠性和壽命，當(dāng)然不能用ΟρΟΜ、、、!!/、、來衡量了。而是應(yīng)該用裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的抵抗能力來評(píng)價(jià)。如果材料的裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展抵抗能力越好，那么使用越安全，或者說， 即使構(gòu)件中存在裂紋，照樣可以使用而且不會(huì)造成斷裂或者很快就斷裂。把這個(gè)能力叫做斷裂韌性，材料上稱Km。20世紀(jì)70年代的飛機(jī)設(shè)計(jì)者，已經(jīng)考慮到提高飛機(jī)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)效益和構(gòu)件的壽命了。隨著飛機(jī)設(shè)計(jì)理念由傳統(tǒng)的單純靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變到安全-壽命、破損-安全，直至現(xiàn)代的損傷容限設(shè)計(jì)理念，先進(jìn)鈦合金材料也逐步向高斷裂韌型和低裂紋擴(kuò)展速率的損傷容限型鈦合金方向發(fā)展。目前，國外發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在損傷容限型鈦合金的研制和在先進(jìn)飛機(jī)上的應(yīng)用走在了前列，特別像中等強(qiáng)度Ti-6A1-4VELI900MPa)損傷容限型鈦合金和T-62222S( ο b彡IOOOMPa)損傷容限型鈦合金等，已經(jīng)成功應(yīng)用于美國的F_22、F-35、 C-17等新一代飛機(jī)中，大大提高了飛機(jī)的使用壽命和戰(zhàn)斗力。在我國相關(guān)部門的支持下， 我國也先后發(fā)展了中等強(qiáng)度的TC4-DT(0b> 900MPa)損傷容限型鈦合金和高等強(qiáng)度的 TC21(ob ^ IlOOMPa)損傷容限型鈦合金。以上這些損傷容限型鈦合金使用溫度一般都局限于350°C以下，主要應(yīng)用飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)件中。目前國內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中使用的熱強(qiáng)鈦合金主要為TCll鈦合金，其主要性能指標(biāo)見表1。對(duì)于使用于350°C 550°C的熱強(qiáng)損傷容限型鈦合金的研制則進(jìn)行的很少，限制了損傷容限型鈦合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用。表1-1、TCll鈦合金零件室溫力學(xué)性能指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種熱強(qiáng)損傷容限型鈦合金，其特征在于，按照質(zhì)量百分比，包含以下組分5. 8-7. 2% Al ；2. 8-3. 8 % Mo ；1. 6-2. 5 % Nb ；1. 6-2. 5Sn ；1. 6-2. 5 % Zr ；0. 15-0. 25 % Si ；其余為Ti。
2.—種權(quán)利要求1所述熱強(qiáng)損傷容限型鈦合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)按照組分含量進(jìn)行混料，使用壓力機(jī)及模具壓制為電極塊；2)采用真空等離子焊、氬氣保護(hù)等離子焊或真空電子束焊將步驟1)壓制好的電極快組焊為長條狀電極；3)用步驟2)制得的長條狀電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行熔煉獲得一次錠；4)將一次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉獲得二次錠；5)將二次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉獲得成品鑄錠；6)熔煉完成后將成品鑄錠冷卻到200°C以下出爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟幻中，熔煉電流5 12KA，熔煉電壓控制在沈 45V。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，熔煉電流6 15KA，熔煉電壓控制在沈 45V。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟幻中，熔煉電流6 20KA，熔煉電壓控制在沈 45V。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱強(qiáng)損傷容限型鈦合金及其制備方法，該合金按照質(zhì)量百分比，包含的組分為5.8-7.2％Al；2.8-3.8％Mo；1.6-2.5％Nb；1.6-2.5Sn；1.6-2.5％Zr；0.15-0.25％Si；其余為Ti。該合金的制備方法包括配料及電極壓制、電極制備、制備一次錠、制備二次錠、制備鑄錠，最后熔煉完成后鑄錠要求冷卻到200℃以下出爐。采用本發(fā)明的制備方法得到的鈦合金所生產(chǎn)的零件在350℃～550℃的高溫強(qiáng)度、斷裂韌性等性能明顯高于目前使用的TC11熱強(qiáng)鈦合金，同時(shí)零件的塑性、沖擊等性能方面與TC11熱強(qiáng)鈦合金在一個(gè)數(shù)量級(jí)別，并具有較高的室溫強(qiáng)度和更好的熱加工工藝性。這些性能開闊了該種鈦合金及其零件在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用范圍，提高了使用效率，降低了成本，具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22C1/02GK102260806SQ20111018545
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者劉娣, 周中波, 常輝, 張利軍, 朱鵬超, 王幸運(yùn), 田軍強(qiáng), 白鈺, 薛祥義 申請(qǐng)人:西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司