[发明专利]一种Ti-6Al-4V改进型钛合金及其加工方法

说明书

技术领域

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种Ti-6Al-4V改进型钛合金及其加工方法。

背景技术

钛合金作为一种轻金属合金材料，具有比强度高、高比模量、高韧性、耐腐蚀等一系列优点，广泛应用于飞机机体结构件及其航空发动机的生产制造，且随着航空航天器设计技术的发展，对高性能钛合金的需求量也越来越大，航空航天飞行器中钛合金的用量已经成为衡量其先进程度的重要标志之一。

Ti-6Al-4V钛合金最初由美国在1954年首先研制成功，目前已经发展成为一种国际性的钛合金，是目前人们对其研究最为全面、最为深入的钛合金。在航空、航天、民用等工业中得到了广泛应用，目前占钛合金产量的一半以上。该合金具有良好的工艺塑性和超塑性，合金α+β/β转变温度980℃～1010℃，长期工作温度可达400℃。

1973年开始，我国为配合涡扇-8航空发动机Ti-6Al-4V钛合金叶片的研制工作，开始了该合金的仿制与工程应用研究，我国仿制后命名牌号TC4。目前我国已经采用该合金制造飞机结构中的梁、框、起落架、紧固件，以及航空发动机风扇、压气机盘、机匣、叶片等，航天飞行器压力容器、结构件等，同时也大量用于其它各工业行业中，如医用钛合金、化工用钛合金等。

新一代航空发动机的服役寿命较上一代航空发动机的有较大幅度的提升，同时其推重比进一步增加(推重比由过去的5～8，提升到10以上)，对其部件的强度以及高周疲劳寿命提出了更高的要求，特别是作为主要转动件的压气机部件性能要求进一步提高。航空发动机压气机(含风扇部分)部件主要使用钛合金材料制造，其低压压气机(含风扇)部件等一般使用Ti-6Al-4V钛合金制造，目前普通的Ti-6Al-4V钛合金由于强度和高周疲劳性能较低，满足不了新一代推重比10以上的航空发动机设计制造及服役需求，普通Ti-6Al-4V钛合金化学成分、室温力学性能、高温力学性能以及高周疲劳性能指标见表1-1、1-2、1-3、1-4，目前普通Ti-6Al-4V合金中的氧含量正常不高于0.15％，Fe含量正常不高于0.05％，都作为杂质元素控制。

表1-1  国家标准GB/T3620.1-2007中规定普通Ti-6Al-4V钛合金化学成分范围

表1-2  普通Ti-6Al-4V钛合金室温力学性能指标(GB/T2965、GJB2744等国家标准)

注：热处理制度，750～850℃×60min，AC。

表1-3  普通Ti-6Al-4V钛合金高温力学性能指标(GB/T2965、GJB2744等国家标准)

注：热处理制度，750～850℃×60min，AC。

表1-4  普通Ti-6Al-4V钛合金高周旋转弯曲疲劳性能指标

注：热处理制度，750～850℃×60min，AC。

发明内容

本发明为克服现有技术中的问题，提供一种Ti-6Al-4V改进型钛合金及其加工方法，该合金由于氧含量及其间隙元素有效控制，较普通的Ti-6Al-4V钛合金较大幅度提高了其强度和高周疲劳性能，能够满足新一代推重比10以上航空发动机压气机(风扇)部件的设计制造需求。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种Ti-6Al-4V改进型钛合金，该合金的化学成分按质量百分数计，包括5.8～6.8％的Al，3.8～4.6％的V，0.02～0.45％的Fe，0.17～0.26％的O，小于等于0.08％的C，小于等于0.05％的N，小于等于0.008％的H，其余为Ti。

该合金的化学成分按质量百分数计，包括5.8～6.8％的Al，3.8～4.6％的V，0.02～0.45％的Fe，0.17～0.26％的O，大于0且小于等于0.08％的C，大于0且小于等于0.05％的N，大于0且小于等于0.008％的H，其余为Ti。

所述该合金的原料为海绵钛、Al-V中间合金、纯金属Al、纯金属Fe和Ti₂O，或该合金的原料为海绵钛、Al-V中间合金、纯金属Al、Ti-Fe中间合金和Ti₂O。