[发明专利]一种高强高韧损伤容限型结构钛合金

说明书

技术领域

本发明属于高强钛合金技术领域，具体涉及一种可应用于航空航天高强 结构体中的高强高韧损伤容限型结构钛合金。

背景技术

金属材料兼具优良的综合力学性能和物理化学性能，因而成为主流的 结构材料。强度、塑性和韧性不仅是表征金属材料力学性能的重要指标， 也成为高性能金属材料的设计准则。随着损伤容限设计准则在航空航天领 域中应用程度的不断提高，材料的损伤容限性能(疲劳裂纹扩展速率及断 裂韧性)逐渐成为考核材料能否满足结构设计的重要指标。

随着损伤容限设计准则的发展及运用，先进钛合金材料也逐步向具有 高断裂韧性和低裂纹扩展速率的损伤容限型钛合金方向发展。目前,国外 发达国家已经在新型损伤容限型钛合金材料研制和在先进飞机上的应用 方面走在了前列,特别是像中强度的Ti-6Al-4VELI钛合金和高强度的 Ti-6-22-22S钛合金等,已经成功地应用在了美国F-22，F-35和C-17等新 一代飞机中,大大地提高了飞机的使用寿命和战斗力。

随着飞机设计理念的发展,钛合金结构的损伤容限设计思路在我国也 开始得到关注。自“十五”以来,立足国内现状,研究人员先后自主创新开 发了TC4-DT和TC21等损伤容限型钛合金，这两种合金在1000～1100MPa 的中等强度水平下具有较高的断裂韧性(K_IC≥70MPa·m^1/2)和较低的裂纹 扩展速率。随着飞机对高减重的设计与应用要求越来越高,飞机对具有高 强度的损伤容限型钛合金材料应用需求也越来越迫切。为了满足更高的实 际应用需求，高强度损伤容限型钛合金是实现高结构效率重要材料技术, 也是各国高性能钛合金研发的努力方向之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一 种高强高韧损伤容限型结构钛合金，该结构钛合金中含有较多的α稳定元 素Al以及适量的β共析型元素Cr、Fe，其采用多元强化的方式，通过对 合金中α稳定元素和β稳定元素含量的控制来控制其中α相与β相的比例， 使合金处于双相合金序列，该结构钛合金经热处理后的抗拉强度 R_m≥1200Mpa，断裂韧性K_IC≥65MPa·m^1/2，疲劳裂纹扩展速率 Da/dN≤10^-5mm/cycle。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强高韧损伤容 限型结构钛合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Al 4％～6％，Mo3％～4％，V3％～4％，Cr+Fe2％～4％，Nb1％～2％，Zr0～2％， 余量为Ti和其他不可避免的杂质，其中Mo的质量百分含量与V的质量 百分含量相等，Cr的质量百分含量不小于1.5％，Fe的质量百分含量大于 0且小于等于1.5％，所述高强高韧损伤容限型结构钛合金经热处理后的抗 拉强度R_m≥1200Mpa，断裂韧性K_IC≥65MPa·m^1/2，疲劳裂纹扩展速率 Da/dN≤10^-5mm/cycle。

上述的一种高强高韧损伤容限型结构钛合金，其特征在于，由以下质 量百分含量的成分组成：Al5％～6％，Mo3％～3.5％，V3％～3.5％，Cr+Fe 3％～4％，Nb1％～2％，余量为Ti和其他不可避免的杂质。

上述的一种高强高韧损伤容限型结构钛合金，其特征在于，由以下质 量百分含量的成分组成：Al6％，Mo3％，V3％，Cr3％，Fe0.5％，Nb2％， 余量为Ti和其他不可避免的杂质。

上述的一种高强高韧损伤容限型结构钛合金，其特征在于，所述高强 高韧损伤容限型结构钛合金中Zr的质量百分含量为1％～2％。

上述的一种高强高韧损伤容限型结构钛合金，其特征在于，由以下质 量百分含量的成分组成：Al5％，Mo3.5％，V3.5％，Cr2％，Fe1％，Nb1％， Zr2％，余量为Ti和其他不可避免的杂质。

上述的一种高强高韧损伤容限型结构钛合金，其特征在于，由以下质 量百分含量的成分组成：Al4％，Mo3％，V3％，Cr2％，Fe1％，Nb1％， Zr1％，余量为Ti和其他不可避免的杂质。