[发明专利]一种用于加工压力管材的钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于加工压力管材的钛合金及其制备方法，特别涉及用于制作飞机和发动机及各种武器装备管路系统用管材的钛合金，该合金成分的重量百分比组成为：Al：4～5％；V：2～4％；Fe：0.3～0.6％；余量为Ti；或者再加Zr：1.2～1.8％；其中，杂质元素总量≤0.3％,且间隙杂质元素C≤0.05％，N≤0.02％；H≤0.015％；O≤0.12％。本发明合金经[Al]_当量、[V]_当量设计，通过合理的热加工、冷加工及热处理，该钛合金在抗拉强度等力学性能上超过现有的TA18钛合金，但仍保持良好的冷加工性能和焊接性，可以用于经轧制等冷成形工艺制造钛合金液压等系统用管材，也可用于制造承力结构用管材。

技术领域

本发明属于钛合金技术领域，尤其涉及一种用于加工压力管材的高强度和高塑性的钛合金及其制备方法。

技术背景

钛合金由于比强度高、耐高温、耐腐蚀等优点，在航空航天、舰船、兵器、化工、汽车、医疗等领域得到广泛应用，钛合金用量的大小也是航空装备先进程度的重要标志之一。正因为如此，从减重及长寿命设计角度而言，钛合金管材在飞机及发动机上也成为首选材料。钛合金管材除了具有比强度高的减重优势外(同等强度的钛合金替代现有Cr-Ni系不锈钢管可减重42％)，高强度钛合金管材由于可提高管路的压力等级，还可进一步减重，据报道伊顿为空客A380飞机设计制造的液压管路系统由于提高了管路压力，使A380的总重量减少了一吨以上，减重效果十分明显；另据研究，钛合金制成的管路、散热器等部件，寿命可比不锈钢提高10倍左右，因此，在飞机和发动机上使用钛合金管材可同时满足减重和长寿命双重要求。

目前，用于制作管材的钛合金主要有工业纯钛和TC1、TC2、TA16、Ti-3Al-2.5V(TA18)钛合金，工业纯钛和TC1、TC2、TA16一般强度级别不大于600MPa；Ti-3Al-2.5V退火态强度级别为620MPa，即使是冷轧加去应力退火态也只能达到860MPa强度级别。用于飞机和发动机液压、燃油等系统的管材主要是Ti-3Al-2.5V。随着航空等武器装备管路压力等级的提高，Ti-3Al-2.5V制成的管材，由于强度等级的限制，无法满足新一代武器装备管路压力的提高的要求，如果用Ti-6Al-4V钛合金制作管材，虽然强度等级高可以达到管路压力对材料的强度要求，但由于材料塑性低，除了制备困难、容易产生缺陷外，在使用时，弯曲、扩口、压扁、以及与管接头连接等工艺塑性差，因而，不适合采用冷成形方法制备管材，特别是用于飞机和发动机液压燃油等系统的管材。

钛合金专利CN 102181747 B公开了“一种具有良好冷热成形性的α+β型钛合金”，抗拉强度高于TC4，塑性也偏低，不适合制造管材。

由于现有的钛合金没用适合制造更高强度、塑性好的钛合金管材材料，因此开发兼具优良冷成形性、可焊性、强度高于Ti-3Al-2.5V，塑性高于Ti-6Al-4V的新钛合金是新一代武器装备管路材料所迫切需求的。

另外，目前对钛合金材料组份设计主要还局限在经验设计的基础上，需要投入较高的实验成本，一旦材料力学性能不符合要求，需要重新调整组份后再进行实验，因此迫切需要建立一种能够对钛合金的成分给出科学指导的数学模型。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种适于制造压力管材的高强度、高塑性的钛合金材料及其制备方法，所述钛合金的力学性能明显优于TA18合金，并具有优良的冷成形性和可焊性；还提供了一种钛合金材料的成分设计模型。

本发明的技术方案一是提供一种用于加工压力管材的兼具高强度和高塑性的钛合金，所述钛合金的组份及重量百分比为：Al：4～5％；V：2～4％；Fe：0.3～0.6％；余量为Ti；其中：杂质元素总量≤0.3％，且间隙杂质元素C≤0.05％，N≤0.02％；H≤0.015％；O≤0.12％，且不含有Mo、Nb、Cr；所述钛合金为近α型或α+β型钛合金。