CN103409658A

CN103409658A - 一种耐600℃高温高强可焊接钛合金

Info

Publication number: CN103409658A
Application number: CN2013102879409A
Authority: CN
Inventors: 郭爱红; 杨治军; 于卫新
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: CN103409658B

Abstract

一种耐600℃高温高强可焊接钛合金，其化学成分范围是：Al、6.5-9.5wt%，Mo、1.0-4.0wt%，Nb、2.5-5.5wt%，Zr、1.5-4.5wt%，Nd、0.05-0.36wt%，余量为Ti。本发明研制出的该600℃高温高强可焊接钛合金，突破了目前国内外传统600℃高温钛合金冷加工成型困难及焊接工艺性能差技术瓶颈，填补该领域国内技术空白项。该合金在航空航天领域飞行器600℃以上高温段蒙皮、舵骨架、姿轨控制管路系统等领域有着十分优良的应用前景。同时，该合金还可应用于航天、兵器等需要承受高温高压、并且有设备减重或耐蚀要求的领域。

Description

一种耐600℃高温高强可焊接钛合金

技术领域

本发明属于钛合金材料技术领域，尤其涉及一种耐600℃高温高强可焊接钛合金。

背景技术

目前，世界各国针对飞机发动机应用背景开发了多种600℃高温钛合金，基本情况如表1所示。

表1世界各国600℃高温钛合金基本情况

上述600℃高温钛合金室温塑韧性差，轧制、焊接和弯曲等工艺性能差，而且超薄板材轧制困难，材料成品率低；板材冷加工成型困难，传统成型工艺难以成型复杂形状飞行器构件；铸造工艺性能差，无法成型复杂精密结构铸件；材料焊接适应性差，无法满足本发明应用背景现代飞行器建造要求。因此，国外600℃高温钛合金主要应用于飞机发动机轮盘、低压涡轮叶片、转子、鼓筒等部位，应用材料品种多为锻件，国内600℃高温钛合金尚处于试验室研制阶段。这在一定程度上限制了600℃高温钛合金的扩大应用。

发明内容

本发明的目的是设计研制一种冷热轧制工艺性能好，可成型超薄板材；铸造工艺适应性好，铸造性能优，可成型复杂精密结构铸件；焊接工艺性能好，可采用激光焊、手工TIG焊等方法焊接，锻件/板材/铸件材料可焊，焊接系数≥0.9的600℃高温高强可焊接钛合金。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种耐600℃高温高强可焊接钛合金，其化学成分范围是：Al、6.5-9.5wt%，Mo、1.0-4.0wt%，Nb、2.5-5.5wt%，Zr、1.5-4.5wt%，Nd、0.05-0.36wt%，余量为Ti。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的耐600℃高温高强可焊接钛合金为多元体系近α型钛合金，Ti为基体，Al、Mo、Nb、Zr、Y为主要合金元素，材料品种有板材、锻件和铸件。

该合金板材、锻件达到的性能如下：

1）板材厚度δ：（1.5-10）mm；

2）室温性能（板材横向）：R_m≥950MPa，R_p0.2≥850MPa，A≥10%；

3）冷弯性能：δ≤10mm：b=15mm，d=10a，α≥40°，

δ≤2.5mm：b=15mm，d=10a，α≥60°；

4）600℃横向高温性能：R_m≥550MPa，A≥15%。

该合金铸件达到的材料性能如下：

1）室温性能：R_m≥900MPa，R_p0.2≥800MPa，A≥6%；

2）600℃高温性能：R_m≥500MPa，R_p0.2≥400MPa，A≥15%，弹性模量E≥90GPa；

3）700℃高温性能：R_m≥400MPa，R_p0.2≥250MPa，A≥10%。

该合金达到的焊接工艺性能如下：

1）焊接性能良好，可实现激光、手工TIG方法焊接，焊接系数≥0.9；

2）对接焊缝X射线探伤JB4730Ⅱ级合格；

2）铸件/板材/锻件可焊，焊接系数≥0.9。

综上所述，本发明研制出的一种600℃高温高强可焊接钛合金，突破了目前国内外传统600℃高温钛合金冷加工成型困难及焊接工艺性能差技术瓶颈，填补该领域国内技术空白项。

该合金在航空航天领域飞行器600℃以上高温段蒙皮、舵骨架、姿轨控制管路系统等领域有着十分优良的应用前景。同时，该合金还可应用于航天、兵器等需要承受高温高压、并且有设备减重或耐蚀要求的领域。

具体实施方式

以下通过具体实施方式的描述对本发明做进一步说明，但这并非对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种变型或改性，只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。

实施例1：

将6.5wt％的纯铝豆、2.5wt％的Nb块、1.0wt%的Mo块、1.5wt%的纯海绵Zr、0.05wt％Nd块、工业1级海绵Ti通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉两次熔炼成合金铸锭。经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成180mm厚板坯，轧制成10mm厚板材。采用石墨型铸造方法制备出13mm厚板状铸件。退火态10mm厚板材、180mm厚锻件、6mm厚铸件各项性能见表2。

表2实施例1室温、高温性能和工艺性能

实施例2：

将8wt％的纯铝豆、4wt％的Nb块、2.5wt%的Mo块、3wt%的纯海绵Zr、0.28wt％Nd块、工业1级海绵Ti通过混料、压制电极棒、真空自耗电弧炉两次熔炼成合金铸锭。经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成100mm厚板坯，轧制成2.5mm厚板材。采用石墨型铸造方法制备出复杂精密结构钛合金铸件（最大尺寸约900x700x50（mm），壁厚：（3～15）mm）和Ф18mm铸造试棒。退火态2.5mm厚板材、100mm厚锻件、同炉浇铸的Ф18mm试棒铸件各项性能见表3。

表3实施例2室温、高温性能和工艺性能

实施例3：

将9.5wt％的纯铝豆、5.5wt％的Nb块、4.0wt%的Mo块、4.5wt%的纯海绵Zr、0.36wt％Nd块、工业1级海绵Ti通过混料、压制电极棒、真空自耗两次熔炼成合金铸锭。经T_β+150℃开坯，α+β相区锻造成50mm厚板坯，轧制成1.5mm厚板材。采用石墨型铸造方法制备出复杂精密结构钛合金铸件（最大尺寸约1000x800x60（mm），壁厚：（3～10）mm）和Ф18mm铸造试棒。退火态1.5mm厚板材、50mm厚锻件、同炉浇铸的Ф18mm试棒铸件各项性能见表4。

表4实施例3室温、高温性能和工艺性能

Claims

1.一种耐600℃高温高强可焊接钛合金，其特征是：其化学成分范围是：Al、6.5-9.5wt%，Mo、1.0-4.0wt%，Nb、2.5-5.5wt%，Zr、1.5-4.5wt%，Nd、0.05-0.36wt%，余量为Ti。