DOC《航空航天用高温钛合金棒材》

航空航天用高温钛合金棒材 (GB/T 编制说明 (征求意见稿) 2018-5 《航空航天用高温钛合金棒材》 编制说明(征求意见稿)

一、工作简况

1、任务来源 根据国家标准委《国家标准委关于下达2017年第四批国家标准制修订计划的通知》(国标委综合[2017]128号)的要求,由宝钛集团有限公司和宝鸡钛业股份有限公司负责起草《航空航天用高温钛合金棒材》国家标准.

项目计划编号:20173780-T-610,计划完成年限为2019年. 2.起草单位简况 宝钛集团有限公司(简称宝钛集团)始建于1965年,是国家 三五 期间为满足国防军工、尖端科技发展的需要,以 九0二 为工程代号而投资兴建的国家重点企业,原名902厂,1972年更名为宝鸡有色金属加工厂,隶属于国家冶金工业部;

1983年划归中国有色金属工业总公司主管;

1999年划归中国稀有稀土集团公司管理;

2000年划归到陕西省,隶属于陕西有色金属控股集团有限责任公司;

2005年,为建立现代企业制度、理顺国有资产管理关系,工厂整体改制为宝钛集团有限公司. 历经近50年的艰苦磨砺,宝钛集团现已发展成为中国最大、实力最雄厚、体系最完整的以钛及钛合金为主的稀有金属材料专业化科研生产基地,是我国钛工业的摇篮和旗帜.是中国钛、锆国标、军标、行规的制定者,代表着我国钛、锆材加工技术的最高水平,是 中国钛谷 和 国家高技术新材料产业基地 的龙头企业.目前,公司主导产品钛材年产量已位居世界同类企业第二. 我国第一颗氢弹的爆炸成功、第一艘核潜艇的胜利下水、第一颗软着陆卫星顺利返回地面、首次向太平洋海域成功发射运载火箭、 嫦娥 奔月成功都有宝钛集团的功绩.系列歼击机、直升机、各型运载火箭、卫星、系列导弹和神舟飞船,以及核动力船舶等都使用了宝钛集团研制生产的钛及钛合金稀有金属材料.它不仅使中国摆脱了重点型号和武器装备关键材料受制于人的局面,丰富了我国航空用钛合金材料体系,而且大大提升了我国军事装备水平和国产化能力,为国防现代化建设和尖端科技发展做出了巨大贡献.

二、标准编制原则和确定标准主要内容的论据

1、标准编制原则 本标准在编制时,主要参考了宝钛集团企业标准、协议标准、内控标准及国外相关棒材标准,结合市场调研,完成了标准征求意见稿.同时,项目组确定出以下主要原则: a)标准应严格按照GB/T 1.1-2009《标准化工作导则 第一部分:标准的结构与编写》 的规定格式进行编写. b)所列材料均为已大量批产并广泛使用的牌号. c)产品的技术指标应均得到相应印证,确保合理性. 2.确定标准主要内容的论据 材料熔炼 因铸锭质量对钛合金棒材质量有重要影响,因此本标准依据N/BS

5302、N/BS5303《钛及钛合金棒》等标准对材料熔炼建立了相应规定.棒材生产用铸锭应经多次熔炼,熔炼次数应不少于两次.首次熔炼可使用自耗电极、非自耗电极、电子束冷床炉或等离子体冷床炉熔炼.随后的一次或多次熔炼应采用真空自耗电弧炉熔炼,且最后一次熔炼不允许添加任何元素. 2.2化学成分 本标准的化学成分直接引用GB/T3620.1-2007《钛及钛合金牌号和化学成分》及GB/T 3620.2《钛及钛合金加工产品化学成分允许偏差》. 2.3交货状态 本标准鉴于产品规格范围较大,部分产品对订购方属于坯料标准,后续还需进行热加工,故规定棒材交货状态为热加工态. 规格及性能 本标准规定各牌号的规格如下表1: 表1 牌号直径/mm 长度/mm TA

7、TA

11、TA

13、TA

15、TA

18、TA

19、TA

32、TA

33、TA

35、 TC

1、 TC

2、TC

4、TC

6、TC

11、TC

17、TC

19、TC

25、TC25 100~250 1000~5000 本标准规定了高温钛合金棒材的室温、高温拉伸性能. 本标准规定的棒材的最小规格为Φ12mm.典型牌号具体指标及制定依据如下: TA7 试样热处理制度:参照GB/T 2965-2007《钛及钛合金棒材》为定750℃~850℃,保温1h~3h,空冷. 室温力学性能指标见表2:本标准规定的强度指标与XJ/BS5434-2010《TA7和TC2钛合金大规格棒材技术协议》相同.但由于试样取样为横向,塑性比纵向低,所以按照规律,塑性指标降低了20%. 高温力学性能指标表3: XJ/BS5434-2010均相同. 表2 规格(L) 温度℃ 力学性能 Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Φ12~300 室温

785 ―

8 20 表3 规格(L) 温度℃ 力学性能 Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Φ12~300

350 490 持久440 MPa/≥100h 从数批大规格棒材积累的数据看,性能可稳定满足上述指标和使用要求,以上指标制订合理. TA13 试样热处理制度:参照GB/T2965-2007《钛及钛合金棒材》和XJ/BS5246-2002《Ti-230合金轧环件用环坯技术条件》,定为780℃~800℃,保温0.5h~2h,空冷(GB/T2965-2007为780℃~800℃,保温0.5h~2h,空冷;

XJ/BS5246-2002为780℃~800℃,保温>

0.5h,空冷). 室温力学性能指标见表4:与Q/BS5320-2007《钛合金大规格棒材》中规格Φ100~Φ250mm的指标相同. 表4 规格(L) 室温拉伸 Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Φ12~250 540~770

400 16

35 从数批大规格棒材积累的数据看,性能可稳定满足上述指标和使用要求,以上指标制订合理. TA15 试样热处理制度:参照GJB3763A-2004《钛及钛合金热处理标准》,为700℃~850℃,保温1h~4h,空冷(与XJ/BS5267-2003《TA15钛合金棒材协议标准》、XJ/BS5231-2008《TA15钛合金棒材技术条件》及XJ/BS5288-2004《TA15合金棒材协》相同规定相同). 室温力学性能指标见表5:φ100~φ150mm参照XJ/BS5267《TA15钛合金棒材协议标准》、XJ/BS5203-2011《TA15合金棒材》及XJ/BS5231-2008《TA15钛合金棒材技术条件》指标制定;

φ150~φ300mm性能与XJ/BS5339-2006《航空用TA15钛合金大规格棒材技术条件》中φ300~φ400mm规格性能完全相同. 高温力学性能(抗拉强度、持久)指标见表5:与XJ/BS5157-2006《TA15钛合金棒材》和XJ/BS5339-2006《航空用TA15钛合金大规格棒材技术条件》的相同. 从数批大规格棒材积累的高温性能实测数据看,可以满足要求. 表5 规格(L) 室温拉伸 500℃ Rm,MPa Rp0.2,MP A% Z% Rm,MPa 持久τ/h(≥) Φ12~200 930~1130

855 8

20 570

470 MPa /50 h >

Φ200~300 885~1130

815 8

20 TA18 试样热处理制度:参照GJB3763A-2004《钛及钛合金热处理》,为600℃~815℃,保温1h~3h,空冷.比MIL-H-81200B《钛及钛合金热处理》规定的范围(650℃~790℃,保温1h~3h,空冷)宽. 室温力学性能指标见表6:与XJ/BS5194-2000《航空用钛合金棒材技术条件》中Φ75~90mm的横向指标完全相同.ASTM348中规定直径不大于3英寸(75mm)的指标为:Rm≥620MPa,Rp0.2≥483 MPa,A4D≥15%,Z≥25%. 表6 规格(L) 室温 350℃ 400℃ Rm,MPa A% Z% Rm,MPa 持久τ/h(≥) Rm,MPa 持久τ/h(≥) Φ12~250 590~735

12 25

340 320 MPa/100h

310 280 MPa/100h 高温力学性能(抗拉强度、持久)指标:与XJ/BS5194-2000《航空用钛合金棒材技术条件》中Φ75~90mm的横向指标完全相同. 从数批大规格棒材积累的数据看,性能可稳定满足上述指标和使用要求,以上指标制订合理. TA19 试样热处理制度:参照XJ/BS5195-2000《Ti6242合金棒材技术协议》,定为955℃~985℃,保温1h~2h,空冷;

575℃~605℃,保温8h,空冷.与GJB3763A-2004规定(Tβ-15~30℃,保温1h~2h,空冷;

595℃,保温8h,空冷)基本一致. 室温力学性能指标见表7:参照XJ/BS5195-2000《Ti-6242合金棒材技术协议》中直径不大于Φ130mm的指标制定.但由于试样取样为横向,塑性比纵向低,所以按照规律,塑性指标降低了20%. 高温力学性能(抗拉强度、持久、蠕变)指标见表7:与XJ/BS5195-2000《Ti-6242合金棒材技术协议》中直径不大于Φ130mm的指标完全相同. 该牌号目前生产最大规格为Φ300mm,所有指标均能满足XJ/BS5195-2000. 表7 规格(L) 室温 480℃ 525℃ Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Rm,MPa 持久τ/ h(≥) Φ12~250

895 825

8 20

620 480MPa /35 h 从数批大规格棒材积累的数据看,性能可稳定满足上述指标和使用要求,以上指标制订合理. TC1 试样热处理制度:参照GB/T2965-2007《钛及钛合金棒材》及XJ/BS5149-2005a《TC1钛合金棒材技术条件》,定为700℃~850℃,保温1h~3h,空冷.比GJB3763A-2004规定(700℃~800℃,保温1h~2h,空冷)的范围宽. 室温力学性能指标见表8:较XJ/BS5149-2005a《TC1钛合金棒材技术条件》中φ100~φ280mm规格强度一致,塑性略有降低. 高温力学性能指标见表8:与XJ/BS5164-2001《TC1和TC2棒材补充协议》相同. 表8 规格(L) 室温 350℃ Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Rm,MPa 持久τ/h(≥) Φ12~250

585 460

12 24

345 325 MPa/100 h 从数批大规格棒材积累的数据看,性能可稳定满足上述指标和使用要求,以上指标制订合理. TC2 试样热处理制度:参照GB/T2965-2007《钛及钛合金棒材》,定为700℃~850℃,保温1h~3h,空冷. 室温力学性能指标见表9:与XJ/BS5434-2010《TA7和TC2钛合金大规格棒材技术协议》相同.因试样取样差异,塑性指标较GB/T 2965降低了20%. 高温力学性能(抗拉强度、持久)指标见表9:与XJ/BS5434-2010《TA7和TC2钛合金大规格棒材技术协议》中Φ250~Φ300mm指标及XJ/BS5164-2001《TC1和TC2棒材补充协议》指标相同. 从前期积累的生产数据看,棒材质量可稳定达标且能很好满足使用要求. 表9 规格(L) 室温 350℃ Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Rm,MPa 持久τ/h(≥) Φ12~300

685 560

10 24

420 390 MPa /100 h TC4 试样的热处理制度:参照GJB3763A-2004(比GB/T 2965的热处理温度范围宽),定为700℃~850℃,保温1h~2h,空冷. 室温力学性能指标见表10:Φ100~Φ150mm指标与XJ/BS5393-2008《TC4钛合金棒材技术条件》中规格Φ100~Φ150mm指标相同;

Φ150~Φ300mm指标与XJ/BS5427-2009《TC4钛合金大规格棒材技术条件》中规格Φ350~Φ500mm指标及XJ/BS5429-2009《TC4钛合金大规格棒材技术协议》中规格Φ250mm指标相同. 高温力学性能(抗拉强度、持久)指标见表10:与XJ/BS5393-2008《TC4钛合金棒材技术条件》中规格Φ100~Φ150mm指标相同.本........