[00148653]一种提高TA15钛合金棒材断裂韧性的锻造方法

(1)任务来源 本成果来源于某型飞机关键材料国产化项目延伸。 （2）应用领域和技术原理 钛合金作为一种先进的航空材料,其密度仅为4510kg/m3,具有优良的耐蚀性、更高的比强度、良好的高温性能和抗疲劳性能,已成为当代飞机和发动机的主要结构材料之一。美国在上世纪80年代以后设计的各种先进战斗机和轰炸机中,钛合金用量已经稳定在20％以上。如第三代战斗机F-15钛合金用量占27％,而第四代战斗机F-22钛合金用量高达41％。随着我国航空工业的发展,钛合金在飞机上的用量也大幅增加,新一代高性能战机用钛量将达到25％～30％。TA15钛合金（名义成分为Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V ）,是一种典型的近α钛合金,其相变点一般在980～1000℃之间,TA15钛合金具有较好的室温强度和高温强度、良好的热稳定性和焊接性能,较高的比强度、抗蠕变性和耐腐蚀性,主要应用于在现代航空飞机上的央翼下壁板、承力框和进气道格栅防护罩及发动机部位的关键零件。 （3）性能指标： 1)棒材规格：直径≤Ф450mm; 2)棒材退火态的力学性能： （a）拉伸性能Rm≥930MPa,Rp0.2≥855MPa,A≥10％,Z≥20％; （b）冲击韧性：ak≥30J/cm2。 （4）与国内外同类技术比较 西部超导材料科技股份有限公司是国内主要从事航空、航天特种关键钛合金研发与生产的高新技术企业,先后承担30余项国内航空特种关键钛合金研发及应用项目,尤其是在航空结构件领域的研究取得了重大成果,突破了技术瓶颈,实现了大批量稳定生产,各种结构钛合金棒材性能达到国际先进水平,真正意义上实现了高性能和高稳定性航空结构钛合金的国产化。TA15钛合金与俄罗斯的BT20近似,国外的棒材规格一般在Φ300mm以下,而西部超导材料科技股份有限公司生产的TA15钛合金大棒材,性能全面达到新型飞机用主干钛合金材料标准要求,经专家鉴定,材料综合性能达到国际先进水平。相关研究技术获授权发明专利6件,在国内核心期刊发表论文5篇。 （5）成果的创造性、先进性 课题组自2007年以来,在合金成分设计与优化、铸锭纯净化熔炼、成分均匀性控制、锻坯组织均匀性控制和棒材组织及性能均匀性和稳定控制等方面进行了大量的基础和应用研究,取得了一系列创造性成果。获得的创造性成果主要有： 通过Al、Mo、Si成分优化和调整、采用纯净化熔炼和成分均匀性控制技术,在保证韧性的基础上,大幅度提高了TA15钛合金的室温与高温强度; 通过采用纯净化熔炼和成分均匀性控制技术,大大提高了TA15钛合金铸锭成分的均匀性和批次稳定性,使多元钛合金铸锭熔炼技术达到国内领先水平; 通过优化锻坯锻造温度和变形方式,结合中间过程控制,使TA15钛合金棒材组织均匀性和性能均匀性和稳定显著提高,制备的TA15钛合金大规格棒材综合性能达到国际先进水平。 （6）作用意义（直接经济效益和社会意义） 通过本项目的研究,西部超导材料科技股份有限公司为新型飞机的研制和批产提供TA15钛合金棒材1500余吨,产生直接经济效益3亿元。近年来,随着我国航空技术的进步,尤其是新一代战机和大型飞机研制计划的实施,新型钛合金材料的需求量逐年猛增,尤其是高强高韧钛合金棒材。课题组突破了TA15大规格钛合金棒材的制备技术,成功实现了国内中高强度钛合金大规格棒材的批量化生产和稳定供应,为大投影面积锻件生产和飞机减重奠定了坚实的基础。标志着我国航空钛合金在自主研发关键材料上取得突破,打破了国外航空结构件钛合金材料的技术垄断,为我国航空事业进步作出积极贡献,对促进我国航空、航天、民用航空等产业都具有重要的意义。