專利名稱：：一種摩擦不起火花的鈦合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及抗燃燒、耐熱、耐蝕鈦合金新材料，特別提供了一種在與其它材料高速摩擦?xí)r沒有火花產(chǎn)生，并能夠在500'C長(zhǎng)期使用的鈦合金材料。
背景技術(shù)：
：在空氣、壓力、溫度的一定配合下，鈦合金件表面發(fā)生氧化反應(yīng)，體積改變，導(dǎo)致原氧化層破裂，失去保護(hù)作用，大量氧與鈦合金發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)釋放出的熱量超過散失熱量，溫度快速升高而導(dǎo)致點(diǎn)火和燃燒，從而在裝備的各部位引起著火，這種事故在現(xiàn)有技術(shù)中被稱為"鈦火"事故。是亟待解決的一大技術(shù)難題。八十年代中期，美國(guó)研制出AlloyC合金，也稱作Ti-1270。該合金屬于P型鈦合金，其主要成分為Ti-V-C。研究結(jié)果表明，AlloyC合金的室溫拉伸強(qiáng)度與Ti-6242合金相當(dāng)，然而AlloyC合金的高溫拉伸強(qiáng)度卻明顯優(yōu)于Ti-6242合金。AlloyC合金可以制成厚板、薄板、帶材、箔材和棒材，以及軋制和焊接環(huán)形件。俄羅斯從摩擦機(jī)理入手，研制出BTT-1和BTT-3兩種阻燃鈦合金，它們都是Ti-Al-Cu系合金。目前已生產(chǎn)出棒材、鍛件和環(huán)形件。無論是AlloyC合金還是BTT-1和BTT-3合金，在與砂輪摩擦?xí)r，能夠產(chǎn)生明亮的火花(見圖1、2)，從可能起火的源頭上考慮，"鈦火"還是不可避免。因此，人們期望獲得一種技術(shù)效果優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的抗燃燒、耐熱、耐蝕鈦合金新材料，尤其是在與其它材料高速摩擦?xí)r沒有火花產(chǎn)生，并能夠在較高溫度下長(zhǎng)期使用的鈦合金材料。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種抗燃燒、耐熱、耐蝕鈦合金新材料，特別提供了一種在與其它材料高速摩擦?xí)r沒有火花產(chǎn)生，并能夠在50(TC長(zhǎng)期使用的鈦合金材料，其50(TC高溫性能好、室溫塑性佳，同時(shí)具有良好的熱加工工藝塑性。本發(fā)明提供了一種摩擦不起火花的鈦合金才才料，其特征在于所述鈦合金材料由下述合金元素中組成Al元素重量含量為5.0%6.8%;Sn元素重量含量為2%4%;Zr元素重量含量為2%6%;Cu、Ni、Mn、Cr、Be、Ag元素之一種或多種重量含量為1%25%;V、Mo元素之一種或兩種重量含量為1%10%;Si元素重量含量為0.0%0.5%(Si元素的重量含量進(jìn)一步優(yōu)選范圍為0.2%0.5%);Ti元素余量。為了實(shí)現(xiàn)鈦合金摩擦?xí)r不出現(xiàn)火花的能力，保證足夠的室溫高溫力學(xué)性能，本發(fā)明從合金化角度，具體研制出了一種兼具50(TC高溫性能的抗燃燒鈦合金。具體地講，為了使耐熱、耐蝕、抗燃燒鈦合金達(dá)到相應(yīng)的抗摩擦起火性能，室溫、高溫力學(xué)性能匹配，在合金設(shè)計(jì)時(shí)，是從下述幾個(gè)方面考慮的(針對(duì)優(yōu)選范圍內(nèi)的各成分與對(duì)應(yīng)含量要求說明如下)Al與Ti形成固溶體后，主要分布在a相中，能夠明顯提高合金的高溫強(qiáng)度，只要Al含量控制在固溶極限之內(nèi)，不會(huì)明顯降低合金的韌性。Al與Sn均為a穩(wěn)定元素，Al比Sn在這方面的作用更為強(qiáng)烈，二者配合使用高溫強(qiáng)化效果更佳。此外A1的密度低，在減重、提高彈性模量上，作用也很顯著。A1與Sn的熔點(diǎn)都比較低，對(duì)鈦合金抗燃燒性能不會(huì)有明顯的好處，主要從保證合金耐熱性方面考慮，Al與Sn的合適加入量?jī)?yōu)選分別為5.0y。6.8%與2%4%。Si是高溫鈦合金的常用元素，與Ti結(jié)合成硅化物，對(duì)于提高合金高溫持久蠕變性能作用明顯，但含量過多會(huì)降低室溫塑性，尤其是沖擊韌性。由于Si含量一般加入少于0.5%不會(huì)對(duì)抗燃燒性能起明顯作用，因此Si元素的含量在與正常高溫鈦合金一致，優(yōu)選在0.2%0.5%范圍內(nèi)。Zr是中性穩(wěn)定元素，能夠在不降低塑性的基礎(chǔ)上，提高高溫強(qiáng)度，是提高合金耐熱性能的重要元素。Zr與Ti一樣，很容易摩擦起火，如果過多加入，不利于提高抗燃燒性能。實(shí)驗(yàn)表明，Zr的優(yōu)選合適加入量為2.0%6.0%為宜。V與Mo都是P穩(wěn)定元素，V在兩相中都有一定的溶解度，穩(wěn)定P相的能力較弱，一般選擇與其它(3穩(wěn)定元素合用；Mo具有很強(qiáng)的穩(wěn)定p相能力，同時(shí)增強(qiáng)合金的抗氧化能力。V與Mo的添加對(duì)工藝塑性和抗燃燒性能都有利一方面在合金中增加p相的份額，對(duì)耐熱鈦合金中起到調(diào)整合金工藝塑性，提高室溫強(qiáng)度的作用；另一方面在合金燃燒過程中，釩和鉬的燃燒產(chǎn)物大量以氣相形式逸出，這個(gè)過程要吸熱，同時(shí)燒蝕坑邊緣富釩和鉻的環(huán)行區(qū)域進(jìn)一步抑制了燃燒反應(yīng)蔓延。由Ti、V、Mo氧化物形成的熔融狀隔膜，起到隔氧、隔熱、隔燃燒物的作用，這是含V、Mo合金能夠阻燃的原因，作用機(jī)理見示意圖3，阻燃機(jī)理具體是形成自生熔融阻燃膜，其特點(diǎn)是具有流平性和均勻性。根據(jù)具體情況選擇V、Mo元素之一種或兩種使用，重量含量?jī)?yōu)選為1%10%。Cu與Ni的添加主要是從金屬學(xué)的角度考慮。銅具有良好的導(dǎo)熱性，合金中銅的含量為17%時(shí)，在955990'C時(shí)可形成共晶體(見圖4)，即出現(xiàn)液相而充當(dāng)潤(rùn)滑劑，將干摩擦轉(zhuǎn)化為濕摩擦，有效減小摩擦力及熱量；同時(shí)由于銅的溶解度隨溫度的提高而發(fā)生變化，在冷金屬和燃燒區(qū)之間的接口上形成銅的含量高出24倍的富銅阻隔層，從而阻止合金對(duì)氧的吸收，阻止燃燒繼續(xù)進(jìn)行。Ni在24%時(shí)，942。C時(shí)可發(fā)生共晶反映(見圖5)，L-(PTi)+Ti2Ni，即出現(xiàn)液相而明顯降低摩擦系數(shù)和磨損率，起到抗摩擦起火的作用。Cu和Ni的加入提高了合金中P相的體積分?jǐn)?shù)，有利于提高合金的室溫塑性和工藝塑性，但會(huì)降低材料的高溫性能，合金含量要控制在保證50(TC力學(xué)性能的基本要求前提下，達(dá)到抗摩擦起火的功能。Mn、Cr、Be、Ag等元素可以與Cu、Ni元素一起提高合金抗摩擦起火的能力，并提高合金強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，具體情況選擇Cu、Ni、Mn、Cr、Be、Ag元素之一種或多種，重量含量為1%25%為宜。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明具有明顯更好的耐熱、耐蝕、抗燃燒、抗摩擦起火性能、良好的室溫或高溫力學(xué)性能。我們以我國(guó)現(xiàn)有條件為出發(fā)點(diǎn)，通過對(duì)成分進(jìn)行深入分析，研制出用傳統(tǒng)設(shè)備與工藝可生產(chǎn)，具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的摩擦不起火花鈦合金材料；其具有可預(yù)見的較為長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益、軍事價(jià)值和深刻的政治意義。圖1為美國(guó)AlloyC合金與高速旋轉(zhuǎn)砂輪摩擦?xí)r的火花照片；圖2為俄羅斯BTT-1合金與高速旋轉(zhuǎn)砂輪摩擦?xí)r的火花照片；圖3為含V、Mo鈦合金阻燃機(jī)理示意圖；圖4為Ti"Cu二元相圖；圖5為Ti-Ni二元相圖；圖6本發(fā)明抗摩擦起火鈦合金與高速旋轉(zhuǎn)砂輪摩擦?xí)r的火花照片。具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)例詳述本發(fā)明實(shí)施例1一種耐蝕的抗摩擦起火鈦合金，合金成分如表1所示。合金選擇兩相區(qū)終鍛，兩相區(qū)熱處理的工藝路線，獲得初生01相在30%以上的雙態(tài)組織，合金熱處理后的力學(xué)性能結(jié)果見表2。表h合金成分應(yīng)用場(chǎng)合合金元素wt%<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2:500。C耐熱鈦合金力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例2一種耐蝕、抗摩擦起火鈦合金，合金成分如表3所示。表3:合金成分<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>該合金熱處理后合金的室溫、高溫拉伸性能見表4?？谷紵?、耐熱鈦合金試樣砂輪摩擦情景見圖6，合金表現(xiàn)出良好的抗摩擦火花形成能力。表4:50(TC耐熱鈦合金的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>1160107011.629.0668525--實(shí)施例3一種摩擦不起火花的鈦合金材料，所述鈦合金材料由下述合金元素組成Al元素重量含量為6.0%;Sn元素重量含量為3.2%;Zr元素重量含量為4.5%;Cu、Ni、Mn、Cr、Be、Ag元素重量含量分別為1%;V元素和MO元素重量含量分別為2%;Si元素重量含量為0.35%;Ti元素余量。實(shí)施例4一種摩擦不起火花的鈦合金材料，所述鈦合金材料由下述合金元素組成Al元素重量含量為5.0%;Sn元素重量含量為2%;Zr元素重量含量為6%;Cu、Ni、Mn、Cr、Be、Ag元素之一種或多種總重量含量為1%;V、Mo元素之一種或兩種總重量含量為1%;Si元素重量含量為0.5%;Ti元素余量。實(shí)施例5一種摩擦不起火花的鈦合金材料，所述鈦合金材料由下述合金元素組成Al元素重量含量為6.8%;Sn元素重量含量為4%;Zr元素重量含量為2%;Cu、Ni、Mn、Cr、Be、Ag元素之一種或多種總重量含量為25%;V、MO元素之一種或兩種總重量含量為10%;Ti元素余量權(quán)利要求1、一種摩擦不起火花的鈦合金材料，其特征在于所述鈦合金材料由下述合金元素中組成Al元素重量含量為5.0％～6.8％；Sn元素重量含量為2％～4％；Zr元素重量含量為2％～6％；Cu、Ni、Mn、Cr、Be、Ag元素之一種或多種重量含量為1％～25％；V、Mo元素之一種或兩種重量含量為1％～10％；Si元素重量含量為0～0.5％；Ti元素余量。2、按照權(quán)利要求1所述摩擦不起火花的鈦合金材料，其特征在于所述鈦合金材料中Si元素的重量含量為0.2%0.5%。全文摘要一種摩擦不起火花的鈦合金材料，其特征在于所述鈦合金材料由下述合金元素中組成Al元素重量含量為5.0％～6.8％；Sn元素重量含量為2％～4％；Zr元素重量含量為2％～6％；Cu、Ni、Mn、Cr、Be、Ag元素之一種或多種重量含量為1％～25％；V、Mo元素之一種或兩種重量含量為1％～10％；Si元素重量含量為0～0.5％；Ti元素余量。本發(fā)明具有明顯更好的耐熱、耐蝕、抗燃燒、抗摩擦起火性能、良好的室溫或高溫力學(xué)性能；其具有可預(yù)見的較為長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益、軍事價(jià)值和深刻的政治意義。文檔編號(hào)C22C14/00GK101328551SQ20071001177公開日2008年12月24日申請(qǐng)日期2007年6月19日優(yōu)先權(quán)日2007年6月19日發(fā)明者鋒徐,李長(zhǎng)富,李閣平,義楊申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所