一種航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板的制作方法
【專利摘要】一種航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，使氧元素含量：O≤0.06%，鐵元素含量：Fe≤0.05%，碳元素含量：C≤0.03%，氮元素含量：N≤0.01%，氫元素含量：H≤0.008%，其它雜質(zhì)元素含量總和≤0.2%；板材的軋制溫度為700℃～800℃，火次變形量控制在50%～60%，成品板材退火溫度650℃～750℃，保溫時(shí)間為30min～90min，控制成品顯微組織的平均晶粒尺寸在50～100μm之間。采用本發(fā)明可使膜片貯箱用鈦板的力學(xué)性能達(dá)到抗拉強(qiáng)度Rm≤330MPa、屈服強(qiáng)度Rp0.2≤220MPa、斷后伸長率A≥43%、斷面收縮率Z≥60%和板材橫縱向同性的要求。
【專利說明】一種航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，具體涉及選用純鈦?zhàn)鰹榻饘倌て闹苽洳牧希⒔缍舜朔N金屬膜片貯箱用鈦板材的質(zhì)量控制目標(biāo)。

【背景技術(shù)】
[0002]航天推進(jìn)劑貯箱是火箭、航天飛機(jī)、導(dǎo)彈等的重要部件，用于貯存、管理推進(jìn)劑和承受全部的結(jié)構(gòu)載荷。推進(jìn)劑貯箱通?？煞譃榉墙饘俑裟べA箱、金屬膜片貯箱和表面張力貯箱三種。金屬膜片貯箱作為一種適于空間工作的推進(jìn)劑管理裝置，具有輕質(zhì)、長壽命、高可靠性、排放效率高等優(yōu)點(diǎn)，并在飛行過程中可抑制液體推進(jìn)劑的晃動(dòng)，因此在經(jīng)常變軌、姿態(tài)調(diào)整頻繁、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的航天器上應(yīng)用最為廣泛。我國已在神舟載人飛船推進(jìn)分系統(tǒng)中使用了金屬膜片貯箱。
[0003]金屬膜片貯箱內(nèi)無非金屬材料，可實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑特別是氧化劑的長期加注貯存。貯箱工作時(shí)，其金屬膜片受增壓氣體的擠壓而發(fā)生巨大的彈塑性變形，從上半球翻轉(zhuǎn)到下半球，從而實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑的輸送。因此，貯箱膜片的有效穩(wěn)定翻轉(zhuǎn)是影響貯箱性能的關(guān)鍵。目前針對(duì)金屬膜片貯箱的研制已成為熱點(diǎn)，美國、俄羅斯在金屬膜片設(shè)計(jì)和制造方面的研宄一直處于領(lǐng)先地位。
[0004]鈦合金由于具有較低的密度、良好的抗氧化性和耐腐蝕性、較高的比強(qiáng)度，與推進(jìn)劑具有良好的相容性，及薄壁焊接較為容易等特點(diǎn)，使得鈦合金成為制造推進(jìn)劑貯箱的理想材料，而隨著鈦合金IC箱應(yīng)用的更加廣泛，針對(duì)鈦合金IC箱的膜片材料的研宄也越來越受到重視。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其對(duì)純鈦中的雜質(zhì)含量進(jìn)行界定，通過適當(dāng)?shù)墓に嚿a(chǎn)出的板材其室溫力學(xué)性能達(dá)到抗拉強(qiáng)度Rm ( 330MPa、屈服強(qiáng)度Rpa2S 220MPa、斷后伸長率A彡43%、斷面收縮率Z彡60%、板材縱橫向同性的要求，從而改善鈦制膜片的翻轉(zhuǎn)特性并提高其穩(wěn)定性，避免發(fā)生多波失穩(wěn)現(xiàn)象。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特殊之處在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:O彡0.06%，F(xiàn)e彡0.05%，C^0.03%, N^0.01%,H彡0.008%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2% ;通過適當(dāng)?shù)墓に嚿a(chǎn)出的成品，其室溫力學(xué)性能達(dá)到抗拉強(qiáng)度Rm ( 330MPa、屈服強(qiáng)度Rpa2S 220MPa、斷后伸長率A彡43%、斷面收縮率Z 彡 60%ο
[0007]上述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特殊之處在于，所述鈦板為熱軋鈦板，所述適當(dāng)?shù)墓に囀侵?軋制溫度為700°C?800°C，火次變形量控制在50%?60%，成品板材退火溫度650°C?750°C，保溫時(shí)間為30min?90min，控制成品顯微組織的平均晶粒尺寸在50?100 μ m之間。
[0008]上述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特殊之處在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:0=0.05%，:Fe=0.05%，C=0.028%，N彡0.001%，H
<0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2%。
[0009]上述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特殊之處在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:0=0.05%，F(xiàn)e=0.05%，C=0.011%，N=0.006%, H
<0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2%。
[0010]上述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特殊之處在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:0=0.05%，F(xiàn)e=0.02%，C=0.016%，Ν=0.003%，Η=0.002%，
其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2%。
[0011]上述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特殊之處在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:0=0.04%，F(xiàn)e=0.02%，C=0.006%, Ν=0.003%，Η=0.001%，
其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2%。
[0012]上述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特殊之處在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:0=0.052%，F(xiàn)e=0.01%，C=0.009%，N=0.004%，H
<0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2%。
[0013]上述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特殊之處在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:0=0.054%，F(xiàn)e=0.01%，C=0.008%，N=0.002%，H
<0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2%。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:對(duì)純鈦中的雜質(zhì)含量進(jìn)行界定，通過適當(dāng)?shù)墓に嚿a(chǎn)出的板材其室溫力學(xué)性能達(dá)到抗拉強(qiáng)度Rm ( 330MPa、屈服強(qiáng)度Rpa2S 220MPa、斷后伸長率A ^ 43%、斷面收縮率Z多60%、板材縱橫向同性的要求，從而改善鈦制膜片的翻轉(zhuǎn)特性并提高其穩(wěn)定性，避免發(fā)生多波失穩(wěn)現(xiàn)象。

【具體實(shí)施方式】
[0015]一種航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，界定了純鈦板的雜質(zhì)含量，使氧元素含量:O ^ 0.06%，鐵元素含量:Fe ( 0.05%，碳元素含量:C ( 0.03%，氮元素含量:N ( 0.01%，氫元素含量:H彡0.008%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2% ;板材的軋制溫度為700°C?800°C，火次變形量控制在50%?60%，成品板材退火溫度650°C?750°C，保溫時(shí)間為30min?90min，控制成品顯微組織的平均晶粒尺寸在50?100 μ m之間。
[0016]實(shí)施例1
TA1EL1-GM δ 14mm熱乳鈦板，氧元素含量:0=0.05%，鐵元素含量:Fe=0.05%，碳元素含量:C=0.028%，氮元素含量:N ( 0.001%，氫元素含量< 0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡 0.2% ；
板材的軋制溫度為700°C，火次變形量控制在50%，成品板材退火溫度700°C ;金相分析成品顯微組織的平均晶粒尺寸為70 μπι ;
力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果:
1、縱向抗拉強(qiáng)度Rm=295MPa、屈服強(qiáng)度Rpa2=180MPa、斷后伸長率A=55.5%、斷面收縮率 Ζ=79.5%ο
[0017]2、橫向抗拉強(qiáng)度Rm=305MPa、屈服強(qiáng)度RpQ.2=195MPa、斷后伸長率A=48%、斷面收縮率 Ζ=79.5%ο
[0018]實(shí)施例2
TA1EL1-GM δ 14mm熱乳鈦板，氧元素含量:0=0.05%，鐵元素含量:Fe=0.05%，碳元素含量:C=0.011%，氮元素含量:N=0.006%，氫元素含量:H < 0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡 0.2% ；
板材的軋制溫度為700°C，火次變形量控制在50%，成品板材退火溫度650°C，成品顯微組織的平均晶粒尺寸在56 μπι ;
力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果:
1、縱向抗拉強(qiáng)度Rm=310MPa、屈服強(qiáng)度Rpa2=185MPa、斷后伸長率A=53%、斷面收縮率Z=79.5%0
[0019]2、橫向抗拉強(qiáng)度Rm=305MPa、屈服強(qiáng)度RpQ 2=200MPa、斷后伸長率Α=46.5%、斷面收縮率Ζ=78.5%。
[0020]實(shí)施例3
TA1EL1-GM SlAsm熱乳鈦板，氧元素含量:0=0.05%，鐵元素含量:Fe=0.02%，碳元素含量:C=0.016%，氮元素含量:N=0.003%，氫元素含量:H=0.002%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡 0.2% ；
板材的軋制溫度為750°C，火次變形量控制在53%，成品板材退火溫度700°C，成品顯微組織的平均晶粒尺寸在82 μπι ;
力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果:
1、縱向抗拉強(qiáng)度Rm=300MPa、屈服強(qiáng)度Rpa2=175MPa、斷后伸長率A=62%、斷面收縮率Z=83%o
[0021]2、橫向抗拉強(qiáng)度Rm=300MPa、屈服強(qiáng)度RpQ.2=197MPa、斷后伸長率A=53.5%、斷面收縮率Z=83%。
[0022]實(shí)施例4
TA1EL1-GM J 12mm熱乳鈦板，氧元素含量:0=0.04%，鐵元素含量:Fe=0.02%，碳元素含量:C=0.006%，氮元素含量:N=0.003%，氫元素含量:H=0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡 0.2% ；
板材的軋制溫度為700°C，火次變形量控制在50%，成品板材退火溫度650°C，成品顯微組織的平均晶粒尺寸在58 μπι ;
力學(xué)性能測(cè)試兩組，第一組結(jié)果是:
1、縱向抗拉強(qiáng)度Rm=322MPa、屈服強(qiáng)度Rpa2=192MPa、斷后伸長率A=61%、斷面收縮率Z=85%o
[0023]2、橫向抗拉強(qiáng)度Rm=316MPa、屈服強(qiáng)度RpQ.2=225MPa、斷后伸長率Α=51.5%、斷面收縮率Ζ=84%。
[0024]第二組結(jié)果是:
1、縱向抗拉強(qiáng)度Rm=322MPa、屈服強(qiáng)度Rpa2=189MPa、斷后伸長率A=56.5%、斷面收縮率 Z=84%o
[0025]2、橫向抗拉強(qiáng)度Rm=315MPa、屈服強(qiáng)度RpQ.2=223MPa、斷后伸長率A=5L 0%、斷面收縮率Z=82% 實(shí)施例5
TA1EL1-GM ^ 12mm熱軋鈦板，氧元素含量:0=0.052%，鐵元素含量:Fe=0.01%，碳元素含量:C=0.009%，氮元素含量:N=0.004%，氫元素含量< 0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡 0.2% ；
板材的軋制溫度為800°C，火次變形量控制在57%，成品板材退火溫度750°C，成品顯微組織的平均晶粒尺寸在78 μπι ;
力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果:
1、縱向抗拉強(qiáng)度Rm=304MPa、屈服強(qiáng)度RpQ.2=198MPa、斷后伸長率A=46.5%、斷面收縮率 Ζ=83.0%。
[0026]2、橫向抗拉強(qiáng)度Rm=308MPa、屈服強(qiáng)度1^.2=21010^、斷后伸長率4=47%、斷面收縮率Z=84%。
[0027]實(shí)施例6
TA1EL1-GM S\2xm熱乳鈦板，氧元素含量:0=0.054%，鐵元素含量:Fe=0.01%，碳元素含量:C=0.008%，氮元素含量:N=0.002%，氫元素含量< 0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡 0.2% ；
板材的軋制溫度為760°C，火次變形量控制在59%，成品板材退火溫度650°C，成品顯微組織的平均晶粒尺寸在75 μπι ;
力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果:
1、縱向抗拉強(qiáng)度Rm=296MPa、屈服強(qiáng)度Rpa2=201MPa、斷后伸長率A=53.5%、斷面收縮率 Z=82%o
[0028]2、橫向抗拉強(qiáng)度Rm=296MPa、屈服強(qiáng)度RpQ 2=201MPa、斷后伸長率Α=53.5%、斷面收縮率Ζ=84%。
實(shí)施例7
TA1EL1-GM S2Qxm熱乳鈦板，氧元素含量:0=0.054%，鐵元素含量:Fe=0.01%，碳元素含量:C=0.008%，氮元素含量:N=0.002%，氫元素含量< 0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡 0.2% ；
板材的軋制溫度為800°C，火次變形量控制在58%，成品板材退火溫度750°C，成品顯微組織的平均晶粒尺寸在89 μπι ;
力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果:
1、縱向抗拉強(qiáng)度Rm=286MPa、屈服強(qiáng)度Rpa2=161MPa、斷后伸長率A=64.5%、斷面收縮率 Z=82%o
[0029]2、橫向抗拉強(qiáng)度Rm=285MPa、屈服強(qiáng)度RpQ.2=187MPa、斷后伸長率Α=58.5%、斷面收縮率Ζ=82%。
【權(quán)利要求】
1.一種航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特征在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:O 彡 0.06%，F(xiàn)e ^ 0.05%, C^0.03%, N^0.01%, H^0.008%,其它雜質(zhì)元素含量總和< 0.2% ;通過適當(dāng)?shù)墓に嚿a(chǎn)出的成品，其室溫力學(xué)性能達(dá)到抗拉強(qiáng)度Rm ( 330MPa、屈服強(qiáng)度Rpa2彡220MPa、斷后伸長率A彡43%、斷面收縮率Z彡60%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特征在于，所述鈦板為熱軋鈦板，所述適當(dāng)?shù)墓に囀侵?軋制溫度為700 °C?800 °C，火次變形量控制在50%?60%，成品板材退火溫度6500C?7500C，保溫時(shí)間為30min?90min，控制成品顯微組織的平均晶粒尺寸在50?100 μ m之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特征在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:0=0.05%，:Fe=0.05%，C=0.028%，N彡0.001%，H<0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特征在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:0=0.05%，F(xiàn)e=0.05%，C=0.011%，Ν=0.006%，H<0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特征在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:0=0.05%，F(xiàn)e=0.02%，C=0.016%，N=0.003%,H=0.002%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特征在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:0=0.04%，F(xiàn)e=0.02%，C=0.006%，N=0.003%,H=0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2%。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特征在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:0=0.052%，F(xiàn)e=0.01%，C=0.009%，N=0.004%,H < 0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2%。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述航天推進(jìn)劑貯箱金屬膜片用鈦板，其特征在于，該鈦板界定了純鈦材的雜質(zhì)含量，以質(zhì)量百分比具體為:0=0.054%，F(xiàn)e=0.01%，C=0.008%，N=0.002%,H < 0.001%，其它雜質(zhì)元素含量總和彡0.2%。
【文檔編號(hào)】C22C14/00GK104451256SQ201410763263
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】郭金明, 尤志勇, 李華琳, 朱梅生, 倪沛彤, 張?jiān)鐾? 王國棟, 郭學(xué)鵬 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院, 西安航天動(dòng)力研究所