航空航天用高温钛合金棒材.DOC

1、 航空航天用高温 钛合金棒材 （ GB/T - ） 编制说明 （ 预审 稿） 2018-9 共 14 页 第 1 页 航空航天用高温钛合金棒材 编制说明 一、 工作简况 1、任务来源 根据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2017128 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

2、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

3、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。 3.主要工作

4、过程 共 14 页 第 2 页 宝钛集团有限公司接到有色标委下达的制订任务后，成立了标准编写组，召开了标准项目编写启动会议，对标准编写工作进行了部署和分工。本项目主要工作过程经过了以下几个阶段： 1） 2018 年 1 月成立标准编制组，并明确了工作的职能和任务。 2） 2018 年 2 月 2018 年 3 月对 航空航天用高温钛合金棒材 的生产和使用状况进行了 相关资料的收集和总结，并对相关的技术资料进行了对比分析。 3） 2018 年 4 月 2018 年 5 月根据对 航空航天用高温钛合金棒材 的相关资料进行分析和总 结，形成了 航空航天用高温钛合金棒材 的征求意见稿。 并将征求意见稿

5、发往 16家单位进行征求意见。 4） 2018 年 6 月 28 日，根据科技部下达国家重点研发计划先进结构材料领域关键技术标准研究重点专项的要求，由全国有色金属标准化技术委员会在新疆乌鲁木齐市组织召开了先进结构材料领域关键技术标准研究课题工作会议。来自全国 15 家单位 23位代表参加了会议，与会代表对航 空航天用高温钛合金棒材国家标准进行了认真、仔细的讨论，形成修改意见如下： 将表 1 中棒材长度修改为： 500mm 5000mm； 将第 3条要素 “要求”修改为“技术要求”； 增加产品规定塑性延伸强度的考核指标，并参照GJB 2218 的考核指标对力学性能进行修改； 在表 7 中明确检验

6、项目的取样方向； 将表格中量与单位按 GB/T 1.1 的要求进行统一修改； 对标准文本进行编辑性修改。 最后 参加本标准讨论的全部专家一致同意：对航空航天用高温钛合金棒材标准的讨论稿按修改意见修改后，形成预审稿待预审。 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

7、）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 2.1 材料熔炼 共 14 页 第 3 页 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/BS5302、 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 3

8、620.2 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。 2.4 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 TA7、 TA11、 TA15、 TA18、 TA19、 TA32、 TA33、 TC1、 TC2、 TC4、 TC6、 TC11、 TC17、 TC19、 TC25 100 250 500 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 12

9、mm。 部分 典型 牌号具体指标及制定依据如下： 1） 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 3：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 3 规格（） 温度 力学性能 Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% 12 300 室温 785 8 20 350 490

10、持久 440 MPa/ 100h 共 14 页 第 4 页 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。 2） 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： 100 150mm 参照 XJ/BS5267 TA15 钛合金棒材协议标准、 XJ/B

11、S5203-2011 TA15 合金棒材及 XJ/BS5231-2008 TA15 钛合金棒材技术条件指标制定； 150 300mm 性能与 XJ/BS5339-2006航空用 TA15 钛合金大规格棒材技术条件中 300 400mm 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（） 室温拉伸 500 Rm,MPa Rp0.2,MP A% Z% Rm,MPa 持久

12、 /h（） 12 200 930 1130 855 8 20 570 470 MPa /50 h 200 300 885 1130 815 8 20 3） 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 7590mm 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： Rm620MPa， Rp0

13、.2 483 MPa， A4D 15%， Z 25%。 表 6 规格（） 室温 350 400 Rm,MPa A% Z% Rm,MPa 持久 /h（ ） Rm,MPa 持久 /h（） 12 250 590 735 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 75 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，以上指标制共 14 页 第 5 页 订合理。 4） TA19 试样热处理制度：参照 XJ/BS5195-20

14、00 Ti6242 合金棒材技术协议，定为 955985，保温 1h 2h，空冷； 575 605，保温 8h，空冷。与 GJB3763A-2004 规定（ T -1530，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 130mm 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 130mm 的

15、指标完全相同。 该牌号目前生产最大规格为 300mm，所有指标均能满足 XJ/BS5195-2000。 表 7 规格（） 室温 480 525 Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Rm,MPa 持久 / h（） 12 250 895 825 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。 5） 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-200

16、4 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 100 280mm 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（） 室温 350 Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Rm,MPa 持久 /h（） 12 250 585 460 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。 6） TC2

17、 试样热处理制度：参照 GB/T2965-2007钛及钛合金棒材，定为 700 850，保共 14 页 第 6 页 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 250 300mm 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

18、足使用要求。 表 9 规格（） 室温 350 Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Rm,MPa 持久 /h（） 12 300 685 560 10 24 420 390 MPa /100 h 7） 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： 100 150mm 指标与 XJ/BS5393-2008 TC4 钛合金棒材技术条件中规格 100 150mm 指标相同； 150 300mm 指标与 XJ/BS5427-2009 TC4 钛合金大规格棒材技

19、术条件中规格 350 500mm 指标及 XJ/BS5429-2009 TC4钛合金大规格棒材技术协议中规格 250mm 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 100 150mm 指标相同。本标准对 100 300mm 棒材引用本标准。前期生产数据表明，实物性能均能稳定达到该指标。 表 10 规格（） 室温 400 Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Rm ,MPa 持久 /h（） 12 150 895 825 9 20 600 560MPa/ 100 h 150 300 8 15 大批量生产检

20、验数据表明，实物 性能均能 稳定 达到以上指标 并可满足使用要求 。 8） TC6 试样热处理制度：普通退火制度参 照 XJ/BS5167-2004航空用 TC6 钛合金棒材，为800 850，保温 1h 2h，空冷；双重退火制度参照 GB/T2965-2007钛及钛合金棒材的规定，为 860 880，保温 1 3h，炉冷至 650，保温 2h，空冷。 鉴于大规格棒材性能通常采用双重退火，本标准推试样坯热处理采用双重退火 ，定位 860 920，保温共 14 页 第 7 页 1 3h，随炉（或转炉）冷至 600 650，保温 2h，空冷 。 室温力学性能指标 见表 11：与 XJ/BS5167

21、-2006 中 110 150mm 及 XJ/BS5352-2008 TC6 大规格棒材协议中 100 250mm 规定的横向指标基本相同。 高温力学性能（抗拉强度、持久）指标 见表 11：与 XJ/BS5167 和 XJ/BS5352-2008 中规定的指标相同。 表 11 规格（） 室温拉伸 400 Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Rm/MPa 持久 /h（） 12 250 935 1180 840 9 20 685 685 MPa /50 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。 9） TC11 试样热处理制度：参照 GJB

22、3763A-2004， 定 为 940 960，保温 1h 2h，空冷； 520540，保温 6h，空冷。首次退火温度允许在 转变温度以下 30 50范围内调整。与 GB/T2965-2007钛及钛合金棒材、 XJ/BS5392-2008 TC11 钛合金大规格棒材技术协议及 XJ/BS5446-2010 TC11 钛合金棒材技术条件相同。 室温力学性能指标 见表 15： 100 150mm 指标与 XJ/BS5446-2010 TC11 钛合金棒材技术条件中 100 150mm 规定的指标相同； 150 250mm 指标 参照XJ/BS5446-2010 TC11 钛合金大规格棒材技术条件中

23、 150 230mm 规定的指标 与XJ/BS5392-2008 TC11 钛合金大规格棒材技术协议指标 制定 。 高温抗拉强度、持久指标 见表 15：与 XJ/BS5392-2008 TC11 钛合金大规格棒材技术协议、 GB/T2965 规定的指标完全相同，但 GB/T2965 的指标仅适用于直径不大于 90 mm的棒材。 表 15 规格（） 室温拉伸 500 Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Rm,MPa 持久 / h（） 12 150 1030 910 8 23 685 640 MPa /35 h 150 250 950 850 6 15 大批量生产检验数据表明，实物 性能

24、均能 稳定 达到以上指标 并可很好满足使用要求 。 10） TC17 试样热处理制度：参照 XJ/BS5127-95航空用 Ti-17 钛合金大规格棒材试制批技术条件和 XJ/BS 5435-2010 TC17 钛合金大规格棒材技术协议，定为 830 850，保温共 14 页 第 8 页 1h 4h，空冷； 790 810，保温 4h，水冷； 620 640，保温 8h，空冷。 室温及高温力学性能指标 见表 16： 参照 XJ/BS 5435-2010 TC17 钛合金大规格棒材技术协议中规格 200 350mm 横向性能 指标制定 。 表 16 规格（） 室温 370 Rm,MPa Rp0.

25、2,MPa A% Z% Rm,MPa 持久 /h（） 12 250 1120 1030 7 15 900 685 MPa /100 h 该牌号大规格棒产量较大，大批量生产检验数据表明，实物性能均能稳定达到以上指标并可很好满足使用要求。 11） TC19 试样热处理制度：参照 XJ/BS 5420-2009 Ti6246 钛合金棒材技术条件 及 AMS 4981 Ti6246 棒材 ，定为 815 915，保温 1h 2h，空冷； 575 605，保温 4 8h，空冷。 室温 及高温 力学性能指标见表 18： 室温力学性能 结合 XJ/BS 5420-2009 Ti6246 钛合金棒材技术条件

26、中规格 100 150mm 的横向指标 与实测数据制定 ；高温力学性能结合 AMS 4981 及相应实测数据制定。 表 18 规格（） 室温拉伸 425 Rm,MPa Rp0.2,MPa A% Z% Rm,MPa 12 150 1100 1035 6 12 930 12） TC25 试样热处理制度：参照 XJ/BS5325-2006 BT25 钛合金锻制棒材技术协议、XJ/BS5399-2008 BT25 钛合金锻制棒材技术条件及 XJ/BS5316-2006 BT25 钛合金锻制棒材技术条件，定为 950 970，保温 1h 4h，空冷； 530 570，保温 6h，空冷。首次退火温度允许在

27、 转变温度以下 30 50范围内调整； 室温、高温力学性能指标 见表 20：与 XJ/BS5325-2006 完全相同。 XJ/BS5325-2006 规定的规格 范围为 150 250mm。较 XJ/BS5399-2008 BT25 钛合金锻制棒材技术条件及XJ/BS5316-2006 BT25 钛合金锻制棒材技术条件相应规格指标塑性略低。 表 20 规格（） 室温 500 550 Rm,MPa A% Z% Rm,MPa 持久 /h Rm,MPa 持久 /h（） 100 250 980 8 18 735 635MPa/50 h 686 441 MPa/50 h 2.5 超声波 探伤 共 14

28、 页 第 9 页 棒材应进行超声波探伤。超声波探伤应符合 GB/T 5193 的规定，其验收级 别见表 6。 表 1 探伤验收级别 棒材直径 验收级别 12 60 A1 60 150 A 150 250 B 2.6 金相检验 低倍组织： 横向低倍组织不应有裂纹、缩尾、气孔、金属或非金属夹杂、影响使用的偏析及其他目视可见的冶金缺陷。横向低倍组织不应有目视可见的清晰晶粒。 显微组织： 显微组织为两相区加工产生的组织，无完整的原始 晶界。组织可为在转变的 基体上的等轴 组织，或等轴 和拉长 组织，以及部分破碎和扭曲的晶界 及片状 组织。 2.7 表面状况 根据超声波检验对棒材表面质量的要求和实际生产

29、水平 ,规定了机 加工棒材表面粗糙度要求 Ra 值不大于 3.2 m。 2.8 外观质量 棒材表面不允许有裂纹、折叠等缺陷。棒材表面的局部缺陷应予以清除，清理深度不超过棒材的相应尺寸允许偏差之半；且其清除部位的深度与宽度之比应不大于 1:8。 棒材表面允许存在不大于直径允许偏差之半的个别轻微划伤、压痕、啃伤、麻点等缺陷。 三、标准水平分析 3.1 采用国际标准的程度 本标准参考 了 ASTM B348、 AMS4967、 AMS4928、 OCT1 90107 等标准 制定 。其中尺寸 规格及相应力学性能指标 与国外 标 准 一致或更严 ，进一步提高了 产品的质量水平 。 3.2 国 际、国外 同类标准水平的对比分析 在国外先进标准 (ASTM B348、 AMS4967、 AMS4928 等 )中，一般仅对直径不大于 152.4mm的棒材的力学性能有强制性指标考核，更大规格的棒材则由供需双方协商。但在国际几个著名航空公司和发动机厂，均都有自己的企业标准规定了大规格棒材的技术要求，如波音公司的 BMS 7-348， Ti-6Al-4V 钛合金棒材的最大规格为 508mm， SNECMA 公司的企业标准DMD0776-24，规定的最大规格也达 500mm。国外大规格棒材的采购一般采用这些企业标准 。