04.基于航空航天应用多样性新型钛合金研制.PDF

基于航空航天应用多样性新型钛合金研制 提名单位：中国有色金属工业协会 提名奖种：国家技术发明奖 提名单位意见： 项目针对我国航空、航天发展对钛合金提出的新的多样性需求，发明了5 种具有不同功能特 点、不同强度级别的新型钛合金，5 种合金的综合性能在相应的使用领域内达到国际先进或领先 水平。项目突破了科研—中试—工程化的关键技术，进行了典型件的制备和应用，发明了新型制 备加工技术和典型件的成型技术，制备出合格的产品，在国家重要工程中获得了成功应用，产生 了重要的社会效益。该项目已获得省部级科学技术一等奖3 项。 提名该项目为国家技术发明奖二等奖。 项目简介 钛合金作为重要的战略材料，在航空、航天、兵器、海洋和化工等领域有着广泛的应用。随 着航空、航天等技术的不断发展，高端应用需求不断提出，对钛合金的应用提出了更多新的挑战。 通过基于应用环境、组织参数设计的综合强韧化技术，发明了具有自主知识产权的从600MPa 低 强度到1300MPa超高强度、并具有不同功能性的系列钛合金，突破了合金从实验室研究到工程化 的关键技术，提出阻燃和低温变形的新机制和新理论，满足了航空、航天领域对耐低温、阻燃、 低成本、高强和超高强韧钛合金的应用需求，扩大了我国钛合金在高端领域用量与应用水平，为 我国国防军工用钛提供了重要保障。针对上述关键目标，具体发明成果如下： （1 ）基于应用环境和力学性能匹配的成分综合选择控制技术，发明了 5 种不同功能、不同 强度级别的新型钛合金，打破了国外对高端新型钛合金的技术封锁，为国家增加了5 种新的钛合 金牌号，包括航天液体火箭发动机管路系统用600MPa 级低温钛合金CT20(近α合金)，航空发动 机用900MPa级阻燃钛合金Ti40（全β合金）；航天、兵器用1100MPa级高性能低成本钛合金Ti12LC （α+ β合金）；航空、航天管材、气瓶、紧固件用1200MPa 级高强高塑钛合金Ti26 （亚稳β合 金）和1300MPa 级超高强高韧钛合金Ti1300 （近β合金），合金综合性能居国际领先或先进水平。 （2 ）突破5 种具有不同特点新合金实验室研究（设计、优化并确定成分）、中试研究（扩大 合金规模至200kg ～1000kg 铸锭，优化并确定合金加工工艺参数）、工程化研究（扩大合金研制 规模至2000kg ～3000kg 铸锭，稳定合金成分和加工工艺参数）的关键技术，针对新合金成分特 点和加工特性，提出相应的新制备技术，尤其是难变形Ti40 合金，发明了“预应力包覆+约束锻 造”的新加工技术，解决了合金材料稳定性制备问题。 （3）针对不同合金的特点和应用部位，开发出了5 种新合金的典型件，发明了CT20 合金高 精度管材的加工技术；发明了 Ti40 合金大规格环材的加工技术；发明了低成本钛合金 Ti12LC 锻件的制备技术；发明了高强高塑钛合金 Ti26 气瓶的推制备技术；发明了超高强高韧钛合金 Ti1300 的管材制备技术。所制备的合金典型件在我国航空、航天领域得到成功应用，有效地减 轻了重量，提高了武器装备的先进性。 （4 ）针对CT20 钛合金低温使用和Ti40 合金阻燃特性，提出了CT20 合金低温滑移/孪生交 替变形机制，揭示了CT20 合金20K 低温下具有良好塑性的机理；提出了Ti40 合金“快速散热和 中断氧输送”的阻燃机制，解释了Ti40 合金阻燃行为以及合金元素对高温氧化和阻燃行为的影 1 响机理。 经过 19 年的研究、开发，项目授权发明专利 25 件，制订了国军标、材料标准、工艺规范 等共计18 项；3 种新合金列入国家标准；出版3部钛合金金专著；获得3 项省部级科技一等奖。 为航空、航天等用户提供了大量合格产品，取得重要的社会效益，具有良好的经济效益。 客观评价 （1 ）与国内外相关技术的比较 CT20 合金与目前使用的低温用钛合金TC4ELI 和TA7ELI 合金力学性能对比，CT20 合金室温 塑性和 20K 低温综合性能更为优异。TC4ELI 和 TA7ELI 合金的最低使用温度分别为-196℃和 -253℃，而CT20 最低使用温度可到-269℃，可达到液氦温度，具有更低的温度使用范围；Ti40 合金和国际上著名阻燃钛合金 Alloy C （Ti-35V-15Cr ）相比，阻燃性能相近，但降低了贵重合 金元素V 的含量，成本明显降低，同时Ti40 合金的热