[发明专利]一种摩擦不起火花的钛合金材料

说明书

技术领域：

本发明涉及抗燃烧、耐热、耐蚀钛合金新材料，特别提供了一种在与其它材料高速摩擦时没有火花产生，并能够在500℃长期使用的钛合金材料。

背景技术：

在空气、压力、温度的一定配合下，钛合金件表面发生氧化反应，体积改变，导致原氧化层破裂，失去保护作用，大量氧与钛合金发生反应，反应释放出的热量超过散失热量，温度快速升高而导致点火和燃烧，从而在装备的各部位引起着火，这种事故在现有技术中被称为“钛火”事故。是亟待解决的一大技术难题。

八十年代中期，美国研制出Alloy C合金，也称作Ti-1270。该合金属于β型钛合金，其主要成分为Ti-V-C。研究结果表明，Alloy C合金的室温拉伸强度与Ti-6242合金相当，然而Alloy C合金的高温拉伸强度却明显优于Ti-6242合金。Alloy C合金可以制成厚板、薄板、带材、箔材和棒材，以及轧制和焊接环形件。俄罗斯从摩擦机理入手，研制出BTT-1和BTT-3两种阻燃钛合金，它们都是Ti-Al-Cu系合金。目前已生产出棒材、锻件和环形件。

无论是Alloy C合金还是BTT-1和BTT-3合金，在与砂轮摩擦时，能够产生明亮的火花(见图1、2)，从可能起火的源头上考虑，“钛火”还是不可避免。

因此，人们期望获得一种技术效果优于现有技术的抗燃烧、耐热、耐蚀钛合金新材料，尤其是在与其它材料高速摩擦时没有火花产生，并能够在较高温度下长期使用的钛合金材料。

发明内容：

本发明的目的是提供一种抗燃烧、耐热、耐蚀钛合金新材料，特别提供了一种在与其它材料高速摩擦时没有火花产生，并能够在500℃长期使用的钛合金材料，其500℃高温性能好、室温塑性佳，同时具有良好的热加工工艺塑性。

本发明提供了一种摩擦不起火花的钛合金材料，其特征在于：所述钛合金材料由下述合金元素中组成：Al元素：重量含量为5.0％～6.8％；Sn元素：重量含量为2％～4％；Zr元素：重量含量为2％～6％；Cu、Ni、Mn、Cr、Be、Ag元素之一种或多种：重量含量为1％～25％；V、Mo元素之一种或两种：重量含量为1％～10％；Si元素：重量含量为0.0％～0.5％(Si元素的重量含量进一步优选范围为0.2％～0.5％)；Ti元素：余量。

为了实现钛合金摩擦时不出现火花的能力，保证足够的室温高温力学性能，本发明从合金化角度，具体研制出了一种兼具500℃高温性能的抗燃烧钛合金。

具体地讲，为了使耐热、耐蚀、抗燃烧钛合金达到相应的抗摩擦起火性能，室温、高温力学性能匹配，在合金设计时，是从下述几个方面考虑的(针对优选范围内的各成分与对应含量要求说明如下)：

Al与Ti形成固溶体后，主要分布在α相中，能够明显提高合金的高温强度，只要Al含量控制在固溶极限之内，不会明显降低合金的韧性。Al与Sn均为α稳定元素，Al比Sn在这方面的作用更为强烈，二者配合使用高温强化效果更佳。此外Al的密度低，在减重、提高弹性模量上，作用也很显著。Al与Sn的熔点都比较低，对钛合金抗燃烧性能不会有明显的好处，主要从保证合金耐热性方面考虑，Al与Sn的合适加入量优选分别为5.0％～6.8％与2％～4％。

Si是高温钛合金的常用元素，与Ti结合成硅化物，对于提高合金高温持久蠕变性能作用明显，但含量过多会降低室温塑性，尤其是冲击韧性。由于Si含量一般加入少于0.5％不会对抗燃烧性能起明显作用，因此Si元素的含量在与正常高温钛合金一致，优选在0.2％～0.5％范围内。

Zr是中性稳定元素，能够在不降低塑性的基础上，提高高温强度，是提高合金耐热性能的重要元素。Zr与Ti一样，很容易摩擦起火，如果过多加入，不利于提高抗燃烧性能。实验表明，Zr的优选合适加入量为2.0％～6.0％为宜。