航空航天用TC4TC6TC11等高溫鈦合金棒標準

航空航天用高溫鈦合金棒材

(GB/T ××××-××××)

編制說明

(征求意見稿)

《航空航天用高溫鈦合金棒材》

編制說明(征求意見稿)

一、工作簡況

1、任務來源

根據(jù)國家標準委《國家標準委關于下達2017年第四批國家標準制修訂計劃的通知》(國標委綜合[2017]128號)的要求，由寶鈦集團有限公司和寶雞鈦業(yè)股份有限公司負責起草《航空航天用高溫鈦合金棒材》國家標準。項目計劃編號：20173780-T-610，計劃完成年限為2019年。

2、起草單位簡況

寶鈦集團有限公司(簡稱寶鈦集團)始建于1965年，是國家“三五”期間為滿足國防軍工、尖端科技發(fā)展的需要，以“九0二”為工程代號而投資興建的國家重點企業(yè)，原名902廠，1972年更名為寶雞有色金屬加工廠，隸屬于國家冶金工業(yè)部；1983年劃歸中國有色金屬工業(yè)總公司主管：1999年劃歸中國稀有稀土集團公司管理；2000年劃歸到陜西省，隸屬于陜西有色金屬控股集團有限責任公司；2005年，為建立現(xiàn)代企業(yè)制度、理順國有資產(chǎn)管理關系，工廠整體改制為寶鈦集團有限公司。

歷經(jīng)近50年的艱苦磨礪，寶鈦集團現(xiàn)已發(fā)展成為中國最大、實力最雄厚、體系最完整的以鈦及鈦合金為主的稀有金屬材料專業(yè)化科研生產(chǎn)基地，是我國鈦工業(yè)的搖籃和旗幟。是中國鈦、鋯國標、軍標、行規(guī)的制定者，代表著我國鈦、鋯材加工技術(shù)的最高水平，是“中國鈦谷”和“國家高技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)基地”的龍頭企業(yè)。目前，公司主導產(chǎn)品鈦材年產(chǎn)量已位居世界同類企業(yè)第二。

我國第一顆氫彈的爆炸成功、第一艘核潛艇的勝利下水、第一顆軟著陸衛(wèi)星順利返回地面、首次向太平洋海域成功發(fā)射運載火箭、 “嫦娥”奔月成功都有寶鈦集團的功績。系列殲擊機、直升機、各型運載火箭、衛(wèi)星、系列導彈和神舟飛船，以及核動力船舶等都使用了寶鈦集團研制生產(chǎn)的鈦及鈦合金稀有金屬材料。它不僅使中國擺脫了重點型號和武器裝備關鍵材料受制于人的局面，豐富了我國航空用鈦合金材料體系，而且大大提升了我國軍事裝備水平和國產(chǎn)化能力，為國防現(xiàn)代化建設和尖端科技發(fā)展做出了巨大貢獻。

二、標準編制原則和確定標準主要內(nèi)容的論據(jù)

1、標準編制原則

本標準在編制時，主要參考了寶鈦集團企業(yè)標準、協(xié)議標準、內(nèi)控標準及國外相關棒材標準，結(jié)合市場調(diào)研，完成了標準征求意見稿。同時，項目組確定出以下主要原則：

a) 標準應嚴格按照GB/T1.1-2009《標準化工作導則第一部分：標準的結(jié)構(gòu)與編寫》的規(guī)定格式進行編寫。

b)所列材料均為已大量批產(chǎn)并廣泛使用的牌號。

c)產(chǎn)品的技術(shù)指標應均得到相應印證，確保合理性。

2、確定標準主要內(nèi)容的論據(jù)

2.1 材料熔煉

因鑄錠質(zhì)量對鈦合金棒材質(zhì)量有重要影響，因此本標準依據(jù)N/BS5302、N/BS5303《鈦及鈦合金棒》等標準對材料熔煉建立了相應規(guī)定。棒材生產(chǎn)用鑄錠應經(jīng)多次熔煉，熔煉次數(shù)應不少于兩次。首次熔煉可使用自耗電極、非自耗電極、電子束冷床爐或等離子體冷床爐熔煉。隨后的一次或多次熔煉應采用真空自耗電弧爐熔煉，且最后一次熔煉不允許添加任何元素。

2.2 化學成分

本標準的化學成分直接引用GB/T3620.1-2007《鈦及鈦合金牌號和化學成分》及GB/T3620.2《鈦及鈦合金加工產(chǎn)品化學成分允許偏差》。

2.3 交貨狀態(tài)

本標準鑒于產(chǎn)品規(guī)格范圍較大，部分產(chǎn)品對訂購方屬于坯料標準，后續(xù)還需進行熱加

工，故規(guī)定棒材交貨狀態(tài)為熱加工態(tài)。

2.4 規(guī)格及性能

本標準規(guī)定各牌號的規(guī)格如下表1：

本標準規(guī)定了高溫鈦合金棒材的室溫、高溫拉伸性能。

本標準規(guī)定的棒材的最小規(guī)格為D12mm。典型牌號具體指標及制定依據(jù)如下：

1) TA7

試樣熱處理制度：參照GB/T2965-2007《鈦及鈦合金棒材》為定750℃~850℃，保溫1h~3h，空冷。

室溫力學性能指標見表2：本標準規(guī)定的強度指標與XJ/BS5434-2010《TA7和TC2鈦合金大規(guī)格棒材技術(shù)協(xié)議》相同。但由于試樣取樣為橫向，塑性比縱向低，所以按照規(guī)律，塑性指標降低了20%。

高溫力學性能指標表3： XJ/BS5434-2010均相同。

從數(shù)批大規(guī)格棒材積累的數(shù)據(jù)看，性能可穩(wěn)定滿足上述指標和使用要求，以上指標制訂合理。

2) TA13

試樣熱處理制度：參照GB/T2965-2007《鈦及鈦合金棒材》和XJ/BS5246-2002《Ti-230合金軋環(huán)件用環(huán)坯技術(shù)條件》，定為780℃~800℃，保溫0.5h~2h，空冷(GB/T2965-2007為780℃~800℃，保溫0.5h~2h，空冷；XJ/BS5246-2002為780℃~800℃，保溫>0.5h，空冷)。

室溫力學性能指標見表4：與Q/BS5320-2007《鈦合金大規(guī)格棒材》中規(guī)格￥100~山250mm的指標相同。

從數(shù)批大規(guī)格棒材積累的數(shù)據(jù)看，性能可穩(wěn)定滿足上述指標和使用要求，以上指標制訂合理。

3) TA15

試樣熱處理制度：參照GJB3763A-2004《鈦及鈦合金熱處理標準》， 為700℃~850℃，保溫1h~4h，空冷(與XJ/BS5267-2003《TA15鈦合金棒材協(xié)議標準》、XJ/BS5231-2008《TA15鈦合金棒材技術(shù)條件》及XJ/BS5288-2004《TA15合金棒材協(xié)》相同規(guī)定相同)。

室溫力學性能指標見表5： 中100~中150mm參照XJ/BS5267《TA15鈦合金棒材協(xié)議標準》、XJ/BS5203-2011《TA15合金棒材》及XJ/BS5231-2008《TA15鈦合金棒材技術(shù)條件》指標制定；中150~中300mm性能與XJ/BS5339-2006《航空用TA15鈦合金大規(guī)格棒材技術(shù)條件》中中300~中400mm規(guī)格性能完全相同。

高溫力學性能(抗拉強度、持久)指標見表5：與XJ/BS5157-2006《TA15鈦合金棒材》和XJ/BS5339-2006《航空用TA15鈦合金大規(guī)格棒材技術(shù)條件》的相同。

從數(shù)批大規(guī)格棒材積累的高溫性能實測數(shù)據(jù)看，可以滿足要求。

4) TA18

試樣熱處理制度：參照GJB3763A-2004《鈦及鈦合金熱處理》， 為600℃~815℃， 保溫1h~3h， 空冷。比MIL-H-81200B《鈦及鈦合金熱處理》規(guī)定的范圍(650℃~790℃，保溫1h~3h，空冷)寬。

室溫力學性能指標見表6：與XJ/BS5194-2000《航空用鈦合金棒材技術(shù)條件》中小75~90mm的橫向指標完全相同。ASTM 348中規(guī)定直徑不大于3英寸(75mm) 的指標為：Rm≥

620MPa， Rp 0.2≥483MPa， A4D≥15%， Z≥25%。

高溫力學性能(抗拉強度、持久)指標：與XJ/BS5194-2000《航空用鈦合金棒材技術(shù)條件》中D75~90mm的橫向指標完全相同。

從數(shù)批大規(guī)格棒材積累的數(shù)據(jù)看，性能可穩(wěn)定滿足上述指標和使用要求，以上指標制訂合理。

5) TA19

試樣熱處理制度：參照XJ/BS5195-2000《Ti6242合金棒材技術(shù)協(xié)議》，定為955℃~985℃， 保溫1h~2h， 空冷； 575℃~605℃， 保溫8h， 空冷。與GJB3763A-2004規(guī)定(Tβ-15~

30℃，保溫1h~2h，空冷；595℃，保溫8h，空冷)基本一致。

室溫力學性能指標見表7：參照XJ/BS5195-2000《Ti-6242合金棒材技術(shù)協(xié)議》中直徑不大于山130mm的指標制定。但由于試樣取樣為橫向，塑性比縱向低，所以按照規(guī)律，塑性指標降低了20%。

高溫力學性能(抗拉強度、持久、蠕變)指標見表7：與XJ/BS5195-2000《Ti-6242合金棒材技術(shù)協(xié)議》中直徑不大于D130mm的指標完全相同。

該牌號目前生產(chǎn)最大規(guī)格為中300mm，所有指標均能滿足XJ/BS5195-2000。

從數(shù)批大規(guī)格棒材積累的數(shù)據(jù)看，性能可穩(wěn)定滿足上述指標和使用要求，以上指標制訂合理。

6) TC1

試樣熱處理制度：參照GB/T2965-2007《鈦及鈦合金棒材》及XJ/BS5149-2005a《TC1鈦合金棒材技術(shù)條件》， 定為700℃~850℃， 保溫1h~3h， 空冷。比GJB3763A-2004規(guī)定

(700℃~800℃，保溫1h~2h，空冷)的范圍寬。

室溫力學性能指標見表8：較XJ/BS5149-2005a《TC1鈦合金棒材技術(shù)條件》中中100~中280mm規(guī)格強度一致，塑性略有降低。

高溫力學性能指標見表8：與XJ/BS5164-2001《TC1和TC2棒材補充協(xié)議》相同。

從數(shù)批大規(guī)格棒材積累的數(shù)據(jù)看，性能可穩(wěn)定滿足上述指標和使用要求，以上指標制訂合理。

7) TC2

試樣熱處理制度：參照GB/T2965-2007《鈦及鈦合金棒材》，定為700℃~850℃，保溫1h~3h，空冷。

室溫力學性能指標見表9：與XJ/BS5434-2010《TA7和TC2鈦合金大規(guī)格棒材技術(shù)協(xié)議》相同。因試樣取樣差異，塑性指標較GB/T2965降低了20%。

高溫力學性能(抗拉強度、持久)指標見表9：與XJ/BS5434-2010《TA7和TC2鈦合

金大規(guī)格棒材技術(shù)協(xié)議》中中250~中300mm指標及XJ/BS5164-2001《TC1和TC2棒材補充協(xié)議》指標相同。

從前期積累的生產(chǎn)數(shù)據(jù)看，棒材質(zhì)量可穩(wěn)定達標且能很好滿足使用要求。

8) TC4

試樣的熱處理制度：參照GJB3763A-2004(比GB/T 2965的熱處理溫度范圍寬) ， 定為700℃~850℃，保溫1h~2h，空冷。

室溫力學性能指標見表10：D100~D150mm指標與XJ/BS5393-2008《TC4鈦合金棒材技術(shù)條件》中規(guī)格①100~150mm指標相同；D150~①300mm指標與XJ/BS5427-2009《TC4鈦合金大規(guī)格棒材技術(shù)條件》中規(guī)格中350~①500mm指標及XJ/BS5429-2009《TC4鈦合金大規(guī)格棒材技術(shù)協(xié)議》中規(guī)格中250mm指標相同。

高溫力學性能(抗拉強度、持久)指標見表10：與XJ/BS5393-2008《TC4鈦合金棒材技術(shù)條件》中規(guī)格D100~150mm指標相同。本標準對中100~小300mm棒材引用本標準。前期生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，實物性能均能穩(wěn)定達到該指標。

大批量生產(chǎn)檢驗數(shù)據(jù)表明，實物性能均能穩(wěn)定達到以上指標并可滿足使用要求。

9) TC6

試樣熱處理制度：普通退火制度參照XJ/BS5167-2004《航空用TC6鈦合金棒材》，為800℃~850℃，保溫1h~2h，空冷；雙重退火制度參照GB/T2965-2007《鈦及鈦合金棒材》的規(guī)定，為860℃~880℃，保溫1~3h，爐冷至650℃，保溫2h，空冷。鑒于大規(guī)格棒材性能通常采用雙重退火，本標準推試樣坯熱處理采用雙重退火，定位860℃~920℃，保溫1~3h，隨爐(或轉(zhuǎn)爐)冷至600℃~650℃，保溫2h，空冷。

室溫力學性能指標見表11：與XJ/BS5167-2006中D110~150mm及XJ/BS5352-2008《TC6大規(guī)格棒材協(xié)議》中中100~250mm規(guī)定的橫向指標基本相同。

高溫力學性能(抗拉強度、持久)指標見表11：與XJ/BS5167和XJ/BS5352-2008中規(guī)定的指標相同。

從數(shù)批大規(guī)格棒材積累的數(shù)據(jù)看，性能可穩(wěn)定滿足上述指標和使用要求，以上指標制

訂合理。

10) TC8

試樣熱處理制度：N/BS(Y)5314-2009《TC8鈦合金棒材技術(shù)條件》，定為900℃~950℃，保溫1h~4h，空冷；570℃~600℃，保溫1~3h，空冷。

室溫力學性能指標見表12：參照N/BS(Y)5314-2009《TC8鈦合金棒材技術(shù)條件》規(guī)定的規(guī)格范圍為中150~中250mm橫向性能制定。

高溫力學性能指標見表12：參照與N/BS(Y)5314中規(guī)定的指標制定。

從數(shù)批大規(guī)格棒材積累的數(shù)據(jù)看，性能可穩(wěn)定滿足上述指標和使用要求，以上指標制訂合理。

11) TC9

試樣熱處理制度：參照GB/T2965-2007《鈦及鈦合金棒材》，規(guī)定為950℃~1000℃，保溫1h~3h，空冷；530℃~580℃，保溫2h~12h，空冷(GB/T2967-2007為950℃~1000℃，保溫1h~3h，空冷；520℃~540℃，保溫6h，空冷)。

室溫力學性能指標見表13：參照GB/T2965-2007《鈦及鈦合金棒材》。該標準的力學性能本為中90mm以下棒材的指標。

高溫力學性能指標見表13：與Q/BS5320-2013《鈦合金大規(guī)格棒材》相同。

從數(shù)批大規(guī)格棒材積累的數(shù)據(jù)看，性能可穩(wěn)定滿足上述指標和使用要求，以上指標制訂合理。

12) TC10

試樣熱處理制度：結(jié)合GJB3763A-2004《鈦及鈦合金熱處理》和GB/T 2965-2007《鈦及鈦合金棒材》的規(guī)定， 為700℃~850℃， 保溫1h~3h， 空冷。GJB3763A-2004為710℃~

850℃，保溫1h~2h，空冷；GB/T2965-96為700℃~800℃，保溫1h~3h，空冷。

室溫、高溫力學性能指標見表14：與Q/BS5320-2007《鈦合金大規(guī)格棒材》中D100~①250mm規(guī)格指標相同該牌號國內(nèi)需求雖較少，但國外市場較好。

13) TC11

試樣熱處理制度：參照GJB3763A-2004， 定為940℃~960℃， 保溫1h~2h， 空冷； 520℃~540℃，保溫6h，空冷。首次退火溫度允許在β轉(zhuǎn)變溫度以下30℃~50℃范圍內(nèi)調(diào)整。

與GB/T2965-2007《鈦及鈦合金棒材》、XJ/BS5392-2008《TC11鈦合金大規(guī)格棒材技術(shù)協(xié)議》及XJ/BS5446-2010《TC11鈦合金棒材技術(shù)條件》相同。

室溫力學性能指標見表15：100~D150mm指標與XJ/BS5446-2010《TC11鈦合金棒材技術(shù)條件》 中 100~山150mm規(guī)定的指標相同； ￥150~250mm指標參照XJ/BS5446-2010《TC11鈦合金大規(guī)格棒材技術(shù)條件》中D150~230mm規(guī)定的指標與XJ/BS5392-2008《TC11鈦合金大規(guī)格棒材技術(shù)協(xié)議》指標制定。

高溫抗拉強度、持久指標見表15：與XJ/BS5392-2008《TC11鈦合金大規(guī)格棒材技術(shù)協(xié)議》、GB/T2965規(guī)定的指標完全相同，但GB/T2965的指標僅適用于直徑不大于中90mm的棒材。

大批量生產(chǎn)檢驗數(shù)據(jù)表明，實物性能均能穩(wěn)定達到以上指標并可很好滿足使用要求。

14) TC17

試樣熱處理制度：參照XJ/BS5127-95《航空用Ti-17鈦合金大規(guī)格棒材試制批技術(shù)條件》和XJ/BS5435-2010《TC17鈦合金大規(guī)格棒材技術(shù)協(xié)議》，定為830℃~850℃，保溫1h~4h，空冷；790℃~810℃，保溫4h，水冷；620℃~640℃，保溫8h，空冷。

室溫及高溫力學性能指標見表16：參照XJ/BS5435-2010《TC17鈦合金大規(guī)格棒材技術(shù)協(xié)議》中規(guī)格中200~D350mm橫向性能指標制定。

該牌號大規(guī)格棒產(chǎn)量較大，大批量生產(chǎn)檢驗數(shù)據(jù)表明，實物性能均能穩(wěn)定達到以上指標并可很好滿足使用要求。

15) TC18

試樣熱處理制度：參照XJ/BS5338-2006《TC18鈦合金棒材技術(shù)條件》和XJ/BS5382-2008《TC18鈦合金大規(guī)格棒材》，規(guī)定為820℃~850℃，保溫1h~3h，爐冷至740℃~760℃，保溫1h~3h，空冷；500℃~650℃，保溫2h~6h，空冷(XJ/BS5338-2006及XJ/BS5246-2002相同，為820℃~850℃，保溫1h~3h，爐冷至740℃~760℃，保溫1h~3h，空冷；500℃~650℃，保溫2h~6h，空冷)。

室溫力學性能指標見表17：與XJ/BS5382-2008《TC18鈦合金大規(guī)格棒材》規(guī)定的規(guī)格范圍為D150~中350mm橫向性能相同。

16) TC19

試樣熱處理制度：參照XJ/BS 5420-2009《Ti 6246鈦合金棒材技術(shù)條件》及AMS 4981《Ti6246棒材》，定為815℃~915℃，保溫1h~2h，空冷；575℃~605℃，保溫4~8h，空冷。

室溫及高溫力學性能指標見表18：室溫力學性能結(jié)合XJ/BS5420-2009《Ti6246鈦合金棒材技術(shù)條件》中規(guī)格D100~①150mm的橫向指標與實測數(shù)據(jù)制定；高溫力學性能結(jié)合AMS 4981及相應實測數(shù)據(jù)制定。

17) TC25

試樣熱處理制度：參照XJ/BS5325-2006《BT25鈦合金鍛制棒材技術(shù)協(xié)議》、XJ/BS5399-2008《BT25鈦合金鍛制棒材技術(shù)條件》及XJ/BS5316-2006《BT25鈦合金鍛制棒材技術(shù)條件》，定為950℃~970℃，保溫1h~4h，空冷；530℃~570℃，保溫6h，空冷。

首次退火溫度允許在β轉(zhuǎn)變溫度以下30℃~50℃范圍內(nèi)調(diào)整；

室溫、高溫力學性能指標見表20：與XJ/BS5325-2006完全相同。XJ/BS5325-2006規(guī)定的規(guī)格范圍為D150~250mm。較XJ/BS5399-2008《BT25鈦合金鍛制棒材技術(shù)條件》及XJ/BS5316-2006《BT25鈦合金鍛制棒材技術(shù)條件》相應規(guī)格指標塑性略低。

2.5 超聲波探傷

棒材應進行超聲波探傷。超聲波探傷應符合GB/T5193的規(guī)定，其驗收級別見表21。

2.6 金相檢驗

低倍組織：橫向低倍組織不應有裂紋、縮尾、氣孔、金屬或非金屬夾雜、影響使用的偏析及其他目視可見的冶金缺陷。橫向低倍組織不應有目視可見的清晰晶粒。

顯微組織：顯微組織為兩相區(qū)加工產(chǎn)生的組織，無完整的原始B晶界。組織可為在轉(zhuǎn)變的β基體上的等軸a組織，或等軸a和拉長a組織，以及部分破碎和扭曲的晶界a及片狀a組織.

2.7 表面狀況

根據(jù)超聲波檢驗對棒材表面質(zhì)量的要求和實際生產(chǎn)水平，規(guī)定了機加工棒材表面粗糙度要求Ra值不大于3.2μm。

2.8 外觀質(zhì)量

棒材表面不允許有裂紋、折疊等缺陷。棒材表面的局部缺陷應予以清除，清理深度不超過棒材的相應尺寸允許偏差之半；且其清除部位的深度與寬度之比應不大于1：8。

棒材表面允許存在不大于直徑允許偏差之半的個別輕微劃傷、壓痕、啃傷、麻點等缺陷。

三、標準水平分析

3.1采用國際標準的程度

本標準參考了ASTM B 348、AMS 4967、AMS 4928、OCT 190107等標準制定。其中尺寸規(guī)

格及相應力學性能指標與國外標準一致或更嚴，進一步提高了產(chǎn)品的質(zhì)量水平。

3.2國際、國外同類標準水平的對比分析

在國外先進標準(ASTM B 348、AMS 4967、AMS 4928等) 中， 一般僅對直徑不大于152.4mm

的棒材的力學性能有強制性指標考核，更大規(guī)格的棒材則由供需雙方協(xié)商。但在國際幾個

著名航空公司和發(fā)動機廠，均都有自己的企業(yè)標準規(guī)定了大規(guī)格棒材的技術(shù)要求，如波音

公司的BMS 7-348， Ti-6Al-4V鈦合金棒材的最大規(guī)格為508mm， SNECMA公司的企業(yè)標準

DMD 0776-24， 規(guī)定的最大規(guī)格也達500mm。國外大規(guī)格棒材的采購一般采用這些企業(yè)標準。

部分常用牌號的國外標準指標見表22、表23：

通過上述綜合分析，本標準的制定達到了國際先進水平。

四、與有關的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強制性國家標準的關系

該標準的制定符合現(xiàn)行法律、法規(guī)的要求，本標準與其他強制性國家標準無矛盾與不

協(xié)調(diào)之處。

五、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無。

六、標準作為強制性或推薦性標準的建議

鑒于國內(nèi)目前沒有關于航空航天用高溫鈦合金棒材專用的國家標準，因此建議該標準

作為推薦性國家標準。

七、貫徹標準的要求和措施建議，包括：組織措施、技術(shù)措施、過渡辦法

無。

八、廢止現(xiàn)行有關標準的建議

無。

九、其他應予說明的事項

無。

十、預期效果

本標準是新制定國家標準，具有普遍性、廣泛性和適用性。本標準的實施，將為航空航天用高溫鈦合金棒材質(zhì)量控制提供指導，在滿足國內(nèi)需求的同時提高了在國際市場上的競爭實力；同時可促進該行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展，進一步提高和完善我國航空航天鈦合金棒材生產(chǎn)及裝備技術(shù)水平，對我國鈦行業(yè)的發(fā)展會產(chǎn)生重要的影響。

航空航天用高溫鈦合金棒材標準編制組

2018年5月