钛合金无缝管用材料

钛合金作为先进的轻量化材料，航空航天领域是其使用最为广泛的领域。航空航天液压管路系统作为飞机的重要组成部分，为发动机运输燃料、滑油、空气等介质，是飞机的血管和神经。随着钛合金材料的不断发展，传统航空航天液压管路系统所使用的不锈钢正逐渐被钛合金所取代。

目前，国内外使用最为广泛的无缝管用钛合金材料是TA18，其名义成分为Ti-3Al-2.5V。该合金为近α钛合金，在上世纪中期由美国开发而来，其密度为 4.48g/cm³，熔点约为 1704℃。TA18钛合金具有优异的冷热加工性能，它的强度相比纯钛提高了 20%-50%，此外其作为管材在实际生产过程中可采用多道次冷轧成型技术，最大单次轧制变形量可达74%以上。TA18管材通过不同热处理工艺可达不同强度，其中退火态620MPa 级中低强度 TA18和去应力退火态860MPa 级高强度TA18最具代表性，分别应用于航空发动机管路系统和航空液压管路系统。对TA18钛合金管在退火中组织演变行为和去孪生机制进行研究，发现其组织演变在很大程度上取决于退火温度和保温时间，并在退火过程中存在两种独立的去孪生机制，一种是沿晶界双剪切方向发生去孪生行为，另一种是在晶粒中心发生去孪生行为。

除TA18外，美国ATI公司在21世纪初研制了ATi-425 钛合金，该钛合金名义成分为 Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O，属于α+β型高强钛合金，其在保证管材表面质量的前提下冷轧变形量可在25.2%-44.7%之间。在ASTM B338-2017标准中规定该合金的抗拉强度要达到895MPa，屈服强度要在794MPa以上，延伸率要10%以上。研究初始显微组织对 ATI425合金热变形行为的影响，发现其初始组织具有优异的热压缩能力，在700-900 ℃中进行应变率范围在0.001-1/s的热压缩试验中，没有出现剪切带，并通过构建本构方程计算了所研究的初始微观结构的热活化能含量且发现ATI425的动态球化动力学对变形参数较为敏感，最终使用KocksMecking方法研究了合金的应变硬化行为。在国内也有学者对ATI-425管材冷轧工艺进行了研究。胡革全等研究了轧制变形量和送进量对ATI-425管材表面质量以及力学性能的影响，研究发现随着轧制变形量的增加，其表面质量呈现先上升后下降的趋势，而送进量的增加会导致管材表面质量变差，冷轧变形量的增加使其强度提高，塑性下降。

俄罗斯则针对航天火箭用钛合金管路材料开发了一种低Al当量钛合金BT14（名义成分 Ti-4.5Al-3Mo-1V）。该合金在淬火处理后可获得良好的塑性，时效后能显著提高其强度，该时效强化效果由时效过程中所析出的弥散α相所决定，且BT14管材成品可直接进行时效处理，但是该合金冷变形能力不佳，在保证冷轧后管材表面质量的前提下最大冷变形量不能超过10%，制成无缝管通常需要温轧或热轧工艺。

我国西北有色金属研究院自主研制的TA34钛合金已成功应用于某型航空发动机液氢管路系统。TA34 合金的名义成分为 Ti-2Al-3.8Zr-1Mo，其具有优异的室温、低温综合性能，主要用于制造船舶部件、管道系统和航空航天领域的低温结构件。此外，还有其他一些管材如TB2、TC2、TC4、TA21 等也已经应用在一些特殊环境下的管路系统。