一种具有大开孔效果的药型罩用钛合金制造技术

本发明专利技术提供了一种具有大开孔效果的钛合金及其制备方法和在药型罩中的应用，属于合金技术领域。本发明专利技术提供的钛合金以质量百分含量计，包括以下元素：Ti 60～75％；Al 0.1～15％；Zr 0.1～25％；Nb 0.1～25％。本发明专利技术以塑性较好的B2/β相为基体，高声速和高强度的Ti‑Al和Zr‑Al金属间化合物为增强相，使得该合金兼具良好的强度和塑性，同时，Nb元素的添加使得钛合金具有相对较高的密度，这使得钛合金药型罩具有大开孔、高穿深的特点。同时，本发明专利技术采用单质元素粉和粉末冶金法制备钛合金，成本低，易于工业化批量生产。

A kind of titanium alloy with large hole effect for drug mould cover

【技术实现步骤摘要】
一种具有大开孔效果的药型罩用钛合金
本专利技术涉及合金
，特别涉及一种具有大开孔效果的药型罩用钛合金。
技术介绍
聚能装药是一种一端装有内凹药型罩的装药方式。炸药形成的爆轰波将会以极高的速度作用到药型罩上，使药型罩以超高应变率发生压缩变形并向中心方向挤压，挤压的过程中会在轴线部位出现碰撞，进而在碰撞的高压作用下，产生沿轴线向外的高速金属射流。在民用上，石油开采过程中常使用聚能装药结构的射孔弹打通钻井套管与产层的混凝土、岩土，实现井筒与油层的贯通，开孔孔径越大，石油的流量越大，相应的开采效率越高；在军用上，聚能装药作为聚能攻坚武器的主装药或串联战斗部的前级装药，其作用是针对混凝土目标获得稳定的开孔，为二级战斗部提供随进通道。此二者均要求聚能装药对混凝土目标在保证穿深稳定的前提下获得更大的开孔，以实现石油的流量或者提高二级随进的装药量。药型罩是聚能装药毁伤威力的主要部件，而药型罩材料又是决定药型罩性能的关键因素。传统高密度的纯金属及合金药型罩对混凝土的穿深较大，但是开孔较小；活性反应材料或镁、铝等低熔点的轻质合金制备的药型罩对混凝土的开孔较大，但穿深较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种具有大开孔效果的钛合金及其制备方法和在药型罩中的应用，本专利技术提供的钛合金具有高密度、高强度和高塑性，用于药型罩材料时具有高射流速度，在保证高穿深前提下针对钢铁、岩石及混凝土具有大开孔效果。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种具有大开孔效果的钛合金，以质量百分含量计，包括以下元素：优选的，包括以下元素：本专利技术提供了一种具有大开孔效果的钛合金的制备方法，包括第一方法或第二方法，所述第一方法包括以下步骤：将Ti粉、Al粉、Zr粉和Nb粉混合，将得到的混合粉末依次进行冷等静压成型和无压烧结，得到具有大开孔效果的钛合金；所述第二方法包括以下步骤：将Ti粉、Al粉、Zr粉和Nb粉混合，将得到的混合粉末进行热等静压烧结，得到具有大开孔效果的钛合金。优选的，所述Ti粉的粒径为5～80μm、Al粉的粒径为5～40μm、Zr粉的粒径为5～50μm、Nb粉的粒径为20～60μm。优选的，当所述制备方法为第一方法时，所述冷等静压成型的压力为200～400MPa，保压时间为5～50min。优选的，当所述制备方法为第一方法时，所述无压烧结在真空或保护气体下进行，所述无压烧结的温度为1300～1700℃，时间为1～5h。优选的，当所述制备方法为第二方法时，所述热等静压烧结在真空或保护气体下进行，所述热等静压烧结的压力为150～200MPa，温度为1100～1250℃，保压时间为1～3h。本专利技术提供了上述具有大开孔效果的钛合金在药型罩中的应用。本专利技术提供了一种具有大开孔效果的钛合金，以质量百分含量计，包括以下元素：Ti60～75％；Al0.1～15％；Zr0.1～25％；Nb0.1～25％。本专利技术以Ti、Al、Nb和Zr形成的B2/β相固溶体为基体，高声速和高强度的Ti-Al和Zr-Al金属间化合物为增强相，使得该合金兼具良好的强度和塑性，同时，Nb元素的添加使得该钛合金与传统TC4钛合金相比具有相对较高的密度，这使得钛合金药型罩具有大开孔、高穿深的特点。同时，本专利技术采用单质元素粉和粉末冶金法制备钛合金，成本低，易于工业化批量生产。实施例表明，本专利技术提供的钛合金密度为5.0～5.8g/cm3、致密度大于97％，用于药型罩材料时准静态拉伸屈服强度大于600MPa，临界破坏应变大于0.25；准静态压缩屈服强度大于950MPa，临界破坏应变大于0.4；动态压缩屈服强度大于1200MPa，临界破坏应变大于0.4。附图说明图1为实施例1中钛合金药型罩的尺寸图；图2为实施例1所得钛合金药型罩的实物图；图3为实施例1静破甲试验后混凝土靶墙正面照片；图4为实施例1静破甲试验后混凝土靶墙背面照片。具体实施方式本专利技术提供了一种具有大开孔效果的钛合金，以质量百分含量计，包括以下元素：以质量百分含量计，本专利技术提供的具有大开孔效果的钛合金包括60～75％的Ti，优选为65～70％。以质量百分含量计，本专利技术提供的具有大开孔效果的钛合金包括0.1～15％的Al，优选为5～10％。在本专利技术中，所述Al能够与Ti、Zr形成Ti-Al、Zr-Al金属间化合物，提高钛合金的强度和声速。以质量百分含量计，本专利技术提供的具有大开孔效果的钛合金包括0.1～25％的Zr，优选为10～20％。在本专利技术中Ti、Al、Nb和Zr形成B2/β相固溶体使得材料的室温及高温塑性提高。以质量百分含量计，本专利技术提供的具有大开孔效果的钛合金包括0.1～25％的Nb，优选为5～20％。在本专利技术中，所述Nb作为高密度元素，能够提高合金的密度。本专利技术提供的钛合金密度为5.0～5.8g/cm3，致密度大于97％，晶粒尺寸为100～170μm，晶粒组织为等轴状晶粒基体上分布层片状晶粒。力学性能测试结果表明，本专利技术提供的钛合金准静态拉伸屈服强度大于600MPa，临界破坏应变大于0.25；准静态压缩屈服强度大于950MPa，临界破坏应变大于0.4；动态压缩屈服强度大于1200MPa，临界破坏应变大于0.4；800℃下准静态拉伸屈服强度可达300MPa，临界破坏应变可达0.72。对于药型罩材料来说，高应变率下的动态压缩塑性决定了药型罩能否形成有效射流；而动态压缩强度大小决定了其形成射流直径的大小，动态强度越高形成的射流直径越粗；800～1000℃下拉伸塑性决定了形成的射流被拉伸的难易程度，高温拉伸塑性越高，说明形成后的射流越容易被拉伸，在此过程中形成后的射流容易被拉伸变细，从而减小了射流的直径；高温拉伸强度的大小决定了射流是否容易崩散，高温拉伸强度越高射流越不容易离散，倾向于形成完整射流。本专利技术提供的具有大开孔效果的钛合金具有较高的动态压缩塑性和动态压缩强度以及较高的高温拉伸塑性和高温拉伸强度，作为药型罩材料针对混凝土目标可获得较大的破孔和穿深。本专利技术提供了一种具有大开孔效果的钛合金的制备方法，包括第一方法或第二方法，所述第一方法包括以下步骤：将Ti粉、Al粉、Zr粉和Nb粉混合，将得到的混合粉末依次进行冷等静压成型和无压烧结，得到具有大开孔效果的钛合金；所述第二方法包括以下步骤：将Ti粉、Al粉、Zr粉和Nb粉混合，将得到的混合粉末进行热等静压烧结，得到具有大开孔效果的钛合金。如无特殊说明，本专利技术所用原料均为市售。在第一方法中，本专利技术将Ti粉、Al粉、Zr粉和Nb粉混合，得到混合粉末。在本专利技术中，所述Ti粉的粒径优选为5～80μm，更优选为10～30μm；所述Al粉的粒径优选为5～40μm，更优选为10～15μm；所述Zr粉的粒径优选为5～50μm，更优选为5～40μm；所述Nb粉的粒径优选为20～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有大开孔效果的钛合金，以质量百分含量计，包括以下元素：/n

【技术特征摘要】
1.一种具有大开孔效果的钛合金，以质量百分含量计，包括以下元素：





2.根据权利要求1所述的具有大开孔效果的钛合金，其特征在于，包括以下元素：





3.权利要求1或2所述的具有大开孔效果的钛合金的制备方法，包括第一方法或第二方法，所述第一方法包括以下步骤：
将Ti粉、Al粉、Zr粉和Nb粉混合，将得到的混合粉末依次进行冷等静压成型和无压烧结，得到具有大开孔效果的钛合金；
所述第二方法包括以下步骤：
将Ti粉、Al粉、Zr粉和Nb粉混合，将得到的混合粉末进行热等静压烧结，得到具有大开孔效果的钛合金。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Ti粉的粒径为5～80μm、Al粉的粒径为5～40μm、Zr粉的粒径为5～50μm、Nb粉的粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺川，徐菡卿，刘金旭，蔡奇，冯新娅，李树奎，薛鑫莹，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11