国内钛合金铸件规范标准现状分析

钛及钛合金具有比重小、 比强度高、 抗腐蚀性能强、 高温和低温力学性能良好等优点， 广泛应用于航空、 航天、 舰船、 化工、 汽车、 体育和生物医学等各个领域。 铸造钛合金以其优异的综合性能和近净成型的特点， 较好实现了构件的减重和降本增效， 加上热等静压技术的应用， 解决了铸件的质量问题且提高了其可靠性， 因此在航空、 航天等行业获得广泛应用和快速的发展。 铸造钛合金经过 50 多年的发展， 现已形成 GB 、GJB 、 HB 三大体系的钛合金铸件标准规范。钛合金铸件规范中标准纷繁复杂、 各级标准的要求和内容有的相互补充， 有的相互交叉重复， 使用者往往容易混淆， 存在选择困难。 本文

通过对钛合金铸件三大规范相关标准现状进行分析， 梳理各相关标准的异同点， 让使用者根据产品要求和条件进行必要的剪裁， 以达到节省费用、 缩短周期的目的， 同时对钛合金规范现状存在的不足和后续发展提出了建议。

1 钛合金铸件规范标准现状分析

目前铸造钛合金行业内主要是通过技术标准和规范来实现对其生产管理和控制的。 我国指导铸件生产、 质量、 交货的现行有效的标准主要有2014 年颁布的 GB/T 6614 — 2014 《钛及钛合金铸件》 （以下简称国标）、 2007年颁布的 GJB2896A — 2007 《钛及钛合金熔模精密铸件规范》（ 以 下 简 称 国 军 标 ） 和 2012 年 颁 布 的 HB5448 — 2012 《钛及钛合金熔模精密铸件规范》（以下简称航标） 三项标准。GB/T 6614 — 2014 是覆盖我国钛及钛合金铸造产品的基本规范， 该标准主要在航空、 航天、船舶、 冶金、 石油、 化工、 电子、 医疗、 体育等军民用领域广泛应用， 性能规定要求比专用标准低或相当， 故该标准对技术要求相对简单粗放。GJB 2896A — 2007 主要用于军用装备， 是指导钛合金精密铸件要求、 质量保证规定和交货准备的军用标准。HB 5448 — 2012 主要指导航空航天钛合金精密铸件标准， 此标准在航空航天中引用的不多， 大部分航空航天使用的还是 GJB 2896A —2007 。

（ 1 ） 材料标准

1 ） 原材料

国标中新增加了 ZTA9 、 ZTA10 、 ZTA15 、ZTA17 四种牌号钛合金铸件， 随着钛合金熔炼技术的不断发展， 熔炼方法除了真空自耗， 感应电渣、 等离子电弧、 感应凝壳、 电子束熔炼等多种工艺方法均得到了较大进展， 其熔炼技术也逐步应用于钛及钛合金熔炼， 因此为适应工艺技术发展， 国标、 国军标和航标均增加了母合金的熔炼方法， 扩大了标准的适用范围。

2 ） 化学成分

国标铸件化学成分应符合 GB/T 15073《铸造钛及钛合金》 的规定。国军标、 航标中铸件化学成分都要求符合GB/T 3620.1 — 2016 《钛及钛合金牌号和化学成分》 和 GB/T 3620.2 — 2007 《钛及钛合金加工产品化学成分允许偏差》。三 大 规 范 标 准 中 规 定 了 ZTA1 、 ZTA5 、ZTA7 、 ZTA15 、 ZTC4 等五种相同牌号和化学成分， 国标因为涉及范围广， 相比国军标和航标多了 ZTA2 、 ZTA3 、 ZTA9 、 ZTA10 、 ZTA17 、ZTB32 、 ZTC21 七种牌号。钛合金铸造中实际应用最广泛的材料为中温中强合金 ZTC4 、 ZTA15 和工业纯钛， 高温和高强合金及其他牌号和用途的合金相对较少。

3 ） 力学性能

室温力学性能的对比情况见表 1 。

从表中可以看出三大规范标准相同牌号合金的力学性能中技术参数基本一致， 个别的指标如ZTA1 的伸长率国标要求还严格一些， 为大于等于 20% 。另外国标和航标对高温力学性能试验没有规 定 ， 由 供 需 双 方 商 定 ， 国 军 标 对 ZTA7 、ZTC3 、 ZTC4 三种牌号高温力学性能提供了技术参数。

（ 2 ） 工艺标准

1 ） 热处理

钛合金铸件热处理工艺主要是退火。退火在这三项标准中没有引用具体标准， 只是在相应的章节对铸件退火提出了退火温度要求。其中国标第 4.9 条只对退火的参数进行了规定， 国军标和航标中退火规定的参数值一样， 这两项标准存在着相同、 重复的要求。另外还有关于热处理规范的具体标准见表 2 。

表 2 中各标准主要用途和特点如下：

a ） GJB 3763A — 2004 是 在 GJB 3763 —1990 《钛及钛合金热处理规范》 基础上修订的，相对于 GJB 3763 — 1990 新增了 14 个合金牌号及相应的热处理工艺参数及范围， 取消了 TC12合金的牌号及相应的热处理工艺参数， 对部分合金的热处理工艺参数范围进行了调整； 增加了钛合金最长淬火延迟时间、 淬火介质中对水温和油温的要求、 真空除氢退火工艺参数适用的氢含量范围并细化了真空除氢退火的工艺参数、 重复热处理一节； 取消了惰性气体中的氮气以及惰性气体的露点要求； 从规范化角度该标准内容经过修订后较详细， 较适于现有的钛合金热处理标准化要求。

b ） HB 7750 — 2004 大 部 分 引 用 GJB3763A — 2004 中的工艺参数， 增加了真空热处理工艺材料、 技术安全内容要求。

c ） HB/Z 137 — 2014 规定了钛合金热处理用的设备和介质、 工艺要求和工艺参数、 检验、质量控制和技术安全， 在 HB/Z 137 — 1988 版的基础上增加了航空钛及钛合金近 20 多年 41 个新牌号和相应的热处理工艺， 增加了钛合金 β 退火、 准 β 退火、 三重退火等新型工艺； 增加了术语、 热处理炉有效工作区温度容差、 热透时间、热透后保温时间、 淬火装置和介质等的质量控制要求； 增加了钛合金淬火延温时间、 钛合金 β 转变温度、 加热介质和冷却介质、 真空热处理、 保温时间的计算方法、 淬火和其他要求、 检验内容、 重复热处理的规定和技术安全。 该标准是目前比较完善的热处理工艺说明书。

2 ） 热等静压

HB/Z 234 — 2014 规定了钛合金铸件热等静压的工艺材料、 设备及工装夹具、 工艺控制、 质量控制、 技术安全。 在 HB/Z 234 — 1993 的基础上， 增加了 ZTA1 、 ZTA5 、 ZTA15 、 ZTC6 钛合金铸件的热等静压工艺、 增加了对工装夹具、 设备的要求， 满足了航空航天热等静压铸件的指导需求。

3 ） 酸洗

钛合金铸件酸洗相关工艺目前国标和国军标都没有相关的标准， 只有 HB/Z 344 — 2001《钛合金酸洗工艺及质量检验》 一项标准。 该标准规定了钛合金的酸洗工艺材料、 工艺设备、 工艺程序、 工艺要求、 质量检验、 质量控制和技术安全。 经过 17 年的发展， 酸洗材料及工艺设备都在不断发展， 有必要进行修订完善。 目前铸件厂家多以企业标准进行酸洗的控制。

4 ） 焊接补焊

国标焊接修补在标准中有具体的条款规定，国军标和航标都规定按 HB/Z 348 — 2001 《钛及钛合金铸件补焊工艺及检验》 进行检验， 此标准对铸件补焊前的准备 （人员、 设备、 材料、 场地、 补焊缺陷的清理、 铸件补焊前的存放）、 补焊工艺、 铸件补焊后的清理、 铸件补焊后的热处理、 铸件补焊后的质量检验、 质量控制等方面进行了详细的规定。 但该标准中仅给出了 ZTC3 、ZTC4 、 ZTC5 三个基本牌号及其对应填料牌号合金元素要求， 对于 α 系列 ZTA15 合金、 β 系列 ZTB32 等铸造合金没有具体要求， 需要补充

完善。

（ 3 ） 检测标准

1 ） 化学成分

目前国内钛合金化学成分分析方法主要有GB/T 4698 和 HB 5297 两项标准。 两项标准的化学分析方法见表 3 。对海绵钛、 钛及钛合金化学分析方法国家标准 GB/T 4698 经历了 1984 年、 1996 年、 2017年三个版本， 1984 年版本主要以容量法和分光光度法为主， 每种元素只有一个分析方法， 这对不同含量元素的测定会带来误差。 1996 、 2017版是在原来测定方法上增加了新技术原子吸收光谱法和电感耦合等离子体原子发射光谱法列入到标准分析方法中， 大大的提高了标准的实用性和可操作性。

对钛合金化学分析方法航空标准 HB 5297经历了 1984 年、 2001 年两个版本， 1984 年版本的特点是根据各元素的特点和含量高低， 采用重量法、 容量法、 光度法、 原子吸收法、 微压法、库仑法等， 所用分析的技术方法多样， 可根据不同情况采用不同方法， 实用性强。 随着技术的发展，2001 版将在日常分析测试中已经不用的库仑法、 真空抽取法从标准中删除， 为使该标准更具有实用性， 增加了六种方法， 见表 4 。 其中第 1 、第 2 、 第 3 种方法是在充分试验基础上制定的方法， 第 4 、 第 5 、 第 6 种方法是根据航空材料研究院的企业标准， 并经课题参加单位复验后制定的方法。 另外航空标准 HB 7716 对钛合金化学成分光谱分析方法进行了规定。

2 ） 力学性能

铸件的力学性能检测主要是室温拉伸试验、高温拉伸试验、 夏比摆锤冲击试验、 布氏硬度试验、 拉伸蠕变试验五种类型。 力学性能标准见表5 。 一般情况下：

a ） 国标、 国军标和航标都要求做室温拉伸试验， 其中 GJB 2896A — 2007 中要求的标准为GB/T 228 — 2002 ， GB/T 6614 — 2014 和 HB5448 — 2012 要求做室温拉伸试验的标准为现行标准 GB/T 228.1 — 2010 ；

b ） 对铸件硬度只有 GB/T 6614 — 2014 在标准中进行了要求；

c ） GJB 2896A — 2007 标准中对高温力学性能中的高温拉伸和单轴拉伸蠕变试验进行了规定；

d ） 另外对于不同铸件材料力学性能还会做一些具体的要求， 比如： ZTC4 材料的铸件会对室温和布氏硬度有详细要求， ZTA15 材料的铸件会对夏比摆锤冲击试验做进一步详细的要求。

e ） 有时也会根据供需双方商定来规定力学性能的检测要求。

3 ） 表面质量

表面质量的检测标准主要是国标、 国军标和航标三大类。 对应的标准见表 6 。国标的检测方法就是通过表面粗糙度比较样块对铸造表面进行检测。荧光渗透检测标准国军标 GJB 2367A —2005 代替 GJB 593.4 — 1988 《无损检测质量控制规范 渗透检验》 和 GJB 2367 — 1995 《渗透检验方法》， 将 GJB 593.4 — 1988 《无损检测质量控制规范 渗透检验》 合并到 GJB 2367A —2005 。 根据实施荧光渗透检测过程， 增加了表面准备、 暗室检验细节控制点要求。 对控制参数的具体量化， 增强了该标准可操作性。荧光渗透检测标准航标 HB/Z 61 — 1998 是在 HB/Z 61 — 1992 《渗透检验说明书》 和 HB5358.4 — 1986 《航空控件渗透检验质量控制标准》 的基础上修订而成的， 保留原标准中先进、科学、 合理的内容， 对渗透检验工艺过程和材料的各种影响因素 （人员、 设备和仪器、 材料、 环境、 工艺和文件等） 进行了严格的控制， 是提高产品质量和保证产品质量稳定的有效措施， 也是一种既经济又合理的科学方法。

4 ） 内部质量

内部质量的检测主要是国军标和航标两类。对应的标准见表 7 。

国军标射线检测标准 GJB 1187A — 2001 代替 GJB 593.2 — 1988 《无损检测质量控制规范射线检验》 和 GJB 1187 — 1991 《射线检验方法》， 将 GJB 593.2 — 1988 《无损检测质量控制规范射线检验》 标准合并到 GJB 1187A — 2001 。航空标准的射线照相检测标准最早是由 HB/Z60 — 1981 《 X 射线检验说明书》 和 HB 5358.2 —1986 《航空控件 X 射线照相检验质量控制标准》两部分组成， 1996 年在标准修订的基础上将二者合二为一， 成为集检验方法和质量控制内容为一身的综合性标准 HB/Z 60 — 1996 。 其优点是既避免了两者某些技术内容的重叠交叉， 又便于现场检验人员使用。

随着检测技术的发展， HB 20160 — 2014 代替了 HB/Z 60 — 1996 ， 引入 GJB 1187A — 2001中典型透照布置的要求， 增加了环形件透照次数的计算方法， 同时增加了术语的定义、 像质指数的扩展、 直接曝光允许的不清晰度要求、 电子束焊缝透照方向要求， 并在质量控制要求中增加了防止零件受到铅污染等相关要求， 删除了 X 射线机应制作曝光曲线和电压表、 电流表应定期进行检定的要求以及附录 D 典型结构工件的透照配置， 其优点是借鉴现行标准中合理有效的要求， 加强对实施射线检测的科学管控。

（ 4 ） 包装运输标准

GB/T 8180 — 2007 标准规定了钛及钛合金加工产品 （板材、 管材、 板材、 带材、 丝材、 锻件、 钛铸件） 的包装、 标志、 运输和贮存。

来源：钛铸造技术