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纯钛及钛合金主要用途分类

[ 信息发布:本站 | 发布时间:2020-04-14 | 浏览:223 ]

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有强度高、 耐蚀性好、 耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。20世纪50~60年代,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的 结构钛合金,70年代kai发出一批耐蚀钛合金,80年代以来,耐蚀钛合金和 高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机 部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。

钛是同素异构体,熔点为1668℃,在低于882℃时呈 密排六方晶格结构,称为α钛;在882℃以上呈体心立方晶格结构,称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点,添加适当的合金元素,使其 相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金(titanium alloys)。室温下,钛合金有三种基体组织,钛合金也就分为以下三类:α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。

α钛合金

它是α相 固溶体组成的单相合金,不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下,均是α相,组织稳定,耐磨性高于纯钛,抗氧化能力强。在500℃~600℃的温度下,仍保持其强度和抗蠕变性能,但不能进行热处理强化,室温强度不高。

β钛合金

它是β相 固溶体组成的单 相合金, 钛合金(3)未热处理即具有较高的强度, 淬火、时效后合金得到进一步强化,室温强度可达1372~1666 MPa;但热稳定性较差,不宜在高温下使用。

α+β钛合金

它是双 相合金,具有良好的综合性能,组织稳定性好,有良好的韧性、塑性和高温变形性能,能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比 退火状态提高50%~100;高温强度高,可在400℃~500℃的温度下长期工作,其热稳定性次于α钛合金。

三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+ β钛合金;α钛合金的切削加工性zui好,α+β钛合金次之,β钛合金最差。α钛合金代号为TA,β钛合金代号为TB,α+β钛合金代号为TC。

钛合金按用途可分为 耐热合金、高强合金、 耐蚀合金(钛-钼,钛-钯合金等)、低温合金以及特殊功能合金(钛-铁 贮氢材料和钛-镍 记忆合金)等。典型合金的成分和性能见表。

热处理 钛合金通过调整 热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度;针状组织具有较高的 持久强度、蠕变强度和断裂韧性;等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。

钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好。另外,钛合金的 工艺性能差,切削加工困难,在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差,生产工艺复杂。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要,使钛工业以平均每年约 8%的增长速度发展。世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金de牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5) Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛(TA1、TA2和TA3)。

钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期,钛及其合金已在一般工业中应用,用于制作电解工业的电极,发电站的 冷凝器,石油精炼和海水淡化的加热器以及 环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产 贮氢材料和 形状记忆合金等。

中国于1956年开始钛和钛合金研究;60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。

钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料,比重、强度和使用温度介于铝和钢之间,但比铝、钢强度高并具有优异的抗 海水腐蚀性能和超低温性能。1950年美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。60年代kai始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替 结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。钛合金在 jun用飞机中的用量迅速增加,达到飞机结构重量的20%~25%。70年代起,民用机开始大量使用钛合金,如 波音747客机用钛量达3640公斤以上。马赫数大于 2.5的飞机用钛主要是为了代替钢,以减轻结构重量。又如,美国SR-71 高空高速侦察机(飞行马赫数为3,飞行高度26212米),钛占飞机结构重量的93%,号称“全钛”飞机。当 航空发动机的推重比从4~6提高到8~10,压气机出口温度相应地从200~300°C增加到500~600°C时,原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就必须改用钛合金,或用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片,以减轻结构重量。70年代,钛合金在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20%~30%,主要用于制造压气机部件,如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、铸钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。航天器主要利用钛合金的高比强度,耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。 人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机 也都使用钛合金板材焊接件。

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