钛合金的应用

从1795发现钛至今已有200多年,但由于钛的熔点高,化学性质非常活跃,很难制备出塑性好的纯钛。钛锭的熔炼需要在真空中进行;制造工艺复杂,使得钛及其合金长期无法在工业生产中得到广泛应用。自20世纪50年代以来,由于航空航天技术的迫切需要,钛工业发展迅速。目前,钛及钛合金不仅是航空航天工业不可缺少的结构材料,还广泛应用于造船、化工、冶金、医疗等领域[1]。

钛合金的应用取决于钛及钛合金的特性和对产品的要求。总结一下,钛及其合金的特性如下【1 ~ 4】。

①钛的密度低,比强度高。钛的密度为4510 kg/m 3,介于铝(2700 kg/m 3)和铁(7600 kg/m 3)之间。钛合金的比强度高于铝合金和钢。

(2)钛合金的工作温度范围较宽,低温钛合金在-253℃仍能保持良好的塑性,而耐热钛合金的工作温度可达550℃左右,其耐热性明显高于铝合金和镁合金。如果克服了550℃以上的氧化污染问题,其工作温度可能会进一步提高。

(3)钛及钛合金还具有优异的耐腐蚀性能,特别是在海水和海洋大气环境中,这使其应用于船舶和水上飞机时具有很大的竞争优势;钛在各种浓度的硝酸和铬酸中非常稳定,温度升高时反应缓慢。此外,纯钛在碱性溶液和大多数有机酸及化合物中的耐蚀性也很高;而且钛的突出腐蚀性能是不发生住宅腐蚀和晶间腐蚀,一般是均匀腐蚀。

(4)钛化学活性高,易受氢、氧、氮污染,冶炼加工困难,生产成本高。

⑤导热性差(铁只有1/5,铝只有1/3),摩擦系数大(0.42),耐磨性也差。因此,在切削时,容易使工件和刀具温度升高,造成刀具卡死,降低刀具寿命,因此切削加工性差。

⑥低弹性模量影响构件的刚度,也限制了细长构件的σs/E。但在某些情况下,也可以利用钛的σ s/e比大的特点制作弹性元件。

目前钛合金的主要用途大致可以分为三大类,分别是喷气发动机、航空骨架和工作量。

申请。

钛合金可分为两大类:耐腐蚀合金和结构合金。耐腐蚀合金通常是单相的。少量固溶强化添加剂和。稳定元素如钯和铝。这些合金用于化工、能源、造纸和食品加工行业,以及生产具有高耐腐蚀性的管道、热交换器、阀门外壳和容器。除了优良的耐腐蚀性,单相。该合金具有良好的可焊性,易于制造,但其强度相对较低。结构合金可分为近α合金、α+β合金、β合金和Ti-Al金属间化合物四种类型[5]。采用了1954 Ti-6A1-4V,这种合金以其优异的综合力学性能和良好的加工能力,很快成为迄今为止最重要的钛合金。在美国主要钛制造商供应的市场上,耐腐蚀合金占总产量的25%,Ti-6Al-4V占60%,其余15%为其他结构合金。钛合金可以获得令人满意的综合机械性能,这使它们成为许多航空航天和商业应用的候选材料。但钛合金零件价格昂贵,限制了其应用范围。

在美国,钛合金主要用于航空航天领域;在日本,大多数钛用于非航空领域。目前全球有30多个国家在从事钛合金的研发,其中美国和俄罗斯历史悠久,实力最强。表9-2显示了世界各国钛消费结构的比较。从消费结构看,在美国、西欧和俄罗斯,60% ~ 70%的钛材用于航空航天领域,民用行业相对较少,日本和中国不同。钛在民用行业的消耗量约占85% ~ 90%,在航空航天领域约占10% ~ 15%。

每个市场对钛合金产品的要求都是基于具体应用的具体要求。例如,喷气发动机的要求主要集中在高温抗拉强度、蠕变强度和高温稳定性,其次的性能考虑是疲劳强度和断裂韧性。航空框架要求高抗拉强度与良好的疲劳强度和断裂韧性相结合。制造部件的难度也是一个重要的考虑因素。工业应用要求在各种介质中具有良好的耐腐蚀性作为基本考虑,并要求与其他耐腐蚀合金相比具有适当的强度、成型性和有竞争力的价格。