钛合金的发展及其介绍

发布时间：2024-11-04 浏览次数：次

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　　钛合金出厂状态、相关参数和注意事项

　　以钛为基加入适量其他合金元素组成的合金。耐海水腐蚀性优异。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。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年代开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。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金。

　　个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的**合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%～85%。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。

　　目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等

　　钛是同素异构体，熔点为1720℃，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（titaniumalloys）。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，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1372～1666MPa；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%～**；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。

　　三种钛合金中常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性好，α+β钛合金次之，β钛合金差。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。

　　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。

　　钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。

　　强度高钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60%，纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料。

　　热强度高使用温度比铝合金高几百度，钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。

　　抗蚀性好钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力，但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。

　　低温性能好钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素***低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。

　　化学活性大钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。

　　导热系数小、弹性模量小钛的导热系数λ=15.24W/（m.K）约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的2～3倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。

　　高温钛合金世界上个研制成功的高温钛合金是Ti-6Al-4V，使用温度为300-350℃。随后相继研制出使用温度达400℃的IMI550、BT3-1等合金，以及使用温度为450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地应用在军用和民用飞机发动机中的新型高温钛合金有.英国的IMI829、IMI834合金；美国的Ti-1100合金；俄罗斯的BT18Y、BT36合金等。表7为部分新型高温钛合金的高使用温度。

　　钛铝化合物为基的钛合金与一般钛合金相比，钛铝化合物为基钠Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金属间化合物的大优点是高温性能好（高使用温度分别为816和982℃）、抗氧化能力强、抗蠕变性能好和重量轻（密度仅为镍基高温合金的1/2），这些优点使其成为未来航空发动机及飞机结构件具竞争力的材料。

　　高强高韧β型钛合金β型钛合金早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型钛合金具有良好的冷热加工性能，易锻造，可轧制、焊接，可通过固溶-时效处理获得较高的机械性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合。

　　阻燃钛合金常规钛合金在特定的条件下有燃烷的倾向，这在很大程度上限制了其应用。针对这种情况，各国都展开了对阻燃钛合金的研究并取得一定突破。

　　医用钛合金钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植入人体的植入物等。

　　钛合金TC4材料的组成为Ti-6Al-4V，属于(a+b)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能。比强度大。

　　目前国标的纯钛共有TA1,TA2,TA3,TA4这四种。对应的，TA2和Gr2，TC4和Gr5名义成分相同。

　　一般来说，TA钛合金，抗蠕变性能好，热稳定好，可焊性好。但冷加工性能差。TB钛合金，用途为广泛，像耐高温，高强度钛合金都是属于亚稳定?型。TC系列的热加工性能好，各项性能比较中等，没有明显弱面。

　　中国钛合金的牌号及其名义成分

　　牌号

　　名义成分

　　合金类型

　　工作温度（C）