鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好、工藝性能好等優(yōu)點,是較為理想的航天工程結(jié)構(gòu)材料
研究范圍:
鈦合金可分為結(jié)構(gòu)鈦合金和耐熱鈦合金,或α型鈦合金、β型鈦合金和α+β型鈦合金。研究范圍還包括鈦合金的成形技術(shù)、粉末冶金技術(shù)、快速凝固技術(shù)、鈦合金的軍用和民用等。
應(yīng)用: 鈦合金是一種新型結(jié)構(gòu)材料,它具有優(yōu)異的綜合性能,如密度?。?/span>~4.5g·cm-3),比強(qiáng)度和比斷裂韌性高,疲勞強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)展能力好,低溫韌性良好,抗蝕性能優(yōu)異,某些鈦合金的最高工作溫度為550oC,預(yù)期可達(dá)700oC。因此它在航空、航天、化工、造船等工業(yè)部門獲得日益廣泛的應(yīng)用,發(fā)展迅猛。輕合金、鋼等的(σ0.2/密度)與溫度的關(guān)系,鈦合金的比強(qiáng)高于其他輕金屬、鋼和鎳合金,并且這一優(yōu)勢可以保持到500oC左右,因此某些鈦合金適于制造燃?xì)廨啓C(jī)部件。鈦產(chǎn)量中約80%用于航空和宇航工業(yè)。例如美國的B-1轟炸機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)材料中,鈦合金約占21%,主要用于制造機(jī)身、機(jī)翼、蒙皮和承力構(gòu)件。F-15戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)材料,鈦合金用量達(dá)7000kg ,約占結(jié)構(gòu)重量的34%。波音757客機(jī)的結(jié)構(gòu)件,鈦合金約占5%,用量達(dá)3640 kg。麥克唐納·道格拉斯(Mc-Donnell-DounLas)公司生產(chǎn)的DC10飛機(jī),鈦合金用量達(dá)5500kg,占結(jié)構(gòu)重量的10%以上。在化學(xué)和一般工程領(lǐng)域的鈦用量:美國約占其產(chǎn)量的15%,歐洲約占40%。由于鈦及其合金的優(yōu)異抗蝕性能,良好的力學(xué)性能,以及合格的組織相容性,使它用于制作假體裝置等生物材料。
特點: 鈦金屬的密度較小,為4.5g/cm3,僅為鐵的60%,通常與鋁、鎂等被稱為輕金屬,其相應(yīng)的鈦合金、鋁合金、鎂合金則稱為輕合金。世界上許多國家都認(rèn)識到鈦合金材料的重要性,相繼對鈦合金材料進(jìn)行研究開發(fā),并且得到了實際應(yīng)用。 鈦是二十世紀(jì)五十年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬,鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高、易焊接等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域,尤其是強(qiáng)度高、易焊接性能有利于高爾夫桿頭的制造。
第一個實用的鈦合金是1954年美國研制成功的ti-6Al(鋁)-4V(礬)合金。Ti-6Al-4V合金在耐熱性、強(qiáng)度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性方面均達(dá)到較好水平。Ti-6Al-4V合金使用量已占全部鈦合金的75~85%。許多其它合金可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型?! ∧壳?,世界上已研制出的鈦合金有數(shù)百種,最著名的合金有二十至三十種,例如,有Ti-6Al-4V</SPAN>、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、Ti-811、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1100、BT9、BT20、IMI829、IMI834等;用于球桿制造的有10-2-3,SP700,15-3-3-3(通常所說的β鈦),22-4,DAT51。鈦合金可以分為α、α+β、β型合金及鈦鋁金屬間化合物(TixAl,此處x=1或3)四類。下表列出了四類典型鈦合金及特點。
類別 |
典型合金 |
特點 |
α |
Ti-5Al-2.5Sn Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo
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強(qiáng)韌性一般,焊接性能好 抗氧化強(qiáng),蠕變強(qiáng)度較高 較少應(yīng)用在高爾夫球刊刊頭制造上
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α+β |
Ti-6Al-4V Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo
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強(qiáng)韌性中上,可熱化處理強(qiáng),可焊 疲勞性能好,多應(yīng)用于鑄造刊頭 如鐵桿、球道木等 |
β |
Ti-13V-11CR-3Al Sp700 Ti-15Va-3Cr-3Al-3Ni |
強(qiáng)度高,熱處理強(qiáng)化能力強(qiáng) 可鍛性及冷成型性能好 可適用多種焊接方式 |
TixAl |
Ti3Al(α2)及TiAl(Y0 |
使用溫度渴望達(dá)到900度,但室溫塑韌性差 |