鈦合金具有密度低、比強度高、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、粉末冶金技術、快速凝固技術、鈦合金的軍用和民用等。
應用: 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,如密度小(~4.5g·cm-3),比強度和比斷裂韌性高,疲勞強度和抗裂紋擴展能力好,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,預期可達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用,發(fā)展迅猛。輕合金、鋼等的(σ0.2/密度)與溫度的關系,鈦合金的比強高于其他輕金屬、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氣輪機部件。鈦產(chǎn)量中約80%用于航空和宇航工業(yè)。例如美國的B-1轟炸機的機體結(jié)構(gòu)材料中,鈦合金約占21%,主要用于制造機身、機翼、蒙皮和承力構(gòu)件。F-15戰(zhàn)斗機的機體結(jié)構(gòu)材料,鈦合金用量達7000kg ,約占結(jié)構(gòu)重量的34%。波音757客機的結(jié)構(gòu)件,鈦合金約占5%,用量達3640 kg。麥克唐納·道格拉斯(Mc-Donnell-DounLas)公司生產(chǎn)的DC10飛機,鈦合金用量達5500kg,占結(jié)構(gòu)重量的10%以上。在化學和一般工程領域的鈦用量: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識到鈦合金材料的重要性,相繼對鈦合金材料進行研究開發(fā),并且得到了實際應用?! ♀伿嵌兰o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域,尤其是強度高、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、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性方面均達到較好水平。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。 目前,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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強韌性一般,焊接性能好 抗氧化強,蠕變強度較高 較少應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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強韌性中上,可熱化處理強,可焊 疲勞性能好,多應用于鑄造刊頭 如鐵桿、球道木等 |
β |
Ti-13V-11CR-3Al Sp700 Ti-15Va-3Cr-3Al-3Ni |
強度高,熱處理強化能力強 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 |
使用溫度渴望達到900度,但室溫塑韌性差 |