航空用钛合金的研究与应用进展

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钛及钛合金的应用现状与发展趋势分析

钛及钛合金的应用现状与发展趋势分析

钛及钛合金的应用现状与发展趋势分析1.航空航天领域:钛及钛合金由于其高强度、低密度、优良的耐高温性能以及抗腐蚀等特点,成为航空航天领域的首选材料。

钛及钛合金主要应用于飞机结构、发动机零部件、航空发动机叶片等领域。

随着航空航天工业的不断发展,钛及钛合金在该领域的应用将继续扩大,其中以高性能钛合金的研究和应用为发展方向。

2.船舶建造领域:钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性能和高强度,是一种理想的船体结构材料。

目前,钛及钛合金主要应用于海洋工程船舶、潜水器材和海洋石油平台等领域。

未来,钛及钛合金在船舶建造领域的应用将继续扩展,如用于制造更大型、更轻量化的船体结构,以提高航行能力和燃油效率。

3.化工领域:钛及钛合金具有优异的耐腐蚀性能,在化工领域得到了广泛应用。

钛及钛合金制成的设备可以用于储存、输送和处理腐蚀性介质,如强酸、强碱等。

此外,钛及钛合金还可用于制造化学反应器、换热器和蒸发器等设备。

未来,随着化工行业的不断发展和技术升级,对耐腐蚀性能更为优良的钛合金的需求将大幅增加。

4.制药领域:钛及钛合金在制药领域的应用主要是制造药品容器、反应器和输送管道等设备。

钛及钛合金具有良好的生物相容性,不会与药品发生反应,且不会污染药品。

随着人们对高质量医疗产品要求的增加,钛及钛合金在制药领域的应用将得到进一步改进和推广,尤其在一次性使用的医疗设备中。

5.汽车领域:钛及钛合金具有优异的强度重量比和耐腐蚀性能,可用于制造汽车结构部件和发动机零部件,如车身、悬挂系统、排气管等。

目前,钛及钛合金在汽车领域的应用主要集中在高端豪华车型上,但随着钛合金制造技术的进一步发展和成本的降低,预计在未来几年内钛及钛合金将在大众汽车中得到更广泛的应用。

综上所述,钛及钛合金在航空航天、船舶建造、化工、制药、汽车等领域均具有广泛应用前景。

随着科技进步和工艺改进,钛及钛合金的性能将进一步提升,应用领域将得到进一步扩展。

同时,钛合金材料的成本与采购难度仍然是制约其广泛应用的因素,因此,降低成本和提高生产工艺的研究也是今后发展的重点。

先进航空钛合金材料研究进展

先进航空钛合金材料研究进展

先进航空钛合金材料研究进展摘要:钛及钛合金具有良好的综合性能,在航空航天、石油化工、生物医学、环境保护等领域的应用都很广泛,有较高的比强度,良好的耐腐蚀、耐高温等性能,在金属材料王国中被称为“全能金属”,是继铁、铝之后极具发展前景的“第三金属”和“战略金属”,作为高性能航空航天结构的关键材料,其性能对飞行器结构、质量、效率、服役可靠性和使用寿命都具有重要的作用。

基于此,文章对先进航空钛合金材料研究进展进行了分析,以供参考。

关键词:航空材料;钛合金;应用研究1钛合金材料的特点分析钛合金作为应用广泛的结构材料,比铝、钢强度高,而且在海水中有较好的抗腐蚀和耐低温的性能。

目前,飞机的机架、起落架、机身蒙皮以及发动机的叶片等制造材料的选择,主要来源于钛合金及其复合材料,基于钛合金的发展水平,可以作为判断先进水平检测的重要指标。

随着钛合金用量的不断增加,其应用也越来越广泛。

由于钛的无毒、质轻、耐腐蚀、强度高以及较好的生物相容性等特点,可以作为植入人体的植入物和手术机械等材料;鉴于其良好的结构弹性,可以用来减轻设备的质量,提高性能,增加寿命。

例如Ti6Al4V制造的榴弹炮座,质量降低了31%,采用钛合金代替轧制均质钢,在制造坦克其它部件的过程中,减重可达420kg以上。

钛合金在航海领域也有很好的发展前景,其耐蚀性、高比强度、无磁等特性使得其在发动机、螺旋桨、声纳系统等装置的应用极为广泛。

2航空钛合金材料的应用与研究2.1高温钛合金高温钛合金的发展为航空燃气轮机推重比的研究作出了巨大贡献。

美国科学家在1954年成功研发出使用高温达到350℃的α+β两相型高温钛合金,在航空领域得到了广泛的应用。

之后,在航空科技进一步发展的指引下,具有更高使用温度、更长使用寿命的高温钛合金被世界各国相继研究。

目前,英国的IMI834、美国的Ti-1100、俄罗斯的BT18Y和BT36等高温钛合金可稳定应用于600℃以上,在T55-712及Trent700等航空发动机上被成功应用[4]。

钛合金在航空制造中的应用研究

钛合金在航空制造中的应用研究

钛合金在航空制造中的应用研究随着科技的不断革新和人类对空中交通的需求不断增加,航空制造业也呈现出快速发展的态势。

而作为航空制造业中的重要材料,钛合金的应用也因此成为了研究的焦点之一。

钛合金以其轻量、高强度、高耐腐蚀性等特点,被广泛应用于航空制造中。

本文将从以下几个方面进行探讨:钛合金的基本特性、钛合金在航空制造中的应用、未来钛合金在航空制造中的发展方向。

一、钛合金的基本特性钛合金是一种由钛和其他金属元素组成的合金材料,具有轻量、高强度、耐腐蚀等特点。

钛的密度约为4.5g/cm³,是一种轻质金属,其强度却比一些常见的钢铁材料高达两倍以上。

除此之外,钛合金的耐腐蚀性也是其独特之处。

钛合金可以在大气中、海水中等各种腐蚀环境中大量使用而不损失其性质。

因此,钛合金被广泛应用于航空航天、化工、海洋工程、医疗器械等领域。

二、钛合金在航空制造中的应用钛合金在航空制造中的应用最为广泛,主要应用于飞机发动机、机身、轮胎和液压系统等方面。

具体来说,以下是钛合金在航空制造中的应用:1.飞机发动机部件:钛合金被广泛应用于飞机发动机的涡轮叶片、涡轮盘、压气机叶片、燃烧室等部件。

而且,钛合金的强度比重属于最优秀的,对于发动机要求材质的高温、高压、高速等方面,钛合金也具有很好的耐受性,可以在高温蒸汽中长期使用。

2.机身:钛合金同样也被广泛应用于飞机机身,尤其是机身骨架中的蒙皮板。

由于其轻质、强度高的特性,在不影响飞机整体强度的情况下,可以减轻飞机自身重量,提高载重能力。

而且,钛合金的耐腐蚀性也可以减少机身维护时的时间和精力。

3.轮胎部件:飞机在起降过程中,轮胎是承受巨大负荷的零部件之一。

在此方面,钛合金的强度和轻量化特性也可以体现出来。

既可以减轻轮胎的自身重量,提高承载能力,还可以减少在飞机起降过程中人工换轮胎的频率。

4.液压系统:液压系统作为飞机的重要驱动和操作体系,其液压元件对于液体压力和波动性的要求是极高的。

此时,应用钛合金制造液压元件是非常明智的选择。

钛合金的研究应用现状及其发展方向

钛合金的研究应用现状及其发展方向

钛合金的研究应用现状及其发展方向钛合金是以金属钛为基,加入适量的其他元素组成钛合金,其在300-600度时的比强度优于钢和铝合金。

钛的工业化生产是1948年开始的,为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。

目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。

使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-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。

钛及其合金不仅大量应用在航空、航天工业,而且在化工、石油、冶金、造纸、纺织,机械仪器、能源;医疗卫生等工业中也有着十分重要的应用;在民用工业中的应用也日渐增多。

1、发展历史钛是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。

第一个实用的钛合金是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王牌合金,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作是Ti-6Al-4V合金的改型。

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,并在工程上获得日益广泛的应用。

2、原理钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。

航空用钛合金简介

航空用钛合金简介

航空用钛合金简介摘要:航空用钛合金是一种轻质高强度材料,广泛应用于飞机、火箭等领域,文中简述了航空用钛合金发展历史、材料特性、常见型号、主要应用和发展趋势。

关键词:钛合金1.引言航空用钛合金是一种轻质高强度材料,广泛应用于飞机、火箭等领域。

在航空工业中,钛合金主要用于制造机身、引擎、涡轮等关键部件,具有高比强度、耐高温、抗腐蚀等优良性能,因此被誉为“航空黄金”。

随着航空工业的不断发展和技术的不断进步,航空用钛合金也在不断改进和完善。

1.发展历史钛合金作为一种材料,最早是在20世纪30年代被发现的。

但由于其制造难度大、成本高等问题,一直未能得到广泛应用。

直到20世纪60年代,随着航空工业的快速发展,钛合金才开始逐渐被应用于航空领域。

最早使用钛合金的是美国的F-15战斗机,这种战斗机采用了一种叫做Ti-6Al-4V的钛合金,该合金具有高强度、低密度等优点。

此后,钛合金被广泛应用于各种飞机、导弹、火箭等航空器的制造中。

1.材料特性(1)高比强度航空用钛合金具有高强度、低密度的特点,比强度比铝合金高,比强度比钢高,是一种理想的结构材料。

(2)耐高温性能好航空用钛合金的耐高温性能好,能够在高温环境下保持其原有的强度和刚度,因此被广泛应用于制造高温部件,如涡轮等。

(3)抗腐蚀性好航空用钛合金具有良好的抗腐蚀性能,能够在海水等恶劣环境下长期使用。

(4)良好的可加工性航空用钛合金具有良好的可加工性,能够进行切削、成形、焊接等加工操作。

1.常见型号目前航空用钛合金的主要型号包括TA1、TA2、TA3、TC4、Ti-6Al-4V等,下面将对这些型号进行简要介绍。

(1)TA1TA1是纯钛,具有高强度、低密度、良好的韧性和可塑性,具有良好的焊接性和加工性。

TA1广泛应用于飞机结构、发动机零部件等领域。

(2)TA2TA2是一种α型钛合金,具有良好的可塑性和韧性,焊接性能优良,适用于各种复杂形状的零件制造。

TA2广泛应用于飞机结构、液压系统、油箱、油管等领域。

钛合金的研究应用现状及其发展方向

钛合金的研究应用现状及其发展方向

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钛合金材料在航空航天领域中的应用研究

钛合金材料在航空航天领域中的应用研究航空航天领域是一个极具挑战性的领域,要求材料具有高强度、高刚度、高耐腐蚀性和低密度等特性。

而钛合金材料正好满足这些要求,因此在航空航天领域得到了广泛应用。

本文将介绍钛合金材料在航空航天领域中的应用研究。

一、概述钛合金材料是指钛作为基本元素、加入其他合金元素制成的一类合金材料,具有优异的物理和化学性质。

钛合金材料已经得到了广泛应用,包括航空航天、医疗、运动器材、高档餐具等领域。

其中航空航天领域是钛合金材料非常重要的应用领域之一。

二、钛合金材料的应用1.航空发动机制造航空发动机是飞机的核心部件之一,具有高温、高压、高速等特点。

因此需要使用具有高强度、抗腐蚀性、高耐热性等特性的材料。

钛合金材料正好符合这些要求,可以被用于制造发动机的叶轮、轴承、进气道等重要部分。

2.航空器制造钛合金材料可以被用于制造飞机的机身、燃油箱、起落架等部分,这些部分需要具有高强度、抗腐蚀性和轻质化的特性。

使用钛合金材料制造这些部分可以减轻飞机的质量、提高飞机的飞行性能。

3.卫星制造卫星是航天探测器的一部分,需要具有较高的强度、轻质化和抗腐蚀性等特性。

钛合金材料可以被用于制造卫星的天线支架、电池支架、反推装置等部分,可以减轻卫星的总重量、提高卫星的信号传输能力。

4.宇航装备制造大型的宇航探测器需要具有强大的推力和稳定性,而这样的探测器需要使用具有高强度、耐热性、轻质化和抗腐蚀性等特性的材料。

因此,钛合金材料可以被用于制造宇航探测器的燃气轮机、传感器、反推装置等部分。

三、结论钛合金材料在航空航天领域中具有广泛应用,可以被用于制造飞机、卫星、宇航探测器等高端设备。

钛合金材料具有高强度、高刚度、高耐腐蚀性和低密度等特性,这些特性使得钛合金材料成为航空航天领域中不可缺少的材料之一。

除了航空航天领域外,钛合金材料还有其他广泛的应用领域,未来钛合金材料也将继续被广泛应用于各类高端材料制造中。

航空用损伤容限型钛合金研究与应用

航空用损伤容限型钛合金研究与应用引言航空领域对材料的要求非常高,尤其是在结构件和发动机部件中,材料需要具备损伤容限性能。

损伤容限型钛合金由于其良好的机械性能和高温性能,成为航空领域中的理想材料。

本文将对损伤容限型钛合金的研究和应用进行全面的探讨和分析。

损伤容限型钛合金的定义损伤容限型钛合金是指具备在受到外界力量影响下能够承受一定程度损伤而不失去正常功能的特性。

这种特性主要体现在其抗裂纹扩展、抗疲劳性能和高温热稳定性上。

损伤容限型钛合金在航空领域中的重要性日益凸显。

损伤容限型钛合金的抗裂纹扩展性能损伤容限型钛合金的抗裂纹扩展性能是其重要的损伤容限性能之一。

它能够通过对裂纹进一步扩展前的止裂能力来衡量。

目前,常用的评价指标是K_IC值。

损伤容限型钛合金的抗裂纹扩展性能决定了其在航空应用中对裂纹扩展的抵抗能力。

损伤容限型钛合金的抗疲劳性能损伤容限型钛合金的抗疲劳性能在航空领域中尤为重要。

由于航空器的工作环境较为恶劣,材料容易受到交变载荷的损伤。

损伤容限型钛合金通过其优异的抗疲劳性能,延缓裂纹扩展速度,提高材料的寿命。

损伤容限型钛合金的高温热稳定性航空发动机运行温度较高,要求材料具备良好的高温热稳定性。

损伤容限型钛合金在高温条件下能够保持稳定的力学性能和化学性能,不失效、不变形,确保发动机的正常工作。

损伤容限型钛合金的研究进展损伤容限型钛合金的研究一直是航空材料领域的热点。

近年来,随着材料科学和工程的发展,研究人员通过改变合金元素、优化热处理工艺和表面处理等手段,不断改善了损伤容限型钛合金的性能。

改变合金元素的研究研究人员通过改变损伤容限型钛合金的合金元素组成,尝试引入新的合金元素,以提高材料的性能。

例如,添加微量的稀土元素可以提高钛合金的抗氧化性能和高温强度。

优化热处理工艺的研究热处理工艺对损伤容限型钛合金的性能有着重要的影响。

研究人员通过改变热处理工艺的温度、时间和冷却速率等参数,优化材料的组织结构和相变行为,提高材料的性能。

钛合金在航空制造中的应用

钛合金在航空制造中的应用钛合金是由钛与其他金属元素混合而成的合金,因其优异的性能而成为了航空工业中应用最广泛的金属材料之一。

其优良的耐腐蚀性、高强度和轻质化的特点,深受航空制造业的青睐。

本文将为读者详细介绍钛合金在航空制造中的应用,从材料的特性、生产过程、应用现状以及未来发展趋势几个方面进行探讨。

材料特性钛合金具有一系列的优异性能,其中最为显著的包括高的比强度和高比弹性模量,以及优异的耐腐蚀性。

具体来说,钛合金的比强度是普通钢的两倍以上,比6061-T6铝合金高出50%以上;其比弹性模量也比钢和铝合金高出近两倍;钛合金的氧化膜能够有效防止金属表面和周围环境的反应,因此具有优异的耐腐蚀性。

此外,钛合金也具有一定的可加工性和可焊性,即能够通过冷、热加工和焊接等工艺进行加工与连接。

另外,由于钛合金的密度只有钢的一半不到,因此相同体积的材料重量能够减轻近一半,使其在航空领域更为受欢迎。

生产过程钛合金的生产过程相比铁合金要复杂的多,其主要生产方法包括冶炼法和粉末冶金法两种。

冶炼法指的是将钛矿石按一定配比加入电炉中,加入铝、锍、铁等辅助材料,以一定的温度、时间条件熔炼出合金,然后通过氧化和还原的过程,使杂质孟取除,从而获得具有所需成分的钛合金。

粉末冶金法指的是将钛合金通过化学反应生成钛合金粉末,再经过挤压、烧结等工艺制备成型件。

虽然粉末冶金法生产的合金具有杂质少、组织细致等优点,但因其成本较高,限制了其在大批量生产领域的应用。

应用现状钛合金从20世纪60年代开始被广泛应用于航空制造中,成为航空业中不可或缺的材料之一。

根据应用领域的不同,钛合金可以分为结构用钛合金、热应力用钛合金和超高强度的钛合金。

结构用钛合金应用于飞机外表面、发动机叶片、定子叶和快门等关键部位。

例如美国波音公司的787、737MAX等商用飞机都大量使用了钛合金;俄罗斯苏霍伊公司的苏-57战机也采用了大量的钛合金结构件,使该战机在减重高温抗腐蚀等方面具备优异性能;热应力用钛合金主要应用于喷气发动机高温部件,如燃气轮叶、涡轮盘和喷气发动机燃烧室内衬等,用以抵御高温和高应力环境中的腐蚀和疲劳裂纹。

国内外钛合金研究及应用现状

国内外钛合金研究及应用现状近年来,钛合金在国内外各行各业都得到广泛的应用,研究跨越了材料物理和化学,机械设计,生产工艺,涂敷工艺,智能制造,组装,维修和维护等多学科领域,这种多学科交叉性得到了国内外的广泛关注和深入研究,从而推动了钛合金的发展和实用化。

钛合金的特点是结构紧凑,耐腐蚀性强,耐热性好,延伸性和抗冲击性也非常出色,因此被广泛应用于航空航天,汽车,医疗,电力,建筑等行业,而且由于其低密度和轻量特点,更能够满足提高制造效率,减少能源消耗,减少污染的要求。

目前,国内外钛合金研究主要集中在材料特性、制备技术、新型钛合金的研发等方面。

先,关于材料性能的研究,国内外的研究者着重研究钛合金的强度、塑性、焊接性和耐腐蚀性等力学性能,以拓展其性能,满足不同环境下用途的需求。

其次,关于制备技术的研究,主要是研究高性能钛合金的制备工艺,以提高其材料性能,降低生产成本。

最后,关于新型钛合金研发方面,目前有多学科交叉研究,包括聚合物增强钛合金、复合材料、添加剂改性等,从而进一步拓展钛合金的应用范围,满足不同行业的多样化需求。

在实际应用方面,钛合金目前主要用于航空航天、汽车、医疗、电力、建筑等行业,特别是航空航天领域的应用最为广泛,主要是因为钛合金的低密度、重量轻、高强度、耐腐蚀性良好等特点,能够充分地满足航空航天装备的要求,比如飞机发动机,航空航天机械件和结构零件等,这些应用使得钛合金在航空航天领域得到了广泛的应用。

此外,还有越来越多的行业开始尝试使用钛合金,比如汽车、电力行业,利用它们的可塑性,建造轻量化的汽车零部件,减轻汽车质量,降低汽车节油,以及在高速公路、铁路、桥梁等高精尖的土木工程中,使用钛合金制作可靠的抗腐蚀结构件,从而提高了建筑物的抗侵蚀性,维护了高速公路和铁路等行业的安全性和可靠性。

总而言之,钛合金在国内外各行各业的研究和应用都得到了广泛的关注,以提高性能、节约能源、降低污染等多方面都有着重要作用,推动了钛合金的发展和实用化。

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航空用钛合金的研究与应用进展付艳艳,宋月清3,惠松骁,米绪军(北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室,北京100088)摘要:钛合金以其比强度高、耐腐蚀性好等特点在航空航天领域得到了广泛的应用。

从高强钛合金(T i 21023,T i 21523,(221S ,BT 22,T B10)、高温钛合金(T i 26242S ,T i 21100,I MI834,BT 36,T i 260)、阻燃钛合金(Alloy C ,BTT 21,BTT 23,T i 240)和损伤容限钛合金(T i 26Al 24VE LI ,T i 26222222S ,TC21)4个研究领域重点介绍了国内外航空用钛合金的研究和应用现状,分析了各领域典型航空用钛合金的成分、组织、性能等特点,并提供了钛合金发展的方向。

关键词:钛合金;航空;高强;高温;阻燃;损伤容限中图分类号:TG 146.23 文献标识码:A 文章编号:0258-7076(2006)06-0850-07 钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点。

从20世纪50年代开始,钛合金在航空航天领域中得到了迅速的发展。

钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一,可以减轻飞机的重量提高结构效率。

在飞机用材中钛的比例,客机波音777为7%,运输机C 217为10.3%,战斗机F 24为8%,F 215为25.8%,F 222为39%[1]。

由于钛合金价格高,耐磨性差等原因,限制了其使用领域。

几十年来,国内外针对航空应用所研究的钛合金等均取得了很大进步,许多合金也得到广泛应用。

本文重点介绍典型高强钛合金、高温钛合金、阻燃钛合金和损伤容限型钛合金等航空用钛合金的应用进展。

1 高强钛合金1.1 高强钛合金的研究现状高强度钛合金一般指抗拉强度在1000MPa 以上的钛合金。

目前,代表国际先进水平并在飞机上获得实际应用的高强度钛合金主要有β型钛合金T i 2102223,T i 21523,β221S ,α2β型两相钛合金BT 22[2,3]以及中国的T B10等。

表1为几种典型高强钛合金的特点。

T i 21023(T i 210V 22Fe 23Al )合金是美国T imet 公司于1971年研制成功的,是迄今为止应用最为广泛的一种高强韧近β钛合金。

它是一种为适应损伤容限性设计原则而产生的高结构效益、高可靠性和低制造成本的锻造钛合金[4],合金中的V 和Fe 为主要的β稳定元素。

为了提高合金的锻造性能和断裂韧性,要求合金中Fe 的含量低于2%,O 的含量限制在0113%以下[5]。

合金经热处理后其σb 为965~1310MPa ,K IC 为99~33MPa ・m 1/2,有极好的强韧性匹配[6,7]。

现已应用于波音777客机起落架主梁,欧洲空客公司制造的载客量达500人以上的世界最大的客机A380的主起落架支柱[8]。

表1 高强钛合金的性能特点T able 1 Properties of high strength titanium alloys 合金类型Al 当量M o 当量(α+β)/β相转变温度T β性能特点T i 21023 4.011.1790~805℃具有较大的淬透性;显著的热处理强化效果T i 215235.015.7750~770℃合金成形后能立即进行时效;较小的裂纹形成敏感性β221S4.015.8793~810℃高强度、良好的蠕变强度和热稳定性;冷状态下具有良好的变形能力BT 226.011.8860~990℃良好的加工性能和焊接性能T B104.011.5810~830℃良好的淬透性和断裂韧性第30卷 第6期V ol.30№.6 稀 有 金 属CHI NESE JOURNA L OF RARE MET A LS 2006年12月Dec.2006收稿日期:2006-02-23;修订日期:2006-04-26作者简介:付艳艳(1978-),女,辽宁大连人,博士研究生3通讯联系人(E 2mail :yayafyy @ ) T i21523(T i215V23Cr23Sn23Al)合金是在20世纪70年代由美国空军部门资助下开发出来的一种近β型的高强抗腐蚀合金[9]。

合金中的V和Cr抑制马氏体转变并稳定β相。

热处理强化板材的σb≥1310MPa,δ5≥5%,显微组织是β基体和弥散的α相。

合金具有优良的冷变形性、时效硬化性能和可焊接性能等特点,已应用到波音777上的应用控制系统管道和灭火罐[10]。

β221S(T i215M o23Al22.7Nb20.2Si)合金是美国T imet公司在1989年为麦道公司提供一种用于航天飞机的钛金属基复合材料中所需的抗氧化箔材而开发的。

该合金的典型固溶处理制度为850℃固溶处理30min空冷,组织为等轴的β晶粒和等温细小的ω相[11]。

固溶后的合金的时效温度一般在480~595℃[12,13],时效σb=1150~1350MPa,δ5=6%~8%,组织为细小的针状α相。

由于合金具有特别好的高温强度和抗蠕变性能,适用于发动机衬套和喷管等,现已被美国国家宇航局确定用作碳化硅/钛基复合材料的基体材料[10]。

BT22(T i25Al25M o25V21Fe21Cr)合金是前苏联在20世纪70年代研制成功的一种高合金化、高强度近β型钛合金。

合金退火状态下的组织含有各约50%的α和β相,退火状态下的强度是现有合金中退火强度最高的。

合金具有强度高,韧性高,塑性好以及焊接性能优良等特点[14],主要用于生产模锻件,其淬透深度达200mm[15]。

BT22合金既可用于制造在350~400℃下长期工作的机身、机翼受力件及操作系统等的紧固件,也可用于制造工作温度不高于350℃的发动机的风扇盘和叶片等。

我国高强钛合金的研究始于20世纪60年代,国内一些科研单位自行研制了高强钛合金,取得了一定的成绩,其中最为典型的是由北京有色金属研究总院自主研制的T B10合金。

T B10(T i25M o2 5V22Cr23Al)合金是在对T B2(T i25M o25V28Cr23Al)合金进行改进的基础上研制成功的高强高韧近β型钛合金,具有比强度高,断裂韧度好,淬透性高等优点。

其Φ60mm棒材的典型性能为σb=1360 MPa,K IC=67MPa・m1/2,现已在我国航空领域得到了实际应用。

1.2 高强钛合金研究存在的问题及发展方向由于航空航天业需要轻质的高强钛合金,因此高强钛合金就成为各国争相研究的钛合金系列之一。

但现有钛合金的强度(尤其是强韧性匹配)不能满足航空要求,而且合金成本太高,合金性能对工艺参数敏感等问题使其应用受到了一定限制。

综合国际的研究现状以及高强钛合金所存在的问题,高强钛合金的发展趋势主要为:(1)研制σb≥1350MPa,K IC≥55MPa・m1/2的高强韧钛合金。

现有高强钛合金的强韧性匹配仍不如现有高强韧钢(现有超高强合金钢的强度可达1500MPa以上),限制了钛合金的应用。

随着对钛合金性能要求的提高,发展σb≥1350MPa,K IC≥55MPa・m1/2的钛合金是以后高强钛合金发展的主要趋势。

(2)开发低成本钛合金。

由于高强钛合金一般都含有β稳定元素(如M o,V,Nb等),这些元素的价格都比较昂贵,对钛合金的应用造成了限制,因此开发少含贵的金属元素的高强钛合金成为主要趋势。

(3)进一步探索加工工艺与合金组织及性能的关系。

由于高强钛合金的一些性能对工艺参数非常敏感,所以需要严格控制加工工艺。

对形状复杂的大型高强钛合金工件而言,合金性能的均匀性是一个主要问题,因此不断研究加工工艺与合金的组织、性能关系是非常必要的[16]。

2 高温钛合金2.1 高温钛合金的研究现状高性能航空发动机的发展需求牵引着高温钛合金的发展,钛合金的使用温度逐步提高,从20世纪50年代以T i26Al24V合金为代表的350℃,经过I MI679和I MI829提高到了以I MI834合金为代表的600℃。

目前,代表国际先进的高温钛合金有美国的T i26242S,T i21100,英国的I MI834,俄罗斯的BT36以及中国的T i260。

表2为600℃主要高温钛合金的成分及性能特点。

T i26242S(T i26Al22Sn24Z r22M o20.1Si)钛合金是美国于20世纪60年代为了满足改善钛合金高温性能的需要,特别是为了满足喷气发动机使用要求而研制的一种近α型钛合金。

合金的最高使用温度为540℃,室温的σb=930MPa[17]。

特点是具有强度、蠕变强度、韧性和热稳定性的良好结合,并具有良好的焊接性能,主要应用于燃气涡轮发动机零件,发动机结构板材零件,飞机机体热端零件。

1586期 付艳艳等 航空用钛合金的研究与应用进展 表2 典型高温钛合金的性能特点T able2 Properties of typical high temperature titanium alloys合金类型Al当量M o当量(α+β)/β相转变温度Tβ密度/(g・cm-3)性能特点T i26242S8.3 2.0995±10℃ 4.54热稳定性与蠕变强度结合良好I MI8348.70.71045±10℃ 4.55良好的变形能力;良好的疲劳性能和蠕变性能匹配T i211008.60.41015℃ 4.50良好的高温蠕变性能;较低的韧性和较大疲劳裂纹扩展速率BT368.5 2.71000~1025℃ 4.59良好的高温蠕变性能;非常细小的显微组织T i2608.5 1.01025℃ 4.5良好的热稳定性和高温抗氧化性 T i21100(T i26Al22.75Sn24Z r20.4M o20.45Si)合金是美国于1988年研制成功的高热强性近α型钛合金。

该合金在T i26242S合金成分的基础上,通过调整Al,Sn,M o和Si元素的含量,使其使用温度达到600℃[18]。

合金对杂质元素O和Fe含量的控制十分严格,要求O含量低于0.07%,Fe含量低于0.02%,其特点是具有较低的韧性和较大的疲劳裂纹扩展速率。

据了解,T i21100合金已用于制造莱康明公司T552712改型发动机的高压压气机轮盘和低压涡轮叶片等零件[19]。

I MI834(T i25.8Al24Sn23.5Z r20.7Nb20.5M o2 0135Si)合金是英国在1984年研制成功的一种近α型钛合金,合金中加入的0.5M o%和0.7%的Nb可以保证热稳定性的同时,最大限度地提高合金的强度。

为了扩大两相区的加工窗口,在I MI834合金中加入了0.06%C。

通过热处理后双态组织中的初生α相含量在5%~50%范围内[20]。

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