钛合金的加工与应用资料
钛合金加工与应用

钛合金加工与应用钛合金是一种具有极高强度、轻量化、耐腐蚀性、高温性等优异性能的材料,被广泛应用于航空、航天、汽车、医疗等领域。
然而,由于它的性质十分特殊,钛合金加工和应用也具有一定难度和特殊性。
本文将从钛合金的特性、加工方法和应用等方面进行探讨。
一、钛合金的特性1. 强度高:与普通钢相比,钛合金具有更高的强度和刚度,同时仍保持着较低的密度,这使得它成为重要的结构材料。
2. 耐腐蚀性强:钛合金表面形成一层致密的钝化氧化层,具有很强的抗腐蚀性。
3. 温度适应性强:钛合金在高温下仍能保持其原有强度和刚度,在航空和航天等高温环境中得到广泛应用。
4. 生物相容性好:钛合金具有良好的生物相容性,被应用于医疗领域中的人工关节、植入物等。
二、钛合金加工方法1. 剪切加工:钛合金通常是在多次加工的基础上完成,而剪切加工是最基本的加工方式之一。
2. 钻孔加工:钻孔加工需要使用耐磨的钻头和适当的注油量,以防止钛合金在加工过程中过热变形。
3. 铣削加工:铣削加工通常会在加热和冷却中进行,以减少加工时的热变形,并保持钛合金的机械性质。
4. 焊接加工:钛合金的焊接较为困难,需要使用高温等离子体或氩气保护焊接。
三、钛合金的应用领域1. 航空航天:钛合金具有强度高、重量轻、抗腐蚀等特点,在航空航天领域得到广泛应用,如结构件、发动机等。
2. 医学领域:钛合金医学植入物具有出色的生物相容性和高强度,被广泛应用于人工关节、骨板、植骨材料等。
3. 汽车领域:钛合金拥有轻量化和优秀的强度、刚度等性质,适用于制造车身结构、发动机等。
4. 体育器材:钛合金具有优异的强度和轻量化特性,被广泛应用于高尔夫球杆、自行车车架等体育器材的制造。
总的来说,虽然钛合金的加工和应用存在一定的难度和特殊性,但其优异的性能使其成为高端材料中的佼佼者。
未来随着技术的发展,钛合金在更多领域的应用前景也将更加广阔。
钛合金加工技术的研究与应用

钛合金加工技术的研究与应用近年来,钛合金材料因其高强度、低密度、抗腐蚀等优良性能而备受关注,广泛应用于航空航天、船舶、汽车及医用领域等高端制造领域。
然而,由于其高度复杂的加工难度,钛合金加工技术长期以来一直是制约其发展应用的重要因素之一。
因此,钛合金加工技术的研究与应用势在必行。
一、钛合金加工技术的现状钛合金加工技术的主要形式包括锻造、挤压、拉伸、压缩、轧制、切削加工等多种方法。
其中,锻造是钛合金加工技术中最重要的工艺之一,广泛应用于高端航空航天领域。
然而,锻造过程中会产生显著的残余应力,导致钛合金零件表面裂纹和变形等问题,进一步制约了其加工精度和质量。
另外,切削加工在大规模生产中也是常用的加工方法,但由于钛合金硬度较高,易产生高温、高压和刀具磨损等问题,导致普通机床难以满足其加工需求。
因此,钛合金切削加工技术一直面临着高难度和高成本的挑战。
二、钛合金加工技术的优化为了克服钛合金加工技术中遇到的各种瓶颈,近年来,研究人员在加工参数、切削液、加工设备等方面进行了深入研究,取得了一系列重要进展。
例如,通过优化锻造工艺,降低残余应力的产生,并采用多次锻造、热处理等方法,提高钛合金零件的机械性能和稳定性,在低成本、高效率、高品质的条件下实现了快速生产和高品质加工。
同时,为了解决钛合金切削加工中的问题,研究人员采用数控加工、高速切削、钻铣复合加工等新技术,不断提高其加工效率和加工质量。
此外,增加切削液的氢化学物质的含量、采用高速捷进刀具等一系列措施,可有效降低刀具磨损和切削温度,提高切削效率和工件表面质量。
三、钛合金加工技术的应用前景近年来,随着制造业的快速发展和各个领域对高品质、高强度等特性的需求增加,钛合金材料的用途日益扩大。
未来,将进一步加快钛合金加工技术的研究与应用,图谋在高端制造领域占据更为重要的地位。
特别是在大型飞机、高铁、新能源汽车等新兴领域的应用,将成为钛合金加工技术的重要发展方向。
总体而言,钛合金加工技术的研究和应用离不开科技创新和实践探索。
高性能钛合金的制备和应用

高性能钛合金的制备和应用近年来,高性能钛合金在航空航天、船舶、汽车、医疗器械、体育用具等领域得到广泛应用。
其具有高强度、优异的耐腐蚀性、良好的韧性和成形性能等优点,是金属材料中的一种重要类型。
本文将就高性能钛合金的制备和应用进行探讨。
一、高性能钛合金的制备1.熔融合金法熔融合金法是制备高性能钛合金的主要方法之一。
该方法采用真空感应熔炼或真空电弧熔炼技术制备。
常用的熔融合金法有多种,包括真空感应熔炼(VIM)、真空电弧熔炼(VAR)、等离子熔炼(PAM)、坩埚熔炼(SKM)和气雾淬火(GA)等。
这些方法均采用惯性泵或离心泵进行高真空度的制备,使钛合金具有均匀性好、含氧量低、夹杂物少等优点。
其中,VAR法是最常用的方法之一,其工艺流程大致为:通过感应线圈使金属材料炽热,然后在高真空度下通过电弧进行熔炼和混合,最后得到高品质的钛合金。
2.机械合金化法机械合金化法是一种新型的制备高性能钛合金的方法。
该方法通过固态反应技术或球磨技术进行钛、铝、钒等金属元素的合金化,制备出具有高强度和较好韧性的钛合金材料。
这种材料具有均匀的微观结构和细小的晶粒尺寸,其力学性能和氧化腐蚀性能也有所提高。
但是,机械合金化法的制备条件较为苛刻,需要经过多次球磨和固态烧结等步骤,所以生产工艺较为复杂。
3.快速凝固法快速凝固法是一种用于制备高性能钛合金的新技术。
该方法利用高功率激光、电子束、惯性约束聚变等快速固化材料的原理,将熔体迅速凝固成铸坯,得到具有细小晶粒和良好韧性的高性能钛合金材料。
相比传统熔融合金法,该方法由于凝固速度快,微观组织均匀,故力学性能和耐腐蚀性能更优异。
但是,快速凝固法也存在杂质含量高、成本高等问题。
二、高性能钛合金的应用1.航空航天高性能钛合金在航空航天领域得到广泛应用,包括航空发动机、机身结构、降落装置等。
因为钛合金具有良好的机械性能和高强度耐腐蚀性能,可大大提高飞行器的安全性、可靠性和经济性。
例如Boeing 787梦想客机的机身、发动机涡轮叶片、航空螺栓及部分电子设备等均采用了钛合金材料。
钛合金的制备和应用

钛合金的制备和应用钛合金是一种壁厚轻、强度高、耐冲蚀、耐腐蚀、耐高温的金属。
它是由钛、铝、铁、硅等元素制成的合金,广泛应用于航空航天、医疗、汽车、船舶、运动器材等领域。
本文将介绍钛合金的制备方法和应用领域。
一、钛合金的制备方法1. 减压熔炼法减压熔炼法是制备钛合金最常用的方法。
这种方法利用高真空环境和高温熔体,在真空下将钛和其他合金元素熔炼混合,制成钛合金。
该方法制备的钛合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。
2. 氧化物粉末冶金法氧化物粉末冶金法是一种溶剂冶金法,利用钛的化学还原反应将氧化物粉末转化成钛。
这种方法适用于生产高等级的钛合金,可以获得更高的强度和韧性。
3. 溶液处理法溶液处理法是一种在水溶液中制备钛合金的方法。
该方法通过钛的水解反应制备钛基材料,再通过溶液中添加其他合金元素制备钛合金。
这种方法可以简化制备工艺和生产成本,但是钛合金的强度和耐腐蚀能力较低。
二、钛合金的应用领域1. 航空航天钛合金在航空航天领域广泛应用于制造飞机发动机、机身、起落架等。
因为钛合金具有较低的密度和高的强度,可以减轻飞机的重量,提高飞行速度和航程。
钛合金还具有良好的耐高温性和耐腐蚀性,可以在极端环境下工作。
2. 医疗器械钛合金在医疗器械领域应用广泛,主要用于制造人工关节、植入物、牙科修复物等。
钛合金具有良好的生物相容性和耐腐蚀性,可以降低人体免疫反应和排斥反应,减少手术并发症。
3. 汽车制造钛合金在汽车制造领域主要用于制造发动机、转向系统、底盘、制动系统等。
钛合金可以降低汽车的自重,提高动力性和油耗率。
钛合金还具有抗冲击、耐磨损和良好的高温性能,可以提高汽车的安全性和可靠性。
4. 运动器材钛合金在运动器材领域广泛应用于制造骑行自行车、高尔夫球杆、网球拍等。
钛合金具有较低的密度和高的强度,可以降低器材的重量,提高运动员的表现和体验。
总之,钛合金是一种高强度、耐腐蚀、耐高温的金属,具有广泛的应用前景。
通过不同的制备方法,可以制备出不同品质的钛合金,适用于不同的领域。
钛合金的制备工艺及其应用研究

钛合金的制备工艺及其应用研究钛合金是一种高强度、低密度、耐腐蚀的金属材料,因其优异的性能而广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、医疗等领域。
然而,钛合金的制备工艺复杂,涉及到很多因素,如纯度、成分、温度、压力等,因此在制备过程和应用研究中面临着很多挑战。
一、钛合金的制备工艺1. 材料选择钛合金的制备首先要选择合适的原料。
一般来说,钛合金通常由纯钛和合金元素组成。
合金元素中常见的有铝、钒、铬、锰、镁、钼、锆等。
不同的合金元素对钛材料具有不同的影响,因此在选择合金元素时应该根据需要和要求合理选择。
2. 纯化纯化是制备钛合金的关键步骤之一。
钛合金通常是由钛粉末制成的,而钛粉末中包含着杂质,如氧、氮、碳等。
这些杂质会降低钛合金的性能。
因此,在制备钛合金时需要对钛粉末进行纯化处理,以提高钛合金的质量。
3. 合金化合金化是钛合金制备中的另一个关键步骤。
通过合金化可以向纯钛中加入适量的合金元素,改善钛合金的性能。
合金化的方法主要有熔融法、粉末冶金法、化学还原法等。
其中,熔融法是最常用的方法之一,可以获得高纯度的钛合金。
4. 熔炼钛合金的熔炼是制备过程中的关键步骤之一。
熔炼的目的是将合金元素与纯钛均匀混合。
钛合金的熔炼方法有真空熔炼、氩气保护下熔炼、氢弧熔炼等。
这些方法各有优缺点,需要根据具体需求选择。
5. 锻造锻造是钛合金制备的最后一个步骤,其目的是通过机械加工使钛合金具有更好的性能。
钛合金的锻造方法有热锻造和冷锻造。
热锻造适用于较大的结构件制备,冷锻造适用于小尺寸、高精度的制品制备。
二、钛合金的应用研究1. 航空航天领域钛合金因其良好的高温性能、尺寸稳定性和高比强度等特点而成为航空航天领域的重要材料。
在航空航天领域中,钛合金主要应用于发动机叶片、机身外皮、轻质结构件等领域。
2. 汽车领域钛合金在汽车领域中的应用也日益重要。
钛合金由于具有优异的耐腐蚀性和高强度的特点,可以作为汽车零部件的材料,如排气系统、制动系统、底盘等。
钛合金的制备与应用

钛合金的制备与应用钛合金是一种优良的金属材料,具有优异的高温特性、高强度和低密度等特点,因此被广泛应用于航空航天、化工、医疗、汽车等领域。
本文将就钛合金的制备方法和主要应用领域进行讨论。
一、钛合金制备方法(1)真空熔炼法真空熔炼法是制备钛合金的主要方法之一。
这种方法是将钛及其合金原料放入真空下的熔炉中,进行高温熔炼和合金化。
该法能够制备出高品质的钛合金,但设备成本高、成本较高、操作难度较大,限制了其在工业化生产中的应用。
(2)粉末冶金法粉末冶金法是一种先将钛和其它成分的粉末按一定比例混合,再通过压制、烧结、热加工等工艺制造成型的方法。
这种方法操作简单方便、成本较低,且能够制备出精密复杂的结构件。
但由于该法制备的材料孔隙率通常较高,而且容易出现氧化物,因此需要进行后续处理。
(3)热氧化还原法热氧化还原法是一种通过将钛和其它金属还原成金属粉末,然后通过加热、压制、烧结等工艺将其制成的一种方法。
该方法与粉末冶金法相比,其材料性能更加稳定,孔隙率也更低,但是它的生产工艺需要比较严格的环境控制,成本也比较高。
二、钛合金的主要应用领域(1)航空航天领域钛合金在航空航天领域是最常见的应用领域。
因为钛合金具有较低的密度,高的强度,以及良好的耐热性和耐腐蚀性能,所以在飞机、火箭、导弹等领域中广泛应用。
(2)化工领域钛合金在化工领域中主要应用于化工设备的制造。
由于钛合金能够耐腐蚀、防锈、耐高温,所以它被广泛应用于各个层面的化工工业,如石油、天然气、精细化工、无机化学等。
钛合金的耐腐蚀性能使其在石油和化工行业的使用迅速增长。
(3)医疗领域钛合金在医疗领域中的应用越来越广泛。
由于钛合金的生物惯性性、极少的植入后排异反应以及可与骨组织完美结合等特点,使其被广泛应用于制造人工关节、牙科植入物、颅骨修复等医疗器械。
(4)汽车领域钛合金也被广泛应用于汽车领域。
由于钛合金具有优异的强度和低密度的特点,使汽车可以减轻重量并提高性能。
钛合金的加工与应用

钛合金的加工与应用钛合金是一种高强度、低密度、优良耐腐蚀性的金属材料,拥有极高的比强度和比刚度,广泛应用于航空航天、汽车、船舶、医疗、化工等领域。
钛合金的加工与应用主要包括以下几个方面:1.钛合金的加工方法:钛合金的加工方法包括锻造、压力成型、钛板的冷、热轧制、钛焊、钛铸等。
其中,锻造是常用的加工方法之一,通过对钛合金坯料进行加热,再进行力的作用,使其塑性变形,进而形成所需形状的零部件。
钛合金的压力成型主要包括挤压、拉深、旋压等,可以加工出较为复杂的形状。
钛板的冷、热轧制是通过对钛合金板材进行冷、热轧,使其变形为所需厚度和形状的板材。
钛焊是通过高温熔合将两个或多个钛合金部件连接在一起;钛铸是将熔化的钛合金倒入模具,然后冷却凝固成形。
2.航空航天领域:钛合金在航空航天领域的应用广泛,主要用于飞机结构零件、发动机零件、航天器结构和悬挂系统等。
由于钛合金具有优良的比强度和耐腐蚀性能,能够减轻飞机自重,提高飞机的载荷能力和飞行速度,同时能够抵抗高温氧化和腐蚀等环境影响,因此被广泛应用于航空航天领域。
3.汽车领域:钛合金在汽车领域的应用主要包括制动系统、底盘组件、排气系统等。
由于钛合金具有优异的低密度和高强度,能够减轻汽车自重,提高汽车的燃油效率和加速性能,并且钛合金的耐腐蚀性好,能够抵抗路面盐雾等腐蚀介质的侵蚀,因此被广泛应用于汽车领域。
4.医疗领域:钛合金在医疗领域的应用主要包括人工关节、牙科种植、外科器械等。
由于钛合金具有生物相容性好、无毒、无磁性等特点,可以与人体组织兼容,并且在人体内不会产生副作用。
因此,钛合金成为制造人工关节和牙科种植等医疗器械的理想材料。
5.化工领域:由于钛合金具有耐腐蚀性好、耐高温性能优良的特点,被广泛应用于化工领域。
钛合金的耐腐蚀性能可以有效抵抗酸碱等腐蚀介质的侵蚀;耐高温性能可以在高温环境下保持结构稳定性。
因此,在化工领域中,钛合金通常用于生产反应器、换热器、输送管道等设备。
钛合金制造技术的研究与应用

钛合金制造技术的研究与应用引言钛合金是一种具有优异性能的金属材料,具有良好的耐腐蚀、抗疲劳、高温稳定性,且具有良好的生物相容性,广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。
然而,钛合金的制造技术存在一些难点,如高成本、易引起钛火灾等等。
因此,完善钛合金制造技术是当前钛合金材料研究的热点之一。
一、钛合金制造技术的研究与发展历程钛合金的制造技术起源于20世纪40年代,当时仅通过熔铸工艺进行制备。
20世纪60年代,压缩成型与热等静压成型技术得到了广泛应用。
随着计算机辅助设计与制造的进一步发展,出现了快速成形技术,包括立体激光烧结、电子束熔化、选择性激光烧结等新兴技术。
钛合金制造技术的发展历程见证着制造技术的不断演进和改进,使得钛合金材料具有更加优良的性能。
二、现代钛合金制造技术的应用1. 3D打印技术3D打印技术是一种高精度、高效率的制造技术,通过增材制造的方式,将传统的制造工艺转化为数字化设计与制造。
3D打印技术在钛合金制造中的应用逐渐增加,如在航空航天领域的机身、发动机叶片、气门座圈等关键部件的制造中,3D打印技术发挥了重要的作用。
2. 快速烧结技术快速烧结技术是将钛合金材料采用快速加热和快速冷却的方式,实现合金颗粒的熔融、结合和成型等生产过程。
这一技术可有效提高生产效率,极大地改善了钛合金的制造工艺。
同时,在医疗领域的人工关节制造中,快速烧结技术的应用也得到了广泛的推广。
三、钛合金制造技术发展面临的问题与挑战1. 高成本钛合金材料的制造成本相对较高,极大限制了其在工业中的应用。
如何降低钛合金材料的制造成本,是当前制造技术研究面临的重要问题。
2. 熔铸工艺提供的合金成分不稳定熔铸工艺是目前钛合金材料主流的生产工艺,但其提供的合金成分不稳定,导致产品的性能出现差异,降低了钛合金材料的使用价值。
如何提高钛合金材料的合金成分稳定性,是当前技术研究的难点之一。
3. 钛火灾钛火灾是由钛燃烧产生的一种强烈的化学反应。
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钛合金的加工与应用[摘要]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。
世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。
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。
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。
[关键词]钛合金,加工性能,应用领域钛是一种化学元素,化学符号Ti,原子序数22,在化学元素周期表中位于第4周期、第IVB族。
是一种银白色的过渡金属,其特征为重量轻、强度高、具金属光泽,耐湿氯气腐蚀。
钛被认为是一种稀有金属,这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。
但其相对丰富,在所有元素中居第十位。
钛的矿石主要有钛铁矿及金红石,广布于地壳及岩石圈之中。
钛亦同时存在于几乎所有生物、岩石、水体及土壤中。
从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法或亨特法。
钛最常见的化合物是二氧化钛,可用于制造白色颜料。
其他化合物还包括四氯化钛(TiCl)(作催化剂和用4)(用于催化聚丙烯的生产)。
于制造烟幕作空中掩护)及三氯化钛(TiCl3一、钛合金的结构原理钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。
钛有两种同质异晶体:882℃以下为密排六方结构α钛,882℃以上为体心立方的β钛。
合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类:①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。
其中铝是钛合金主要合金元素,它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。
②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素,又可分同晶型和共析型二种。
前者有钼、铌、钒等;后者有铬、锰、铜、铁、硅等。
③对相变温度影响不大的元素为中性元素,有锆、锡等。
二、钛合金的品质特性钛合金具有许多优良的品质特性,主要有如下几方面:(1)比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,可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。
目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。
(2)热强度高使用温度比铝合金高几百度,在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450~500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃~500℃范围内仍有很高的比强度,而铝合金在150℃时比强度明显下降。
钛合金的工作温度可达500℃,铝合金则在200℃以下。
(3)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。
(4)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,间隙元素极低的钛合金,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。
(5)化学活性大钛的化学活性大,与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。
含碳量大于0.2%时,会在钛合金中形成硬质TiC;温度较高时,与N作用也会形成TiN硬质表层;在600℃以上时,钛吸收氧形成硬度很高的硬化层;氢含量上升,也会形成脆化层。
吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1~0.15 mm,硬化程度为20%~30%。
钛的化学亲和性也大,易与摩擦表面产生粘附现象。
(6)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。
三、钛合金的加工性能1.切削加工性能钛合金强度高、硬度大,所以要求加工设备功率大,模具、刀具应有较高的强度和硬度。
切削加工时,切屑与前刀面接触面积小,刀尖应力大。
与45钢相比,钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4,可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3),所以刀具切削刃承受的应力反而更大,刀尖或切削刃容易磨损;钛合金摩擦因数大,而热导率低(分别仅为铁和铝的1/4和1/16);刀具与切屑的接触长度短,切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发,这些因素使得钛合金的切削温度很高,造成刀具磨损加快并影响加工质量。
由于钛合金弹性模量低,切削加工时工件回弹大,容易造成刀具后刀面磨损的加剧和工件变形;钛合金高温时化学活性很高,容易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应,生成硬化层,同时进一步加剧了刀具的磨损;钛合金切削加工中,工件材料极易与刀具表面粘结,加上很高的切削温度,所以刀具易于产生扩散磨损和粘结磨损。
2.磨削加工性能钛合金化学性质活泼、在高温下易与磨料亲和并粘附,堵塞砂轮,导致砂轮磨损加剧,磨削性能降低,磨削精度不易保证。
砂轮磨损同时也增大了砂轮与工件之间的接触面积,致使散热条件恶化,磨削区温度急剧升高,在磨削表面层形成较大的热应力,造成工件的局部烧伤,产生磨削裂纹。
钛合金强度高、韧性大,使磨削时磨屑不易分离、磨削力增大、磨削功耗相应增加。
钛合金热导率低、比热小、磨削时热传导慢,致使热量积聚在磨削弧区,造成磨削区温度急剧升高。
3.挤压加工性能对钛及钛合金进行挤压加工时,要求挤压温度高,挤压速度快,以防温降过快,同时应尽量缩短高\温坯锭与模具的接触时间。
因此挤压模具应选用新型耐热模具材料,坯锭由加热炉到挤压筒的输送速度也要快。
鉴于在加热和挤压过程中金属易被气体污染,故还应采用适当的保护措施。
挤压时应选择合适的润滑剂,以防粘结模具,如采用包套挤压和玻璃润滑挤压。
因钛及钛合金的变形热效应较大,导热性较差,故在挤压变形时还要特别注意防止过热现象。
钛合金的挤压过程比铝合金、铜合金、甚至钢的挤压过程更为复杂,这是由钛合金特殊物理化学性能所决定的。
钛合金在常规热反挤成形时,模具温度低,与模具接触的坯料表面温度迅速下降,而坯料内部因变形热而温度升高。
由于钛合金热导率低,表层温度下降后,内层坯料热量不能及时传输到表层补充,会出现表面硬化层,而使得变形难以继续进行。
同时,表层与内层会产生很大的温度梯度,即使能成形,也容易造成变形和组织不均匀。
4.锻压加工性能钛合金对锻造工艺参数非常敏感,锻造温度、变形量、变形及冷却速度的改变都会引起钛合金组织性能的变化。
为更好地控制锻件的组织性能,近几年,热模锻造、等温锻造等先进的锻造技术在钛合金的锻造生产中得到了广泛应用。
钛合金的塑性随温度升高而增大,在1000—1200℃温度范围内,塑性达到最大值,允许变形程度达70%—80%。
钛合金锻造温度范围较窄,应严格按(α+β)/β转变温度进行掌握(铸锭开坯除外),否则β晶粒会剧烈长大,降低室温塑性;α钛合金通常在(α+β)两相区锻造,因(α+β)/β相变线以上锻造温度过高,将导致β脆相,β钛合金其始锻和终锻都必须高于(α+β)/β转变温度。
钛合金的变形抗力随变形速度的增加提高较快,锻造温度对钛合金变形抗力影响更大,因此常规锻造必须在锻模内冷却最少的情况下完成。
间隙元素(如O、N、C)的含量对钛合金的锻造性也有显著影响。
5.铸造工艺性能由于钛和钛合金的化学活性高,易与空气中的N、O、N发生剧烈化学反应,且易与铸造中常用的耐火材料发生化学反应。
钛和钛合金的铸造,特别是熔模精铸要比铝和钢的熔模精铸难度大得多,需借助特殊手段才能实现。
铸钛发展初期,由于铸造工艺的发展落后于压力加工工艺,因此,先选用已有一定变形的中强钛合金,如TiΟ6AlΟ4V,TiΟ5AlΟ2.5Sn等作为铸造合金材料。
这些合金至今还在广泛应用。
但随着铸钛工艺的发展和应用领域对铸造钛合金各方面性能要求的提高,以及铸件结构复杂程度的加大,过去那种认为“所有的变形钛合金都适合用作铸造合金”的论点应加以修正。
随着合金使用温度和工作强度的提高,合金中所添加元素的数量和加入量也相应增加,但同时必须考虑到合金的铸造性能、流动性凝固区间结晶组织、力学性能等等,即合金的化学成分必须根据铸造工艺的要求进行调整。
四、钛合金的具体应用1.钛合金在航空业中的应用1. 阻燃钛合金闪亮登场为了避免"钛火",俄罗斯曾研制了含Cu高量的BTT-1和BTT-3阻燃钛合金,但由于其力学性能和熔铸性能差而未能工程化。
美国发明的Alloyc (Ti-35V-15Cr)阻燃钛合金近期已成功地应用于F119发动机(F/A-22战斗机的动力装置)的高压压气机机匣、导向叶片和矢量尾喷管。
这是高温钛合金领域的最新亮点,也是钛发展史中第一个进驻航空发动机的β型钛合金和阻燃钛合金。
Alloyc的阻燃原理有三:其一,国外和一航材料院的研究结果表明,在转子零件与静子零件相对摩擦而升温时,低熔点(675℃)的V205的首先熔化起到了吸热、润滑和降低氧化膜内应力的作用;其二,西北有色院的试验表明,Alloyc 的导热系数远高于普通钛合金;其三,北京有色院利用CALPHAD技术计算得到的结果表明,该合金成分设计符合"绝热燃烧温度"尽可能低的要求。
西北有色院、一航材料院等联合研制的低成本阻燃钛合金Ti-40已研制出机匣并装机,等待试车。
利用渗金属技术形成表面阻燃合金是另一条成本更低的技术途径。
2. 钛基复合材料初见曙光世界各国为钛基复合材料(TMC)的工程化已奋斗很多年,近期终于在F119发动机上获得了应用,即选用SiC纤维Ti-6242S复合材料制成矢量喷管驱动器活塞。
不久前,荷兰飞机起落架开发公司SP航宇公司又宣称,荷兰皇家空军试飞了装有钛基复合材料主起落架下部后撑杆的F-16。
与原用的300M钢相比,新材料可减重40%,成本也已接近战斗机设计认可的指标,因此洛克希德·马丁公司也打算在F-35联合攻击机上采用这种TMC材料制造起落架零件。
据称用TMC取代Ti-6Al-4V合金制造的空心宽弦风扇叶片,其成本更低。
3. 纤维/钛层板崭露头角层间混合材料(如图3所示)因其比强度和疲劳寿命远高于单金属材料且成本远低于纤维增强的复合材料,已引起人们的广泛兴趣。
从20世纪80年代以来该材料已经历了第一代ARALL(芳纶纤维铝合金层板)、第二代GLARE(玻璃纤维铝合金层板)、第三代CARE(碳纤维铝合金层板)到第四代TiGr(石墨纤维钛合金层板)的发展过程。