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?。?.5gcm-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,某些鈦合金的工作溫度為550/C,預(yù)期可達(dá)700/C。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,鈦合金的比強高于其他輕金屬、鋼和鎳合金,并且這一優(yōu)勢可以保持到500/C左右,因此某些鈦合金適于制造燃?xì)廨啓C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(dá)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(dá)3640 kg。麥克唐納道格拉斯/公司生產(chǎn)的DC10飛機,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、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?! ♀伿嵌兰o(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,尤其是強度高、易焊接性能有利于高爾夫桿頭的制造。
【鈦合金常用牌號用途】
工業(yè)純鈦TA1、TA2、TA3:沖壓性能優(yōu)良??蛇M(jìn)行各種形式的焊接,焊接性能良好,焊接接頭可達(dá)基體金屬強度的90%。易于鋸和砂輪切割,機械加工性能良好。耐蝕性能優(yōu)良用于350℃以下、受力小的零件及沖壓成各種復(fù)雜形狀的零件。如火電站凝汽器;船用海水腐蝕的管道系統(tǒng)、閥門、泵;化工熱交換器、泵體、蒸餾塔;海水淡化系統(tǒng)、鍍鉑陽極;飛機的骨架、蒙皮、發(fā)動機部件、橫梁等。
鈦合金TA6:具有良好的焊接性能,有較高的蠕變強度,但工藝可塑性較低,可熱狀態(tài)下變形,合金在承受軸向負(fù)荷時,對切口沒有敏感性,切削性能尚好400℃以下工作的零件及焊接件。
鈦合金TA7:沖壓性能差,熱塑性尚好??蛇M(jìn)行各種形式的焊接,性能良好,焊接接頭強度和塑性可與基體金屬相等。機械加工性能與工業(yè)純鈦相同。耐蝕性良好,高溫?zé)岱€(wěn)定性良好做500℃以下長期工作的結(jié)構(gòu)件,可做各種模鍛件。
鈦合金TA8:熱塑性良好??蛇M(jìn)行各種形式焊接,焊接性良好。機加工性與工業(yè)純鈦相同??寡趸粤己?00℃以下長期工作零件??梢灾圃彀l(fā)動機壓氣機盤和葉片。
鈦合金TC1:沖壓性良好??蛇M(jìn)行各種形式焊接,焊接性良好。機加工性與工業(yè)純鈦相同。抗氧化性良好做400℃以下工作的零件。適于各種鈦合金板,沖壓和焊接零件。
鈦合金TC2:在350℃下,100h的強度在400MPa以上,熱加工有良的塑性。加熱到350-400℃,沒有發(fā)脆傾向,因此,可用其焊接在高溫下工作的零件做500℃以下工作的零件、焊接件、模鍛件和彎曲加工的零件等。
鈦合金TC3:沖壓性差,熱塑性良好??蛇M(jìn)行各種形式的焊接,焊接接頭強度可達(dá)基體金屬強度90%。機械加工性能尚好,需要用硬質(zhì)合金,大走刀量、慢速,充分冷卻。耐蝕性能良好,熱穩(wěn)定性好。是應(yīng)用最廣的鈦合金之一做400℃以下長期工作的零件。
鈦合金TC4:材料的組成為Ti-6Al-4V,屬于(a+b)型鈦合金,具有良好的綜合力學(xué)機械性能。比強度大。TC4的強度sb=1.012MPa,密度g=4.4*103,比強度sb/g=23.5,而合金鋼的比強度sb/g小于18。 鈦合金熱導(dǎo)率低。 鈦合金的熱導(dǎo)率為鐵的1/5、鋁的1/10,TC4的熱導(dǎo)率l=7.955W/m·K。
線膨脹系數(shù)=7.89*10-6℃,比熱=0.612cal/g·℃。鈦合金的彈性模量較低。TC4的彈性模量E=110GPa,約為鋼的1/2,故鈦合金加工時容易產(chǎn)生變形。 TC4(Ti-6Al-4V)和TA7(Ti-5Al-2.5Sn)鈦合金,采用兩種注入方案進(jìn)行表面改性,試驗表明,鈦合金經(jīng)離子注入后,提高了顯微硬度,顯著地降低了滑動摩擦系數(shù),有效地提高了耐磨性.為探明其改性機理,對注入與未注入樣品進(jìn)行了X射線光電子能譜(XPS)分析,獲得滿意的結(jié)果.TC4鈦合金具有優(yōu)良的耐蝕性、小的密度、高的比強度及較好的韌性和焊接性等一系列優(yōu)點,在航空航天、石油化工、造船、汽車,模具、醫(yī)藥等部門都得到成功的應(yīng)用。
鈦合金TC5:在350以下穩(wěn)定,在更高的溫度下塑性下降。在熱狀態(tài)下可進(jìn)行鍛造、沖壓等變形在350℃以下工作的零件 。
鈦合金TC9:熱塑性尚好。機加工性與T合金相同??刮g性高。熱穩(wěn)定性尚好400℃以下長期工作的零件??芍圃靿簹鈾C盤和葉片。
鈦合金TC10:沖壓性差,熱塑性良好。可進(jìn)行各種形式的焊接,焊接接頭強度可達(dá)基體金屬強度90%。機械加工性能與T合金相同。耐蝕性能好。熱穩(wěn)定性較好,熱處理效果顯著,淬透性好 做450℃以下長期工作的零件。