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    钛及钛合金的应用

    资讯来源:www.bjhrjscl.com 发布时间:2018-05-17  浏览:861次  字号:  

     

    应用领域

    材料的使用特性

    应用部位

    航空 工业

    喷气发动机

    在500℃以下具有高的屈服强度/密度比和疲劳强度/密度比,良好的热稳定性,优异的抗大气腐蚀性能,可减轻结构质量

    在500℃以下的部位使用:压气盘、静叶片、动叶片、机壳、燃烧室外壳、排气机构外壳、中心体、喷气管等

    机身

    在300℃以下,比强度高

    防火壁、蒙皮、大梁、起浇架、翼肋、隔框、紧固件、导管、舱门、拉杆等

    火箭、导弹及宇宙飞船工业

    在常温及超低温下,比强度高,并具有足够的韧性及塑性

    高压容器、燃料贮箱、火箭发动机及导弹壳体、飞船船舱蒙皮及结构骨架、主起落架、登月舱等

    船舶、舰艇制造工业

    比强度高,在海水及海洋气氛下具有优异的耐蚀性能

    耐压艇体、结构件、浮力系统球体,水上船舶的泵体、管道和甲板配件,快艇推进器、推进轴、水翼艇水翼、鞭状天线等

    化学工业、石油工业

    在氧化性和中性介质中具有良好的耐蚀性,在还原性介质中也可通过合金化改善其耐蚀性

    在石油化工、化肥、酸碱、钠、氯气及海水淡化等工业中,作热交换器、反应塔、蒸馏器、洗涤塔、合成器、高压釜、阀门、导管、泵、管道等

    其他 工业

    常规正品制造

    耐蚀性好,密度小

    火炮尾架、迫击炮底板、火箭炮炮管及药室、喷管、火炮套箍、坦克车轮及履带、扭力棒、战车驱动轴、装甲板等

    冶金工业

    有高的化学活性和良好的耐蚀性

    在镍、钴、钛等有色金属冶炼中做耐蚀材料,在钢铁冶炼中是良好的脱氧剂和合金元素


    其他 工业

    医疗卫生

    对人体体液有极好的耐蚀性,没有毒性,与肌肉组织亲合性能良好好

    做医疗器械及外科矫形材料,钛制牙、心脏内瓣、隔膜、骨关节及固定螺钉、钛骨头等

    超高真空

    有高的化学活性,能吸附氧、氮、氢、CO、CO2、甲烷等气体

    钛离子泵

    电镀工业

    耐腐蚀、寿命长、传热快、加热效果好,对产品无污染,可提高劳动生产率和减少维修费用

    镀镍、镀铬(除氟化物镀铬外)、酸性和氰化物镀铜、三氯化铁铜板腐蚀中作加热器、电镀槽子,网篮、挂具、薄膜蒸发器等

    电站

    高的耐蚀性,密度小、质量轻,良好的综合力学性能和工艺性能,较高的热稳定性,线胀系数小

    全钛凝汽器、冷凝器、管板、冷油管、蒸汽涡轮叶片等

    机械仪表

    精密天平秤杆、表壳、光学仪器等

    纺织工业

    亚漂机、亚漂罐中耐蚀零、部件

    造纸工业

    泵、阀、管道、风机、搅拌器等

    医药工业

    加料机、加热器、分离器、反应罐、搅拌器、压滤罐、出料管道等

    体育用品

    航模、羽毛球拍、登山器械、钓鱼杆、宝剑、全钛赛车等

    工艺美术

    钛板画、笔筒、砚台、拐

     

    加工钛及钛合金的特性和应用(物理性质)

     

    组别

    牌号

    主要特性

    应用举例

    碘法钛

    TAD

    这是以碘化物所获得的高纯度钛,故称碘法钛,或称化学纯钛。但是,其中仍含有氧、氮、碳这类间隙杂质元素,它们对纯钛的力学性能影响很大。随着钛的纯度提高,钛的强度、硬度明显下降;故其特点是:化学稳定性好,但强度很低

    由于高纯度钛的强度较低,因此,它作为结构材料应用意义不大,故在工业中很少使用。目前在工业中广泛使用的是工业纯钛和钛合金

    工业纯钛

    TA1 
    TA2 
    TA3

    工业纯钛与化学纯钛不同之处是,它含有较多量的氮、碳及多种其他杂质元素(如铁、硅等),它实质上是一种低合金含量的钛合金。与化学纯钛相比,由于含有较多的杂质元素后其强度大大提高,它的力学性能和化学性能与不锈钢相似(但和钛合金比,强度仍然较低) 
    工业纯钛的特点是:强度不高,但塑性好,易于加工成形,冲压、焊接、可切削加工性能良好;在大气、海水、湿氯气及氧化性、中性、弱还原性介质中具有良好的耐蚀性,抗氧化性优于大多数奥氏体不锈钢;但耐热性较差,使用温度不宜太高 
    工业纯钛按其杂质含量的不同,分为TA1、TA2'>和TA3三个牌号。这三种工业纯钛的间隙杂质元素是逐渐增加的,故其机械强度和硬度也随之逐级增加,但塑性、韧性相应下降 
    工业上常用的工业纯钛是TA2'>,因其耐蚀性能和综合力学性能适中。对耐磨和强度要求较高时可采用TA3。对要求较好的成型性能时可用TA1

    主要用作工作温度350℃以下,受力不大但要求高塑性的冲压件和耐蚀结构零件,例如:飞机的骨架、蒙皮、发动机附件;船舶用耐海水腐蚀的管道、阀门、泵及水翼、海水淡化系统零部件,化工上的热交换器、泵体、蒸馏塔、冷却器、搅拌器、三通、叶轮、坚固件、离子泵、压缩机气阀以及柴油发动机活塞、连杆、叶簧等 
    TA1、TA2在铁量ω为0.095%、氧含量ω为0.08%、氢含量ω为0. 0009%、氮含量ω为0.0062%时,具有很好的低温韧性和高的低温强度,可用作-253℃以下的低温结构材料

    α型钛合金

    TA4

    '>这类合金在室温和使用温度下呈α型单相状态,不能热处理强化(退火是唯一的热处理形式),主要依靠固溶强化。室温强度一般低于β'>型和α+β型钛合金(但高于工业纯钛),而在高温(500-600℃)下的强度和蠕变强度却是三类钛合金中最高的;且组织稳定,抗氧化性和焊接性能好,耐蚀性和可切削加工性能也较好,但塑性低(热塑性仍然良好),室温冲压性能差。其中使用最广的是TA7,它在退火状态下具有中等强度和足够的塑性,焊接性良好,可在500℃以下使用;当其间隙杂质元素(氧、氢、氮等)含量极低时,在超低温时还具有良好的韧性和综合力学性能,是优良的超低温合金之一

    抗拉强度比工业纯钛稍高,可做中等强度范围的结构材料。国内主要用作焊丝

    TA5 
    TA6

    用于400℃以下在腐蚀介质中工作的零件及焊接件,如飞机蒙皮、骨架零件、压气机壳体、叶片、船舶零件等

    TA7

    500℃以下长期工作的结构件和各种模锻件,短时使用可到900℃。亦可用作超低温(-253℃)部件(如超低温用的容器)

    β型钛合金

    TB2

    这类合金的主要合金元素是钼、铬、钒等β稳定化元素在正火或淬火时很容易将高温β相保留到室温,获得介稳定的β单相组织,故称β型钛合金 β型钛合金可热处理强化,有较高的强度,焊接性能和压力加工性能良好;但性能不够稳定,熔炼工艺复杂,故应用不如α型,α+β型钛合金广泛

    在350℃以下工作的零件,主要用于制造各种整体热处理(固溶、时效)的板材冲压件和焊接件;如压气机叶片、轮盘、轴类等重载荷旋转件,以及飞机的构件等 TB2合金一般在固溶处理状态下交货,在固溶、时效后使用


    α+β型钛合金

    TC1 TC2

    这类合金在室温呈α+β型两相组织,因而得名为α+β型钛合金。
    它具有良好的综合力学性能,大都可热处理强化(但TC1、TC2、TC7不能热处理加工;
    室温强度高,150-500℃以下且有较好的耐热性,有的(如TC1、TC2、TC3、TC4)
    并有良好的低温韧性和良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀能力;缺点是组织不够稳定
    这类合金以TC4应用最为广泛,用量约占现有钛合金生产量的一半。该合金不仅具有良好的室温、
    高温和低温力学性能,且在多种介质中具有优异的耐蚀性,同时可焊接、冷热成形,并可通过热处理强化;
    因而在宇航、船舰、兵器以及化工等工业部门均获得广泛应用

    400℃以下工作的冲压件、焊接件以及模锻件和弯曲加工的各种零件。这两种合金还可用作低温结构材料

    TC3
    TC4

    400℃以下长期工作的零件,结构用的锻件,各种容器、泵、低温部件,船舰耐压壳体、坦克履带等。强度比TC2、2高

    TC6

    可在450℃以下使用,主要用作飞机发动机结构材料

    TC9

    500℃以下长期工作的零件,主要用在飞机喷气发动机的压气机盘和叶片上

    TC10

    450℃以下长期工作的零件,如飞机结构零件、起落支架、蜂窝联结件、导弹发动机外壳、武器结构件等

     

    加工钛及钛合金的热处理工艺参数(物理性质)

     

    牌号

    消除应力退火工艺①

    完全退火工艺②

    固溶处理工艺

    时效处理工艺

    温度/℃

    时间/min

    温度/℃

    时间/min

    温度/℃

    时间/min

    冷却方式

    温度/℃

    时间/min

    冷却方式

    TA1

    500-600

    15-60

    680-720

    30-120

    TA2

    500-600

    15-60

    680-720

    30-120

    TA3

    500-600

    15-60

    680-720

    30-120

    TA4

    550-650

    15-60

    700-750

    30-120

    TA5

    550-650

    15-60

    800-850

    30-120

    TA6

    550-650

    15-120

    750-800

    30-120

    TA7

    550-650

    15-120

    750-800

    30-120

    TB2

    480-650

    15-240

    800

    30

    800

    30

    水或空

    500

    8

    空 冷

    TC1

    550-650

    30-60

    700-750

    30-120

    TC2

    550-650

    30-60

    700-750

    30-120

    TC3

    550-650

    30-240

    700-800

    60-120

    820-920

    25-60

    水冷

    480-560

    4-8

    空 冷

    TC4

    550-650

    30-240

    700-800

    60-120

    850-950

    30-60

    水冷

    480-560

    4-8

    空 冷

    TC6

    550-650

    30-120

    750-850

    60-120

    860-900

    30-60

    水冷

    540-580

    4-12

    空 冷

    TC9

    550-650

    30-240

    600

    60

    900-950

    60-90

    水冷

    500-600

    2-6

    空 冷

    TC10

    550-650

    30-240

    760

    120

    850-900

    60-90

    水冷

    500-600

    4-12

    空 冷

     

    1.所有合金消除应力退火后一律采用空冷。
    2.产品使用前的退火可采用:950℃/1h,空冷或水冷;最终退火可采用;870℃/30min+650℃/60min,空冷:TC9最终退火可采用:930℃/30min,空冷+530℃/360min,空冷。

    加工钛及钛合金的锻造加热温度(物理性质)

     

    编号

    (α+β)/β相变点/℃

    铸锭

    变形坯料

    成品

    加热温度/℃

    终锻温度/≮℃

    加热温度/℃

    终锻温度/℃

    加热温度/℃

    终锻温度/≮℃

    TA1

    890-920

    1000-1020

    750

    900-950

    700

    850-880

    700

    TA2

    890-920

    1000-1020

    750

    900-950

    700

    850-880

    700

    TA3

    890-920

    1000-1020

    750

    900-950

    700

    850-880

    700

    TA4

    960-980

    1150

    850

    1030-1050

    800

    TA5

    980-1000

    1080-1150

    850

    1000-1050

    800

    TA6

    1000-1020

    1150-1200

    900

    1050-1100

    850

    980-1020

    800

    TA7

    1000-1020

    1150-1200

    900

    1050-1100

    850

    980-1020

    800

    TB2

    750

    1140-1160

    850

    1090-1100

    800

    990-1010

    800

    TC1

    910-930

    1000-1020

    750

    900-950

    750

    850-880

    750

    TC2

    920-940

    1000-1020

    800

    900-950

    800

    850-900

    750

    TC3

    960-970

    1100-1150

    850

    950-1050

    800

    950-970

    750

    TC4

    980-990

    1100-1150

    850

    960-1100

    800

    950-970

    750

    TC6

    950-980

    1150-1180

    850

    1000-1050

    800

    950-980

    800

    TC9

    1000-1020

    1140-1160

    850

    1050-1080

    800

    950-970

    800

    TC10

    935

    1100-1150

    800

    1000-1050

    800

    930-940

    800

     

    加工钛及钛合金的一般物理性能(参考数据)

     

    性能

    合金牌号

    TA1TA2TA3

    TA4

    TA5

    TA6

    TA7

    TB2

    TC1

    TC2

    TC3

    TC4

    TC6

    TC9

    TC10

    20℃密度γ/g/cm3

    4.5

    4.43

    4.40

    4.46

    4.81

    4.55

    4.55

    4.43

    4.45

    4.5

    4.52

    4.53

    熔点/℃

    1668

    --

    --

    --

    1538-1649

    --

    --

    1570-1640

    --

    1538-1649

    1620-1650

    --

    --

    比热容 c/(j/kg·K)

    20℃

    544

    --

    --

    --

    540

    540

    --

    --

    --

    --

    --

    --

    --

    100℃

    544

    --

    --

    586

    540

    540

    574

    --

    --

    678

    502

    544

    540

    200℃

    628

    --

    --

    670

    569

    553

    --

    565

    565

    691

    586

    --

    548

    300℃

    670

    --

    --

    712

    590

    569

    641

    628

    628

    703

    670

    --

    565

    400℃

    712

    --

    --

    796

    620

    636

    699

    670

    670

    741

    712

    --

    557

    500℃

    754

    --

    --

    879

    653

    599

    729①

    754

    712

    754

    796

    --

    528

    600℃

    837

    --

    --

    921

    691

    862

    --

    --

    --

    879

    --

    --

    --

    20℃电阻率ρ/10-6Ω·m

    0.47

    --

    1.26

    1.08

    1.38

    1.55

    --

    --

    1.42

    1.60

    1.36

    1.62

    1.87

    热导率λ/W/(m· K)

    20℃

    16.33

    10.47

    --

    7.54

    8.79

    --

    9.63

    9.63

    8.37

    5.44

    7.95

    7.54

    --

    100℃

    16.33

    12.14

    --

    8.79

    9.63

    12.14②

    10.47

    --

    8.79

    6.70

    8.79

    12.98

    --



    热导率λ/W/(m·K)

    200℃

    16.33

    --

    --

    10.05

    10.89

    12.56

    11.72

    11.30

    10.05

    8.79

    10.05

    11.30

    --

    300℃

    16.75

    --

    --

    11.72

    12.14

    12.98

    12.14

    12.14

    10.89

    10.47

    11.30

    12.14

    10.47

    400℃

    17.17

    --

    --

    13.40

    13.40

    16.33

    13.40

    13.40

    12.56

    12.56

    12.59

    12.98

    12.14

    500℃

    18.00

    --

    --

    15.07

    14.65

    17.58

    14.65

    14.65

    14.24

    14.24

    --

    13.40⑧

    13.40

    600℃

    --

    --

    --

    16.75

    15.91

    18.84

    16.33

    --

    15.49

    15.49

    --

    14.65⑨

    --

    线胀系统a1/(10-6/k)

    20-100℃

    8.0

    8.2

    9.28

    8.3

    9.36

    8.53

    8.0

    8.0

    --

    7.89

    8.60

    7.70

    9.45

    20-200℃

    8.6

    --

    9.53

    8.9③

    9.4

    9.34

    8.6

    8.6

    --

    9.01

    --

    8.90

    9.73

    20-300℃

    9.1

    --

    9.87

    9.5④

    9.5

    9.52

    9.1

    9.1

    --

    9.30

    --

    9.27

    9.97

    20-400℃

    9.25

    --

    10.08

    10.4⑤

    9.54

    9.79

    9.6

    9.6

    --

    9.24

    --

    9.64

    10.15

    20-500℃

    9.4

    --

    10.09

    10.6⑥

    9.68

    9.83

    9.6

    9.4

    --

    9.39

    11.60⑥

    9.85

    10.19

    20-600℃

    9.8

    --

    10.28

    10.8⑦

    9.86

    9.99

    --

    --

    --

    9.40

    --

    --

    10.21

    ①450℃ ②80℃ ③100-200℃ ④200-300℃ ⑤300-400℃ ⑥400-500℃ ⑦500-600℃ ⑧490℃ ⑨575℃。
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