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结构钛合金的性能特点

来源:钛棒,钛板,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-7-9 13:00:43
结构钛合金由于具有比强度高、高温性能好和耐蚀性好等特点,而广泛应用于航空航天工业、海洋工程、兵器制造、石油化工等许多方面。在应用中,航空工业用量居首位,以美国F—15飞机为例,主要用于制作机翼、水平尾、垂直尾、起落架和进气道等。另外,结构钛合金还可以做机翼骨架、机座、发动机舱等,在油管、铆钉、紧固件上的应用也在增加。它在航天工程上主要用作压力容器(储存压缩空气或液体推进剂)、星箭连接带、固体发动机壳体、各种蒙皮、构件和辐射冷却式喷管等。在舰船上的应用,前苏联1970年建造了1艘全钛壳体的核动力攻击潜艇,以后又建造了4艘,每艘用钛合金3500t。1982年制成“台风号”钛壳核潜艇,每艘用钛合金9000t。从而打破了只限于鱼雷发射筒、深潜器等用钛的局面。结构钛合金在常规兵器上用量不大,主要用于火炮、枪械和其他辅助装备上。
 
自60年代开始,钛合金在造船工业上得到应用。前苏联和美国都拥有自成系列的船用钛合金,如前苏联的48—T系列钛合金、48—T2、48—T3、48—T4、48—T5、48—T7等;美国船用钛合金有:Ti—5Al—2.5Sn,Ti—6Al—4V,Ti—6Al—6V—2Sn,Ti—8Al—1Mo—1V和Ti—6Al—2Nb—1Ta—0.8Mo等;中国船用钛合金始于60年代末期,用量较少,没有形成自己的船用钛合金系列。为适合设计者需要,结构钛合金按强度分类。根据材料的使用要求,对结构钛合金牌号进行选择时,必须考虑所需要的强度、成形种类、耐蚀性、焊接性和成本等因素。按强度可分为低强度(<750MPa)、中强度(750~1000MPa)和高强度(>1000MPa)3种,表中列出了最通用的各种强度范围的结构钛合金。
 
在低强度结构钛合金中,实用的主要是Ti—3Al—2.5V和Ti—2A1—1.5Mn等合金。在中强度结构钛合金中,实用的主要是Ti—5Al—4V和Ti—6Al—4V等合金。Ti—6Al—4V合金使用最广泛,用量也最大。需要中强度合金板时,选用Ti—5Al—4V,但冷成形性能差,需要进行热成形。高强度结构钛合金适合制作大截面锻件,如前翼横梁、纵梁、起落架等。这些部件都需要有高强度、高韧性、高淬透性等综合性能,因此,发展了高β稳定元素的α+β高强度合金和近β高强度合金。
 
由于α+β型结构钛合金在高强状态下,断裂韧性差,可淬透深度小,人们的注意力集中到研制β和近β型结构钛合金。近β型钛合金的特点是:它兼有亚稳定β型钛合金的高强度、高韧性和高淬透性,同时又兼有α+β型钛合金的拉伸延性和弹性模量,还具有热变形温度低、热变形抗力小等特性。该类合金的高强度、高韧性和高淬透性提高了结构件的结构效益和可靠性。早期研制的β型和近β型合金主要有:(1)美国的Ti—13V—11Cr—3Al、Ti—11.5Mo—6Zr—4.5Sn(βⅢ)和Ti—3Al—8V—6Cr—4Mo—4Zr(βC)等。(2)前苏联的Ti—3Al—7Mo—11Cr、Ti—3Al—5Mo—6V—11Cr和Ti—2Al—8.5Mo—8.5V—1.2Fe—1.2Cr等。(3)中国的Ti—5Mo—5V—8Cr—3Al、Ti—10Mo—8V—1Fe—3.5Al和Ti—4Al—7Mo—2Fe—1Zr等。70~90年代,各国主要研究开发了Ti—10V—2Fe—3Al、Ti—15V—3Al—3CI—3Sn、Ti—5Mo—5V—2Cr—3Al和Ti—5A1—5Mo—5V—1Fe—1Cr等。除Ti—15V—3Al—3Cr—3Sn为板材合金外,其余3种合金均为锻件合金。
 
中常温(—60~400℃)下作为承力构件使用的钛合金。主要为适应飞机机体结构件的需要发展起来的,随后扩大应用在火箭、卫星、兵器和舰船等领域。在飞机机体结构件上的应用始于1950年左右,50年来得到了迅速的发展。美国第三代超音速战斗机F—14、F—15和幻影—2000钛合金的用量占机体结构的20%~25%。美国新一代飞机F—22战斗机上钛合金占结构重量的31%。中国在歼击机机体上使用钛合金是在60年代,1983年把TC4钛合金模锻件用于飞机的重要结构件。90年代设计的新机种选用的钛合金牌号有TA6、TA7、TC1、TC3、TC4、TC6、TC11、ZT3和ZT4等合金。
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