钛合金的应用
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/04/24 08:45:31
钛合金的应用
钛合金的应用
钛合金的应用
自1795年发现钛至今已有200多年的历史,但是由于钛的熔点高、化学性质十分活泼,塑性良好的纯钛很难制取；钛锭的冶炼需在真空中进行；制造工艺复杂,从而使得钛及其合金长期不能广泛用于工业生产.从20世纪50年代开始,由于航空航天技术的迫切需要,钛工业得到了迅速的发展.现在,钛及钛合金不仅是航空航天工业中不可缺少的结构材料,在造船、化工、冶金、医疗等方面也获得了广泛的应用[1].
钛合金的应用决定于钛及钛合金的特点和对产品的要求.概括起来,钛及钛合金的特点有如下[1～4].
①钛的密度小、比强度高.钛的密度为4510kg／m^3,介于铝(2700kg／m^3)和铁(7600kg／m^3)之间.钛合金的比强度高于铝合金和钢.
②钛合金的工作温度范围较宽,低温钛合金在-253℃还能保持良好的塑性,而耐热钛合金的工作温度可达550℃左右,其耐热性明显高于铝合金和镁合金,如果克服了550℃以上的氧化污染问题,其使用温度还可能进一步提高.
③钛及钛合金还具有优良的抗蚀性,特别是在海水和海洋大气环境中抗蚀性极高,这使其在应用于舰艇和水上飞机上时具有很大的竞争优势；钛在各种浓度的硝酸、铬酸中都很稳定,温度升高,反应也慢.此外纯钛在碱溶液中和大多数有机酸和化合物中的抗蚀性也很高；而且,钛的腐蚀性能的突出特直是不发生居部腐蚀和晶间腐蚀,一般为均匀腐蚀.
④钛的化学活性很高,极易受氢、氧、氮的污染,难以冶炼和加工,使得生产成本较高.
⑤导热性差(只有铁的1／5,铝的1／3),摩擦系数大(0．42),抗磨性也较差,故在切削加工时,容易使工件及刀具温度升高,造成粘刀,降低刀具寿命,故切削加工性差.
⑥弹性模量低,影响构件的刚度,也使细长构件的使用受到限制,不过在某些情况下,也可利用钛的σs／E比值大的特点制作弹性元件.
目前钛合金的主要用途可大致分为三类,即喷气发动机、航空构架和工量
应用.
钛合金可分为两种主要类别：耐蚀合金和结构合金.耐蚀合金通常为单相.相并加有不多的固溶强化添加剂及.稳定元素,如钯和铝.这些合金用于化学、能源、造纸及食品加工工业以及生产高耐蚀性管材、热交换器、阀门外套及容器.除了极优越的耐蚀性外,单相.合金具有良好的焊接性能,易于加工制造,但强度相对较低.而结构合金可分为四种：近α合金、α+β合金、β合金以及钛铝金属间化合物[5].1954年Ti-6A1-4V被采用,这个合金很快成为迄今为止最重要的钛合金,因为它有极佳的综合力学性能及良好的加工能力.在由美国主要钛生产厂家供应的市场中,耐蚀合金占总产量的25％,Ti-6Al-4V为60％,余下的15％则为其他结构合金.钛合金能达到令人满意的综合力学性能,因而使它们成为许多航空航天及商业应用的备选材料.但是,由于钛合金零件价格昂贵,限制了它们的应用范围.
在美国,钛合金主要应用于宇航领域；在日本,大部分钛用于非航空航天方面.目前,全世界约有30多个国家从事钛合金的研究和开发,其中美、俄两国研究钛合金历史较长,实力最强.表9—2为世界各国钛的消费结构比较,从消费结构上看,美国、西欧和俄罗斯,钛材的60％～70％用于航空航天领域,民用工业相对较少,日本和中国则不同,民用工业领域里钛消费量约占85％—90％,航空航天领域约占10％～15％.
在每种市场中对钛合金产品的要求是基于特定用途的具体要求,例如,喷气式发动机的要求主要集中在高温抗拉强度、蠕变强度和高温下的稳定性,第二位的性能考虑则是疲劳强度和断裂韧性.航空构架则是要求高抗拉强度并结合有良好的疲劳强度和断裂韧性.制造构件的难易也是一个重要的考虑.工业应用则要求在各种介质中有良好的抗蚀性作为一基本考虑,并要求适当的强度、成形能力及相对于其他抗蚀合金有可以竞争的价格.