鈦合金科技名詞定義中文名稱：http://baike.baidu.com/view/64612.htm http://www.hudong.com/wiki/%E9%92%9B%E5%90%88%E9%87%91 鈦合金 英文名稱： titanium alloy 定義： 以鈦為基加入適量其他合金元素組成的合金,。耐海水腐蝕性優(yōu)異。 應(yīng)用學(xué)科： 航空科技（一級(jí)學(xué)科）,；航空材料（二級(jí)學(xué)科）
鈦合金 - 性能 鈦合金
(1)比強(qiáng)度高
鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右,，僅為鋼的60％，純鈦的強(qiáng)度接近普通鋼的強(qiáng)度,，一些高強(qiáng)度鈦合金超過(guò)了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度,。因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制出單位強(qiáng)度高,、剛性好,、質(zhì)輕的零、部件,。在飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件,、骨架、蒙皮,、緊固件及起落架等都使用鈦合金,。
(2)熱強(qiáng)度高
使用溫度比鋁合金高幾百度，在中等溫度下仍能保持所要求的強(qiáng)度,，可在450-500℃的溫度下長(zhǎng)期工作這兩類鈦合金在150℃-500℃范圍內(nèi)仍有很高的比強(qiáng)度,，而鋁合金在150℃時(shí)比強(qiáng)度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達(dá)500℃,，鋁合金則在200℃以下,。
 鈦合金
鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼,；對(duì)點(diǎn)蝕,、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng),；對(duì)堿,、氯化物、氯的有機(jī)物品,、硝酸,、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。但鈦對(duì)具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差,。
(4)低溫性能好
鈦合金在低溫和超低溫下,，仍能保持其力學(xué)性能。低溫性能好,，間隙元素極低的鈦合金,，如TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性,。因此，鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料,。
(5)化學(xué)活性大
鈦的化學(xué)活性大，與大氣中O,、N,、H、CO,、CO2,、水蒸氣、氨氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng),。含碳量大于0.2％時(shí),，會(huì)在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC；溫度較高時(shí),，與N作用也會(huì)形成TiN硬質(zhì)表層,；在600℃以上時(shí)，鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層,；氫含量上升,，也會(huì)形成脆化層。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達(dá)0.1-0.15mm,，硬化程度為20％～30％,。鈦的化學(xué)親和性也大，易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象,。
(6)導(dǎo)熱系數(shù)小,、彈性模量小
鈦的導(dǎo)熱系數(shù)λ=15.24W/（m.K）約為鎳的1/4，鐵的1/5,，鋁的1/14,，而各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約下降50％。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2,，故其剛性差,、易變形，不宜制作細(xì)長(zhǎng)桿和薄壁件,，切削時(shí)加工表面的回彈量很大,，約為不銹鋼的2～3倍，造成刀具后刀面的劇烈摩擦,、粘附,、粘結(jié)磨損。
鈦合金具有強(qiáng)度高而密度又小,，機(jī)械性能好,，韌性和抗蝕性能很好,。另外，鈦合金的工藝性能差,，切削加工困難,，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì),。還有抗磨性差,，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開(kāi)始的,。航空工業(yè)發(fā)展的需要,，使鈦工業(yè)以平均每年約8％的增長(zhǎng)速度發(fā)展。世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬(wàn)余噸,鈦合金牌號(hào)近30種,。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),，Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦（TA1、TA2和TA3）,。
鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件,，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件,。60年代中期,，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用，用于制作電解工業(yè)的電極,，發(fā)電站的冷凝器,，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料,。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等,。中國(guó)于1956年開(kāi)始鈦和鈦合金研究；60年代中期開(kāi)始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金,。
百科名片 鈦合金廣泛應(yīng)用于飛機(jī)制造 鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬,，鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好,、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域,。世界上許多國(guó)家都認(rèn)識(shí)到鈦合金材料的重要性，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開(kāi)發(fā),，并得到了實(shí)際應(yīng)用,。20世紀(jì)50～60年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)用的高溫鈦合金和機(jī)體用的結(jié)構(gòu)鈦合金,，70年代開(kāi)發(fā)出一批耐蝕鈦合金,，80年代以來(lái)，耐蝕鈦合金和高強(qiáng)鈦合金得到進(jìn)一步發(fā)展,。鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件,，其次為火箭,、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件 發(fā)展歷史 鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度高,、耐蝕性好,、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。世界上許多國(guó)家都認(rèn)識(shí)到鈦合金材料的重要性,，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開(kāi)發(fā),，并得到了實(shí)際應(yīng)用。 第一個(gè)實(shí)用的鈦合金是1954年美國(guó)研制成功的Ti-6Al-4V合金,，由于它的耐熱性、強(qiáng)度,、塑性,、韌性、成形性,、可焊性,、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業(yè)中的王牌合金,，該合金使用量已占全部鈦合金的75%～85%,。其他許多鈦合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。 20世紀(jì)50～60年代,，主要是發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)用的高溫鈦合金和機(jī)體用的結(jié)構(gòu)鈦合金,，70年代開(kāi)發(fā)出一批耐蝕鈦合金，80年代以來(lái),，耐蝕鈦合金和高強(qiáng)鈦合金得到進(jìn)一步發(fā)展,。耐熱鈦合金的使用溫度已從50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出現(xiàn),，使鈦在發(fā)動(dòng)機(jī)的使用部位正由發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端（風(fēng)扇和壓氣機(jī)）向發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端（渦輪）方向推進(jìn),。結(jié)構(gòu)鈦合金向高強(qiáng),、高塑,、高強(qiáng)高韌、高模量和高損傷容限方向發(fā)展,。 另外,，20世紀(jì)70年代以來(lái)，還出現(xiàn)了Ti-Ni,、Ti-Ni-Fe,、Ti-Ni-Nb等形狀記憶合金，并在工程上獲得日益廣泛的應(yīng)用,。 目前,，世界上已研制出的鈦合金有數(shù)百種,，最著名的合金有20～30種，如Ti-6Al-4V,、Ti-5Al-2.5Sn,、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo,、Ti-Mo-Ni,、Ti-Pd、SP-700,、Ti-6242,、Ti-10-5-3、Ti-1023,、BT9,、BT20、IMI829,、IMI834等[2,4],。 合金化鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質(zhì)異晶體：882℃以下為密排六方結(jié)構(gòu)α鈦,，882℃以上為體心立方的β鈦,。 合金元素根據(jù)它們對(duì)相變溫度的影響可分為三類： ①穩(wěn)定α相、提高相轉(zhuǎn)變溫度的元素為α穩(wěn)定元素,有鋁,、碳,、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素,，它對(duì)提高合金的常溫和高溫強(qiáng)度,、降低比重、增加彈性模量有明顯效果,。 ②穩(wěn)定β相,、降低相變溫度的元素為β穩(wěn)定元素，又可分同晶型和共析型二種,。  應(yīng)用了鈦合金的產(chǎn)品 前者有鉬,、鈮、釩等,；后者有鉻,、錳、銅,、鐵,、硅等。 ③對(duì)相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯,、錫等,。 氧、氮,、碳和氫是鈦合金的主要雜質(zhì),。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對(duì)鈦合金有顯著強(qiáng)化效果,但卻使塑性下降。通常規(guī)定鈦中氧和氮的含量分別在0.15～0.2%和0.04～0.05%以下,。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過(guò)多的氫會(huì)產(chǎn)生氫化物,，使合金變脆。通常鈦合金中氫含量控制在 0.015%以下,。氫在鈦中的溶解是可逆的,，可以用真空退火除去。 分類 誠(chéng)霖鈦合金制品 鈦是同素異構(gòu)體,，熔點(diǎn)為1668℃,，在低于882℃時(shí)呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱為α鈦,；在882℃以上呈體心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱為β鈦,。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn),，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪兀蛊湎嘧儨囟燃跋喾趾恐饾u改變而得到不同組織的鈦合金（titanium alloys）,。室溫下,，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類：α合金,(α+β)合金和β合金,。中國(guó)分別以TA,、TC、TB表示,。 鈦合金是以鈦為基加入其他元素組成的合金,。鈦有兩種同質(zhì)異晶體：鈦是同素異構(gòu)體，熔點(diǎn)為1720℃,，在低于882℃時(shí)呈密排六方晶格結(jié)構(gòu),，稱為α鈦；在882℃以上呈體心立方品格結(jié)構(gòu),，稱為β鈦,。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪?，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金（itaniumalloys）,。 α鈦合金它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實(shí)際應(yīng)用溫度下，均是α相,，組織穩(wěn)定,，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強(qiáng),。在500℃～600℃的溫度下,，仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,，室溫強(qiáng)度不高,。 β鈦合金它是β相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強(qiáng)度,，淬火,、時(shí)效后合金得到進(jìn)  鈦合金制匕首 一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá)1372～1666 MPa,；但熱穩(wěn)定性較差,，不宜在高溫下使用。 α+β鈦合金它是雙相合金,，具有良好的綜合性能,，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性,、塑性和高溫變形性能,，能較好地進(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火,、時(shí)效使合金強(qiáng)  鈦合金制武器 化,。熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高50%～100%；高溫強(qiáng)度高,，可在400℃～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作,，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。 三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金,；α鈦合金的切削加工性最好,，α+β鈦合金次之，β鈦合金最差,。α鈦合金代號(hào)為TA,，β鈦合金代號(hào)為TB，α+β鈦合金代號(hào)為TC,。 鈦合金按用途可分為耐熱合金,、高強(qiáng)合金、耐蝕合金（鈦-鉬,，鈦-鈀合金等）,、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等,。典型合金的成分和性能見(jiàn)表。 熱處理 鈦合金通過(guò)調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織,。一般認(rèn)為細(xì)小等軸組織具有較好的塑性,、熱穩(wěn)定性和疲勞強(qiáng)度；針狀組織具有較高的持久強(qiáng)度,、蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性,；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。 性能鈦是一種新型金屬,，鈦的性能與所含碳,、氮、氫,、氧等雜質(zhì)含量有關(guān),，最純的碘化鈦雜質(zhì)含量不超過(guò)0.1%，但其強(qiáng)度低,、塑性高,。99.5%工業(yè)純鈦的性能為：密度ρ=4.5g/cm3，熔點(diǎn)為172  矽鈦合金耐磨地坪 5℃,，導(dǎo)熱系數(shù)λ=15.24W/(m.K),，抗拉強(qiáng)度σb=539MPa，伸長(zhǎng)率δ=25%,，斷面收縮率ψ=25%,，彈性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195,。 強(qiáng)度高鈦合金的密度一般在4.51g/cm3左右，僅為鋼的60%,，純鈦的強(qiáng)度才接近普通鋼的強(qiáng)度,，一些高強(qiáng)度鈦合金超過(guò)了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料,，見(jiàn)表7-1,，可制出單位強(qiáng)度高、剛性好,、質(zhì)輕的零,、部件。目前飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件,、骨架,、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金,。 熱強(qiáng)度高使用溫度比鋁合金高幾百度,，在中等溫度下仍能保持所要求的強(qiáng)度,可在450～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作這兩類鈦合金在150℃～500℃范圍內(nèi)仍有很高的比強(qiáng)度，而鋁合金在150℃時(shí)比強(qiáng)度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達(dá)500℃,，鋁合金則在200℃以下,。 抗蝕性好鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼,；對(duì)點(diǎn)蝕,、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng),；對(duì)堿,、氯化物、氯的有機(jī)物品,、硝酸,、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。但鈦對(duì)具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差,。 低溫性能好鈦合金在低溫和超低溫下,，仍能保持其力學(xué)性能。低溫性能好,間隙元素極低的鈦合金,如TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性,。因此,，鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。 化學(xué)活性大鈦的化學(xué)活性大,，與大氣中O,、N、H,、CO,、CO2、水蒸氣,、氨氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng),。含碳量大于0.2%時(shí)，會(huì)在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC,；溫度較高時(shí),，與N作用也會(huì)形成TiN  鈦合金制品 硬質(zhì)表層；在600℃以上時(shí),，鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層,；氫含量上升，也會(huì)形成脆化層,。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達(dá)0.1～0.15 mm,，硬化程度為20%～30%。鈦的化學(xué)親和性也大,，易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象,。 導(dǎo)熱系數(shù)小,、彈性模量小鈦的導(dǎo)熱系數(shù)λ=15.24W/（m.K）約為鎳的1/4，鐵的1/5,，鋁的1/14,，而各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約下降50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2,，故其剛性差,、易變形，不宜制作細(xì)長(zhǎng)桿和薄壁件,，切削時(shí)加工表面的回彈量很大,，約為不銹鋼的2～3倍，造成刀具后刀面的劇烈摩擦,、粘附,、粘結(jié)磨損。 用途鈦合金具有強(qiáng)度高而密度又小,，機(jī)械性能好,，韌性和抗蝕性能很好。 另外,，鈦合金的工藝性能差,，切削加工困難，在熱加工中,，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì),。還有抗磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜,。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開(kāi)始的,。航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以平均每年約 8%的增長(zhǎng)速度發(fā)展,。目前世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬(wàn)余噸,鈦合金牌號(hào)近30種,。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦（TA1、TA2和TA3）,。 鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件,，其次為火箭,、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件,。 60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用,，用于制作電解工業(yè)的電極,，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等,。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料,。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等,。 中國(guó)于1956年開(kāi)始鈦和鈦合金研究；60年代中期開(kāi)始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金,。 鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料,，比重、強(qiáng)度和使用溫度介于鋁和鋼之間,，但比強(qiáng)度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能,。1950年美國(guó)首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機(jī)上用作后機(jī)身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩,、機(jī)尾罩等非承力構(gòu)件,。60年代開(kāi)始鈦合金的使用部位從后機(jī)身移向中機(jī)身、部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框,、梁,、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件。鈦合金在軍用飛機(jī)中的用量迅速增加,，達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20%～25%,。70年代起，民用機(jī)開(kāi)始大量使用鈦合金,，如波音747客機(jī)用鈦量達(dá)3640公斤以上,。馬赫數(shù)小于 2.5的飛機(jī)用鈦主要是為了代替鋼，以減輕結(jié)構(gòu)重量,。又如,，美國(guó)SR-71 高空高速偵察機(jī)(飛行馬赫數(shù)為3，飛行高度26212米),，鈦占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的93%,，號(hào)稱“全鈦”飛機(jī)。當(dāng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比從4～6提高到8～10,，壓氣機(jī)出口溫度相應(yīng)地從200～300°C增加到500～600°C時(shí),，原來(lái)用鋁制造的低壓壓氣機(jī)盤和葉片就必須改用鈦合金，或用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機(jī)盤和葉片,，以減輕結(jié)構(gòu)重量,。70年代，鈦合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的用量一般占結(jié)構(gòu)總重量的20%～30%,，主要用于制造壓氣機(jī)部件,，如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤和葉片,、鑄鈦壓氣機(jī)機(jī)匣,、中介機(jī)匣、軸承殼體等,。航天器主要利用鈦合金的高比強(qiáng)度,，耐腐蝕和耐低溫性能來(lái)制造各種壓力容器,、燃料貯箱、緊固件,、儀器綁帶,、構(gòu)架和火箭殼體。人造地球衛(wèi)星,、登月艙,、載人飛船和航天飛機(jī) 也都使用鈦合金板材焊接件。 熱處理常用的熱處理方法有退火,、固溶和時(shí)效處理,。退火是為了消除內(nèi)應(yīng)力、提高塑性和組織穩(wěn)定性,，以獲得較好的綜合性能,。通常α合金和（α+β）合金退火溫度選在（α+β）─→β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下120～200℃；固溶和時(shí)效處理是從高溫區(qū)快冷,以得到馬氏體α′相和亞穩(wěn)定的β相,然后在中溫區(qū)保溫使這些亞穩(wěn)定相分解,，得到α相或化合物等細(xì)小彌散的第二相質(zhì)點(diǎn),，達(dá)到使合金強(qiáng)化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)─→β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下40～100℃進(jìn)行,，亞穩(wěn)定β合金淬火在(α+β)─→β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上40～80℃進(jìn)行,。時(shí)效處理溫度一般為450～550℃。 總結(jié),，鈦合金的熱處理工藝可以歸納為： （1）消除應(yīng)力退火：目的是為消除或減少加工過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,。防止在一些腐蝕環(huán)境中的化學(xué)侵蝕和減少變形。 （2）完全退火：目的是為了獲得好的韌性,，改善加工性能,，有利于再加工以及提高尺寸和組織的穩(wěn)定性。 （3）固溶處理和時(shí)效：目的是為了提高其強(qiáng)度,，α鈦合金和穩(wěn)定的β鈦合金不能進(jìn)行強(qiáng)化熱處理,，在生產(chǎn)中只進(jìn)行退火。α+β鈦合金和含有少量α相的亞穩(wěn)β鈦合金可以通過(guò)固溶處理和時(shí)效使合金進(jìn)一步強(qiáng)化,。 此外,，為了滿足工件的特殊要求，工業(yè)上還采用雙重退火,、等溫退火,、β熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝,。 切削切削特點(diǎn)鈦合金的硬度大于HB350時(shí)切削加工特別困難,，小于HB300時(shí)則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象,，也難于切削,。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個(gè)方面,，關(guān)鍵在于鈦合金本身化學(xué)、物理,、力學(xué)性能間的綜合對(duì)其切削加工性的影響,。鈦合金有如下切削特點(diǎn)： (1)變形系數(shù)小：這是鈦合金切削加工的顯著特點(diǎn),，變形系數(shù)小于或接近于1,。切屑在前刀面上滑動(dòng)摩擦的路程大大增大，加速刀具磨損,。 (2)切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小(只相當(dāng)于45號(hào)鋼的1/5～1/7),，切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短，切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出,，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi),，切削溫度很高。在相同的切削條件下,，切削溫度可比切削45號(hào)鋼時(shí)高出一倍以上,。 (3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時(shí)約小20%，由于切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短,，單位接觸面積上的切削力大大增加,，容易造成崩刃。同時(shí),，由于鈦合金的彈性模量小,，加工時(shí)在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動(dòng),，加大刀具磨損并影響零件的精度,。因此，要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性,。 (4)冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重：由于鈦的化學(xué)活性大,，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮,；同時(shí)切削過(guò)程中的塑性變形也會(huì)造成表面硬化,。冷硬現(xiàn)象不僅會(huì)降低零件的疲勞強(qiáng)度，而且能加劇刀具磨損,，是切削鈦合金時(shí)的一個(gè)很重要特點(diǎn),。 (5)刀具易磨損：毛坯經(jīng)過(guò)沖壓、鍛造,、熱軋等方法加工后,，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現(xiàn)象,，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序,。另外,，由于鈦合金對(duì)刀具材料的化學(xué)親和性強(qiáng)，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下,，刀具很容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損,。車削鈦合金時(shí)，有時(shí)前刀面的磨損甚至比后刀面更為嚴(yán)重,；進(jìn)給量f<0.1 mm/r時(shí),，磨損主要發(fā)生在后刀面上；當(dāng)f>0.2 mm/r時(shí),，前刀面將出現(xiàn)磨損,；用硬質(zhì)合金刀具精車和半精車時(shí)，后刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適,。 在銑削加工中,，由于鈦合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，而且切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短,，切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出,，集中在切削變形區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi)，加工時(shí)切削刃刃口處會(huì)產(chǎn)生極高的切削溫度,，將大大縮短刀具壽命,。對(duì)于鈦合金Ti6Al4V來(lái)說(shuō)，在刀具強(qiáng)度和機(jī)床功率允許的條件下,，切削溫度的高低是影響刀具壽命的關(guān)鍵因素,，而并非切削力的大小。 刀具材料切削加工鈦合金應(yīng)從降低切削溫度和減少粘結(jié)兩方面出發(fā),，選用紅硬性好,、抗彎強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好,、與鈦合金親和性差的刀具材料,，YG類硬質(zhì)合金比較合適。由于高速鋼的耐熱性差,，因此應(yīng)盡量采用硬質(zhì)合金制作的刀具,。常用的硬質(zhì)合金刀具材料有YG8、YG3,、YG6X,、YG6A、813,、643,、YS2T和YD15等。 涂層刀片和YT類硬質(zhì)合金會(huì)與鈦合金產(chǎn)生劇烈的親和作用，加劇刀具的粘結(jié)磨損,，不宜用來(lái)切削鈦合金,；對(duì)于復(fù)雜、多刃刀具,，可選用高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo)、高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al,、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料,，適于制作切削鈦合金的鉆頭、鉸刀,、立銑刀,、拉刀、絲錐等刀具,。 采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金,，可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下,，切削速度可達(dá)200 m/min,；若不用切削液，在同等磨損量時(shí),，允許的切削速度僅為100m/min,。 注意事項(xiàng)在切削鈦合金的過(guò)程中，應(yīng)注意的事項(xiàng)有： (1)由于鈦合金的彈性模量小,，工件在加工中的夾緊變形和受力變形大,，會(huì)降低工件的加工精度；工件安裝時(shí)夾緊力不宜過(guò)大,，必要時(shí)可增加輔助支承,。 (2)如果使用含氫的切削液，切削過(guò)程中在高溫下將分解釋放出氫氣,，被鈦吸收引起氫脆,；也可能引起鈦合金高溫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。 (3)切削液中的氯化物使用時(shí)還可能分解或揮發(fā)有毒氣體,，使用時(shí)宜采取安全防護(hù)措施,，否則不應(yīng)使用；切削后應(yīng)及時(shí)用不含氯的清洗劑徹底清洗零件,，清除含氯殘留物,。 (4)禁止使用鉛或鋅基合金制作的工、夾具與鈦合金接觸,，銅,、錫、鎘及其合金也同樣禁止使用。 (5)與鈦合金接觸的所有工,、夾具或其他裝置都必須潔凈,；經(jīng)清洗過(guò)的鈦合金零件，要防止油脂或指印污染,，否則以后可能造成鹽(氯化鈉)的應(yīng)力腐蝕,。 (6)一般情況下切削加工鈦合金時(shí)，沒(méi)有發(fā)火危險(xiǎn),，只有在微量切削時(shí),，切下的細(xì)小切屑才有發(fā)火燃燒現(xiàn)象。為了避免火災(zāi),，除大量澆注切削液之外,，還應(yīng)防止切屑在機(jī)床上堆積，刀具用鈍后立即進(jìn)行更換,，或降低切削速度,，加大進(jìn)給量以加大切屑厚度。若一旦著火,，應(yīng)采用滑石粉,、石灰石粉末、干砂等滅火器材進(jìn)行撲滅,，嚴(yán)禁使用四氯化碳,、二氧化碳滅火器，也不能澆水,，因?yàn)樗芗铀偃紵?，甚至?dǎo)致氫爆炸。 新進(jìn)展近年來(lái),，各國(guó)正在開(kāi)發(fā)低成本和高性能的新型鈦合金,，努力使鈦合金進(jìn)入具有巨大市場(chǎng)潛力的民用工業(yè)領(lǐng)域陽(yáng)。國(guó)內(nèi)外鈦合金材料的研究新進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾方面,。 高溫鈦合金世界上第一個(gè)研制成功的高溫鈦合金是Ti-6Al-4V,，使用溫度為300-350℃。隨后相繼研制出使用溫度達(dá)400℃的IMI550,、BT3-1等合金,，以及使用溫度為450~500℃的IMI679、IMI685,、Ti-6246,、Ti-6242等合金。目前已成功地應(yīng)用在軍用和民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的新型高溫鈦合金有.英國(guó)的IMI829,、IMI834合金,；美國(guó)的Ti-1100合金,；俄羅斯的BT18Y、BT36合金等,。表7為部分國(guó)家新型高溫鈦合金的最高使用溫度[26],。 近幾年國(guó)外把采用快速凝固/粉末冶金技術(shù)、纖維或顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料研制鈦合金作為高溫鈦合金的發(fā)展方向,，使鈦合金的使用溫度可提高到650℃以上[1,27,29,31],。美國(guó)麥道公司采用快速凝固/粉末冶金技術(shù)戚功地研制出一種高純度、高致密性鈦合金,，在760℃下其強(qiáng)度相當(dāng)于目前室溫下使用的鈦合金強(qiáng)度[26],。 鈦鋁化合物為基的鈦合金與一般鈦合金相比，鈦鋁化合物為基鈉Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金屬間化合物的最大優(yōu)點(diǎn)是高溫性能好（最高使用溫度分別為816和982℃）,、抗氧化能力強(qiáng),、抗蠕變性能好和重量輕（密度僅為鎳基高溫合金的1/2）,，這些優(yōu)點(diǎn)使其成為未來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)及飛機(jī)結(jié)構(gòu)件最具競(jìng)爭(zhēng)力的材料[26],。 目前，已有兩個(gè)Ti3Al為基的鈦合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美國(guó)開(kāi)始批量生產(chǎn),。其他近年來(lái)發(fā)展的Ti3Al為基的鈦合金有Ti-24Al-11Nb,、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl（γ）為基的鈦合金受關(guān)注的成分范圍為Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.%）,，此處M為v,、Cr、Mn,、Nb,、Mn、Mo和W中的至少一種元素,。最近,，TiAl3為基的鈦合金開(kāi)始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金[1],。 高強(qiáng)高韌β型鈦合金β型鈦合金最早是20世紀(jì)50年代中期由美國(guó)Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）,。β型鈦合金具有良好的冷熱加工性能，易鍛造,，可軋制,、焊接，可通過(guò)固溶-時(shí)效處理獲得較高的機(jī)械性能,、良好的環(huán)境抗力及強(qiáng)度與斷裂韌性的很好配合,。新型高強(qiáng)高韌β型鈦合金最具代表性的有以下幾種[26,30]： Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），該合金與飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中常用的30CrMnSiA高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼性能相當(dāng),，具有優(yōu)異的鍛造性能,； Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn）,，該合金冷加工性能比工業(yè)純鈦還好，時(shí)效后的室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)1000MPa以上,； β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si）,，該合金是由美國(guó)鈦金屬公司Timet分部研制的一種新型抗氧化、超高強(qiáng)鈦合金,，具有良好的抗氧化性能,，冷熱加工性能優(yōu)良，可制成厚度為0.064mm的箔材,； 日本鋼管公司（NKK）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）鈦合金,，該合金強(qiáng)度高，超塑性延伸率高達(dá)2000%,，且超塑成形溫度比Ti-6Al-4V低140℃,，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-擴(kuò)散連接（SPF/DB）技術(shù)制造各種航空航天構(gòu)件； 俄羅斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al）,，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)1105MPA以上,。 阻燃鈦合金常規(guī)鈦合金在特定的條件下有燃烷的傾向，這在很大程度上限制了其應(yīng)用,。針對(duì)這種情況,，各國(guó)都展開(kāi)了對(duì)阻燃鈦合金的研究并取得一定突破。羌國(guó)研制出的Alloy c（也稱為Ti-1720）,，名義成分為50Ti-35v-15Cr（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）,，是一種對(duì)持續(xù)燃燒不敏感的阻燃鈦合金，己用于F119發(fā)動(dòng)機(jī),。BTT-1和BTT-3為俄羅斯研制的阻燃鈦合金,，均為Ti-Cu-Al系合金，具有相當(dāng)好的熱變形工藝性能,，可用其制成復(fù)雜的零件[26],。 醫(yī)用鈦合金鈦無(wú)毒、質(zhì)輕,、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的生物相容性,，是非常理想的醫(yī)用金屬材料，可用作植入人體的植入物等,。目前,，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者會(huì)析出極微量的釩和鋁離子,，降低了其細(xì)胞適應(yīng)性且有可能對(duì)人體造成危害,，這一問(wèn)題早已引起醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注。美國(guó)早在20世紀(jì)80年代中期便開(kāi)始研制無(wú)鋁,、無(wú)釩,、具有生物相容性的鈦合金,，將其用于矯形術(shù)。日本,、英國(guó)等也在該方面做了大量的研究工作,，并取得一些新的進(jìn)展。例如,，日本已開(kāi)發(fā)出一系列具有優(yōu)良生物相容性的α+β鈦合金,，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N,、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20,，這些合金的腐蝕強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能均優(yōu)于Ti-6Al-4v ELI,。與α+β鈦合金相比,，β鈦合金具有更高的強(qiáng)度水乎，以及更好的切口性能和韌性,，更適于作為植入物植入人體,。在美國(guó)，已有5種β鈦合金被推薦至醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）,、Ti-13Nb-13Zr,、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）,、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估計(jì)在不久的將來(lái),，此類具有高強(qiáng)度,、低彈性模量以及優(yōu)異成形性和抗腐蝕性能的廬鈦合金很有可能取代目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。
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