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結構鈦合金的性能特點

來源:鈦棒,鈦板,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-7-9 13:00:43
結構鈦合金由于具有比強度高、高溫性能好和耐蝕性好等特點,而廣泛應用于航空航天工業、海洋工程、兵器制造、石油化工等許多方面。在應用中,航空工業用量居首位,以美國F—15飛機為例,主要用于制作機翼、水平尾、垂直尾、起落架和進氣道等。另外,結構鈦合金還可以做機翼骨架、機座、發動機艙等,在油管、鉚釘、緊固件上的應用也在增加。它在航天工程上主要用作壓力容器(儲存壓縮空氣或液體推進劑)、星箭連接帶、固體發動機殼體、各種蒙皮、構件和輻射冷卻式噴管等。在艦船上的應用,前蘇聯1970年建造了1艘全鈦殼體的核動力攻擊潛艇,以后又建造了4艘,每艘用鈦合金3500t。1982年制成“臺風號”鈦殼核潛艇,每艘用鈦合金9000t。從而打破了只限于魚雷發射筒、深潛器等用鈦的局面。結構鈦合金在常規兵器上用量不大,主要用于火炮、槍械和其他輔助裝備上。
 
自60年代開始,鈦合金在造船工業上得到應用。前蘇聯和美國都擁有自成系列的船用鈦合金,如前蘇聯的48—T系列鈦合金、48—T2、48—T3、48—T4、48—T5、48—T7等;美國船用鈦合金有:Ti—5Al—2.5Sn,Ti—6Al—4V,Ti—6Al—6V—2Sn,Ti—8Al—1Mo—1V和Ti—6Al—2Nb—1Ta—0.8Mo等;中國船用鈦合金始于60年代末期,用量較少,沒有形成自己的船用鈦合金系列。為適合設計者需要,結構鈦合金按強度分類。根據材料的使用要求,對結構鈦合金牌號進行選擇時,必須考慮所需要的強度、成形種類、耐蝕性、焊接性和成本等因素。按強度可分為低強度(<750MPa)、中強度(750~1000MPa)和高強度(>1000MPa)3種,表中列出了最通用的各種強度范圍的結構鈦合金。
 
在低強度結構鈦合金中,實用的主要是Ti—3Al—2.5V和Ti—2A1—1.5Mn等合金。在中強度結構鈦合金中,實用的主要是Ti—5Al—4V和Ti—6Al—4V等合金。Ti—6Al—4V合金使用最廣泛,用量也最大。需要中強度合金板時,選用Ti—5Al—4V,但冷成形性能差,需要進行熱成形。高強度結構鈦合金適合制作大截面鍛件,如前翼橫梁、縱梁、起落架等。這些部件都需要有高強度、高韌性、高淬透性等綜合性能,因此,發展了高β穩定元素的α+β高強度合金和近β高強度合金。
 
由于α+β型結構鈦合金在高強狀態下,斷裂韌性差,可淬透深度小,人們的注意力集中到研制β和近β型結構鈦合金。近β型鈦合金的特點是:它兼有亞穩定β型鈦合金的高強度、高韌性和高淬透性,同時又兼有α+β型鈦合金的拉伸延性和彈性模量,還具有熱變形溫度低、熱變形抗力小等特性。該類合金的高強度、高韌性和高淬透性提高了結構件的結構效益和可靠性。早期研制的β型和近β型合金主要有:(1)美國的Ti—13V—11Cr—3Al、Ti—11.5Mo—6Zr—4.5Sn(βⅢ)和Ti—3Al—8V—6Cr—4Mo—4Zr(βC)等。(2)前蘇聯的Ti—3Al—7Mo—11Cr、Ti—3Al—5Mo—6V—11Cr和Ti—2Al—8.5Mo—8.5V—1.2Fe—1.2Cr等。(3)中國的Ti—5Mo—5V—8Cr—3Al、Ti—10Mo—8V—1Fe—3.5Al和Ti—4Al—7Mo—2Fe—1Zr等。70~90年代,各國主要研究開發了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為板材合金外,其余3種合金均為鍛件合金。
 
中常溫(—60~400℃)下作為承力構件使用的鈦合金。主要為適應飛機機體結構件的需要發展起來的,隨后擴大應用在火箭、衛星、兵器和艦船等領域。在飛機機體結構件上的應用始于1950年左右,50年來得到了迅速的發展。美國第三代超音速戰斗機F—14、F—15和幻影—2000鈦合金的用量占機體結構的20%~25%。美國新一代飛機F—22戰斗機上鈦合金占結構重量的31%。中國在殲擊機機體上使用鈦合金是在60年代,1983年把TC4鈦合金模鍛件用于飛機的重要結構件。90年代設計的新機種選用的鈦合金牌號有TA6、TA7、TC1、TC3、TC4、TC6、TC11、ZT3和ZT4等合金。
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