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TA12鈦合金參數性能
發布者:admin 發布時間:2016-08-15 7:11:36 閱讀:66

 基本簡介

合金元素根據它們對相變溫度的影響可分為三類:①穩定α相、提高相轉變溫度的元素為α穩定元素,有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素,它對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。②穩定β相、降低相變溫度的元素為β穩定元素,又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等;后者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。③對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。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對鈦合金有顯著強化效果,但卻使塑性下降。通常規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,鈦合金中溶解過多的氫會產生氫化物,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合金元素根據它們對相變溫度的影響可分為三類:①穩定α相、提高相轉變溫度的元素為α穩定元素,有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素,它對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。②穩定β相、降低相變溫度的元素為β穩定元素,又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等;后者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。③對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。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對鈦合金有顯著強化效果,但卻使塑性下降。通常規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,鈦合金中溶解過多的氫會產生氫化物,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。

性能特點

鈦是一種新型金屬,鈦的性能與所含碳、氮、氫、氧等雜質含量有關,最純的碘化鈦雜質含量不超過0.1%,但其強度低、塑性高。99.5%工業純鈦的性能為:密度ρ=4.5g/立方厘米,熔點為1725℃,導熱系數λ=15.24W/(m.K),抗拉強度σb=539MPa,伸長率δ=25%,斷面收縮率ψ=25%,彈性模量E=1.078×105MPa,硬度HB195。

強度高

鈦合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右,僅為鋼的60%,純鈦的強度才接近普通鋼的強度,一些高強度鈦合金超過了許多合金結構鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大于其他金屬結構材料,見表7-1,可制出單位強度高、剛性好、質輕的零、部件。目前飛機的發動機構件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。

熱強度高

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度,可在450~500℃的溫度下長期工作這兩類鈦合金在150℃~500℃范圍內仍有很高的比強度,而鋁合金在150℃時比強度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達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中工作,其抗蝕性遠優于不銹鋼;對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強;對堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優良的抗腐蝕能力。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質的抗蝕性差。

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構材料。

化學活性大

鈦的化學活性大,與大氣中O、N、H、CO、CO、水蒸氣、氨氣等產生強烈的化學反應。含碳量大于0.2%時,會在鈦合金中形成硬質TiC;溫度較高時,與N作用也會形成TiN硬質表層;在600℃以上時,鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層;氫含量上升,也會形成脆化層。吸收氣體而產生的硬脆表層深度可達0.1~0.15 mm,硬化程度為20%~30%。鈦的化學親和性也大,易與摩擦表面產生粘附現象 導熱系數小、彈性模量小

鈦的導熱系數λ=15.24W/(m.K)約為鎳的1/4,鐵的1/5,鋁的1/14,而各種鈦合金的導熱系數比鈦的導熱系數約下降50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2,故其剛性差、易變形,不宜制作細長桿和薄壁件,切削時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、粘結磨損。

主要用途

鈦合金具有強度高而密度又小,機械性能好,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。還有抗磨性差,生產工藝復雜。鈦的工業化生產是1948年開始的。航空工業發展的需要,使鈦工業以平均每年約 8%的增長速度發展。目前世界鈦合金加工材年產量已達4萬余噸,鈦合金牌號近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業純鈦(TA1、TA2和TA3)。

鈦合金主要用于制作飛機發動機壓氣機部件,其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。60年代中期,鈦及其合金已在一般工業中應用,用于制作電解工業的電極,發電站的冷凝器,石油精煉和海水淡化的加熱器以及環境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結構材料。此外還用于生產貯氫材料和形狀記憶合金等。

中國于1956年開始鈦和鈦合金研究;60年代中期開始鈦材的工業化生產并研制成TB2合金。

鈦合金是航空航天工業中使用的一種新的重要結構材料,比重、強度和使用溫度介于鋁和鋼之間,但比強度高并具有優異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。1950年美國首次在F-84戰斗轟炸機上用作后機身隔熱板、導風罩、機尾罩等非承力構件。60年代開始鈦合金的使用部位從后機身移向中機身、部分地代替結構鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構件。鈦合金在軍用飛機中的用量迅速增加,達到飛機結構重量的20%~25%。70年代起,民用機開始大量使用鈦合金,如波音747客機用鈦量達3640公斤以上。馬赫數小于 2.5的飛機用鈦主要是為了代替鋼,以減輕結構重量。又如,美國SR-71 高空高速偵察機(飛行馬赫數為3,飛行高度26212米),鈦占飛機結構重量的93%,號稱“全鈦”飛機。當航空發動機的推重比從4~6提高到8~10,壓氣機出口溫度相應地從200~300°C增加到500~600°C時,原來用鋁制造的低壓壓氣機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盤和葉片,以減輕結構重量。70年代,鈦合金在航空發動機中的用量一般占結構總重量的20%~30%,主要用于制造壓氣機部件,如鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、鑄鈦壓氣機機匣、中介機匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強度,耐腐蝕和耐低溫性能來制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構架和火箭殼體。人造地球衛星、登月艙、載人飛船和航天飛機 也都使用鈦合金板材焊接件。

利用鈦合金強度大、超級耐腐蝕的特點制成的高強度彈簧,已經廣泛運用于床墊等民用領域。通過在床墊彈簧中使用鈦合金技術的品牌,其中新型的鈦合金彈簧,能順應身體曲線,達到由軟至硬、由淺入深的獨特承托效果,輕松享受深度睡眠。并且,經兩次高溫定型處理,彈簧的彈性和回復力得到有效提升,耐用度增強。 因為床墊屬于耐用消費品,消費者購買后會不間斷使用數年甚至10年以上,而消費者睡眠中每一次翻身、起臥都是對彈簧的一次考驗及使用壽命的消耗。以單張床墊使用10年計算,單個彈簧的物理變形次數將超過10萬次。而高強度的鈦合金彈簧由于有著優良的抗屈服度物理性質,因此雖歷經長年使用卻依然能保持如初的狀態。 有的大品牌床墊采用了的鋼絲彈簧采用了數條優質的鋼絲屈繞而成,回彈力極強,比如美國本土制造的Simmons品牌獨立袋裝床墊,部分產品所用的鋼絲彈簧便是由數股細鋼絲屈繞而成的。

 
 

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