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钛合金188搏金宝

什么是钛合金?188搏金宝

钛合金是指由钛和其188搏金宝他金属制成的各种合金金属。钛是20世纪50年代发展起来的重要结构金属。钛合金强度高,耐腐188搏金宝蚀性好,耐热性高。从20世纪50年代到60年代,主要重点是航空发动机高温钛合金和机身结构钛合金的发展。188搏金宝

20世纪70年代,人们研制出了许多耐腐蚀钛合金。188搏金宝20世纪80年代以来,耐腐蚀钛合金和高强度钛合金得到了进一步的发展。188搏金宝钛合金主要用于生产188搏金宝飞机发动机压气机部件,其次是火箭、导弹和高速飞机的结构件

钛合金的发展历史188搏金宝

钛是20世纪50年代发展起来的重要结构金属。钛合金因其强度高、188搏金宝耐腐蚀性能好、耐热性高而被广泛应用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,对其进行了研究开发,并得到了实际应用。188搏金宝
第一种实用的钛合金是美国在1954年成功研制的Ti-6Al188搏金宝-4V合金。由于其耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、焊接性、耐腐蚀性和生物相容性。它更好,已经成为钛合金行业的旗舰合金,这种合金的使用量已经占到所有钛合金的75% - 85188搏金宝%。许多其他钛合金可以看作是Ti-6Al-4188搏金宝V合金的改性。

在20世纪50年代和60年代,主要的重点是发展用于航空发动机的高温钛合金和用于机体的结构钛合金。188搏金宝20世纪70年代,研制出了一批耐腐蚀钛合金。188搏金宝20世纪80年代以来,耐腐蚀钛合金和高强度钛合金得到了进一步的发展。188搏金宝的发展。耐热钛合金的使用温度从20世纪50年代的400℃上升到90年代的600 ~ 650℃。188搏金宝A2 (Ti3Al)和r (TiAl)基合金的出现,使得钛在发动机使用部分从发动机冷端(风扇和188搏金宝压气机)推向发动机热端(涡轮)。结构钛合金正朝着高强、高塑性、高强、高韧188搏金宝、高模量、高损伤容限的方向发展。

此外,自20世纪70年代以来,还出现了Ti-Ni、Ti-Ni- fe、Ti-Ni- n188搏金宝b等形状记忆合金,并越来越多地应用于工程中。

世界上研制的钛合金有数百种,最著名的有20-30种,如Ti- 188搏金宝6al - 4v、Ti- 5al -2.5 sn、Ti- 2al -2.5 zr、Ti- 32mo、Ti- Mo-Ni、Ti- pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。

据相关统计,2012年我国化工行业用钛量达2.5万吨,较2011年有所下降。这是自2009年以来,我国化工钛市场首次出现负增长。近年来,化工行业一直是钛加工材料的最大用户,其消费量一直保持在钛材料总消费量的50%以上,2011年占比高达55%。但随着经济下滑,化工行业不仅新开工项目大幅减少,还将面临产业结构调整。

控制部分产品新增产能,淘汰落后产能。受此影响,钛加工材料的收缩量也成为理所当然的事情。此前,有业内人士预测,2013年至2015年,化工行业使用的钛量将达到峰值。从目前的市场表现来看,2012年整体经济疲软或将推动化学钛的下滑。

钛合金的合成原理188搏金宝

钛合金是以钛为基础188搏金宝加入其他元素的合金。钛有两种同构晶体:882°C以下的致密六边形α钛和882°C以上的体心立方β钛。

188搏金宝合金元素按其对相变温度的影响可分为三类:

  • ①稳定α相和提高相变温度的元素是α稳定元素,如铝、碳、氧和氮。其中,铝是钛合金的主要合金元素,对提高钛合金的常温和高温强度、降低188搏金宝比重、增加弹性模量有明显的作用。
  • ②稳定β相并降低相变温度的元素为β-稳定元素,可分为同构和共析两种类型。前者包括钼、铌、钒等;后者包括铬、锰、铜、铁、硅等。
  • ③对相变温度影响较小的元素为中性元素,如锆和锡。
    氧、氮、碳、氢是钛合金中的主要杂质。188搏金宝氧和氮在α相中的溶解度较大,α相对钛合金有显著的强化作用,但降低了钛合金的塑性。188搏金宝通常规定钛中的氧和氮含量分别为0.15 ~ 0.2%和0.04 ~ 0.05%或以下。氢在α相中的溶解度很小,过多的氢溶解在钛合金中会产生氢化物,使钛合金脆性。188搏金宝钛合金中氢含量一般控制在0.015%以下。188搏金宝氢在钛中的溶解是可逆的,可以通过真空退火去除。

钛合金的性能188搏金宝

钛是一种新型金属。钛的性能与碳、氮、氢、氧等杂质的含量有关。最纯净的碘化钛杂质含量不超过0.1%,但强度低,塑性高。99.5%工业纯钛的性能为:密度ρ=4.5g/cm3,熔点1725℃,热导率λ=15.24W/(mK),抗拉强度σb=539MPa,伸长率δ=25%,截面收缩率ψ=25%,弹性模量E=1.078×105MPa,硬度HB195。

高强度

钛合金的密度一般在4.51g/cm3左右,只有钢188搏金宝的60%。一些高强度钛合金的强度超过许多合金结构钢的强度。188搏金宝因此,钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料,可以生产出单位强度高、刚性好、重量轻的零件。188搏金宝飞机的发动机部件、骨架、外壳、紧固件和起落架都使用钛合金。188搏金宝

热强度高

使用温度比铝合金高几百度。24小时在线娱乐!188搏金宝在中等温度下仍能保持所需强度。可在450~500℃温度下长期工作。这两种钛合金在150℃~500℃的范围内仍然很高。188搏金宝比强度,而铝合金的比强度在150℃时显著降低。24小时在线娱乐!188搏金宝钛合金的工作温度可达500℃,而铝合金的工作温度在200℃以下。24小时在线娱乐!188搏金宝

良好的耐蚀性

钛合金在潮湿的大气188搏金宝和海水介质中工作,其耐腐蚀性远远优于不锈钢;特别耐点腐蚀、酸腐蚀、应力腐蚀;耐碱、氯化物、含氯有机物、硝酸、硫酸,具有优良的耐腐蚀性能。但钛对还原性氧和铬盐介质的耐蚀性较差。

低温性能好

钛合金在低温和超低188搏金宝温下仍能保持其力学性能。钛合金具有良好的低188搏金宝温性能和极低的间隙元素,如TA7,在-253℃时能保持一定的塑性。因此,钛合金也是一种重要的低温结构材料。188搏金宝

化学活性高

钛具有较高的化学活性,与大气中的O2、N2、H2、CO、CO2、水蒸气、氨等产生强烈的化学反应。当含碳量大于0.2%时,会在钛合金中形成硬质TiC;188搏金宝当温度较高时,它与N相互作用时也会形成坚硬的TiN表面层;当温度高于600℃时,钛吸氧形成硬度较高的硬化层;当含氢量增加时,也会形成脆性层。吸收气体产生的硬脆面层深度可达0.1~0.15 mm,硬化程度为20%~30%。钛还具有较高的化学亲和力,容易粘附在摩擦表面。

导热系数小

λ=15.24W/(m·K)钛的热导率约为镍的1/4,铁的1/5,铝的1/14。各种钛合金的热导率比钛低50左右。188搏金宝%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2,硬度差,易变形。188搏金宝不适合制造细长杆件和薄壁件。加工表面在切削过程中的回弹量很大,约为不锈钢的2~3。次,造成严重的摩擦,粘附,和粘着磨损的工具的侧面。

钛合金的分类188搏金宝

钛是一种同素异形体,熔点为1668℃。当温度低于882℃时,形成致密的六边形晶格结构,称为α钛;高于882°C时,它具有体心立方晶格结构,称为β钛。利用上述两种结构钛合金的不同特点,添加适当的合金元素,逐步改变相变温度和相含量,得到不同结构的钛合金。188搏金宝在室温下,钛合金有三种基体结构,钛合金分为以下三类:α合金、188搏金宝(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC和TB为代表。

α钛合金188搏金宝

它是一种由α相固溶体组成的单相合金。188搏金宝无论是常温还是较高的实际应用温度,均为α相,结构稳定,耐磨性高于纯钛,抗氧化能力强。在500°C ~ 600°C的温度下,仍然保持其强度和抗蠕变能力,但不能通过热处理进行强化,室温强度不高。

β钛合金188搏金宝

它是一种由β相固溶体组成的单相合金。188搏金宝不经热处理,强度高。淬火时效后,合金进一步强化。188搏金宝室温强度可达1372 ~ 1666 MPa;但热稳定性差,不适合在高温下使用。

α+β钛合金188搏金宝

它是一种综合性能良好的双相合金,具有良188搏金宝好的组织稳定性,良好的韧性、塑性和高温变形性能,可进行良好的热压加工,可淬火和时效强化合金。热处理后的强度比退火态提高50% ~ 100%左右;高温强度高,能在400℃~500℃的温度下长期工作,热稳定性低于α钛合金。188搏金宝
三种钛合金中最常用的是α钛合金和α + β钛合金;188搏金宝α钛合金的切削加工性最188搏金宝好,α + β钛合金次之,β钛合金最差。α钛合金代号为TA, β钛合金代号为T188搏金宝B, α + β钛合金代号为TC。
钛合金可分为耐热合188搏金宝金、高强合金、耐腐蚀合金(钛钼、钛钯合金等)、低温合金、特殊功能合金(钛铁贮氢材料和钛镍记忆合金)等。
热处理:通过调整热处理工艺,钛合金可以获得不同的相188搏金宝组成和组织。一般认为小等轴结构具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度;针状结构具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性;等轴针状混合结构具有较好的综合性能。

钛合金的用途188搏金宝

钛合金具有强度高、188搏金宝密度低、力学性能好、韧性好、耐腐蚀等特点。此外,钛合金加工性能差,切削难度大。188搏金宝在热加工中,它很容易吸收氢、氧、氮、碳等杂质。耐磨性差,生产工艺复杂。钛的工业生产始于1948年。航空工业的发展要求钛工业以年均8%左右的速度发展。全球钛合金加工材料年产量已达4万吨以上,拥有近30种钛合金牌号。188搏金宝应用最广泛的钛合金有Ti-6Al-4V (TC4)、Ti-5188搏金宝Al-2.5Sn (TA7)和工业纯钛(TA1、TA2和TA3)。

钛合金主要用于生产188搏金宝飞机发动机压气机部件,其次是火箭、导弹和高速飞机的结构件。20世纪60年代中期,钛及其合金在一般工业中被用于制造电解工业的电极、188搏金宝发电站的冷凝器、石油炼制和海水淡化用的加热器以及环境污染控制装置。钛及其合金已成为一种耐腐蚀的结构材188搏金宝料。此外,它还用于氢储存材料和形状记忆合金的生产。188搏金宝

中国从1956年开始研究钛及钛合金;188搏金宝20世纪60年代中期,钛材料开始工业化生产,并发展为TB2合金。188搏金宝

钛合金是航空航天工188搏金宝业中一种重要的新型结构材料。它的比重、强度和使用温度介于铝和钢之间,但比铝和钢更强,具有优良的耐海水腐蚀和超低温性能。1950年,美国首次在F-84战斗机上使用了它,作为后机身防热罩、挡风板、尾翼等非承重部件。从20世纪60年代开始,钛合金的使用从后机身转移到中机身,部分取代结构钢来188搏金宝制造重要的承重部件,如舱壁、横梁和襟翼滑道。军用飞机中使用的钛合金数量迅速增加,达到飞机结188搏金宝构重量的20% ~ 25%。从20世纪70年代开始,民用飞机开始大量使用钛合金。188搏金宝

例如,波音747客机使用了超过3640公斤的钛。马赫数大于2.5的飞机用钛代替钢来减轻结构重量。再如美国SR-71高空高速侦察机(飞行马赫数3,飞行高度26212米),钛占飞机结构重量的93%,所谓“全钛”飞机。当航空发动机推重比从4-6增加到8-10,压气机出口温度从200-300℃增加到500-600℃时,必须将原来用铝制造的低压压气机盘和叶片改为钛合金,或者用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片,以减轻结构重量。188搏金宝在20世纪70年代,航空发动机中使用的钛合金量一般占结构总重量的20% ~188搏金宝 30%。主要用于制造压缩机部件,如锻造钛合金风扇、压缩机盘叶、铸造钛合金压缩机壳体、中间体等。外壳、轴承座等。该航天器主要利用钛合金的高比强度、耐腐蚀、耐低温特性,制造各种压力容器、燃料箱、紧固件、仪表带、机架和火箭壳体。188搏金宝人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机的部件也采用钛合金薄板焊接。188搏金宝

钛合金的热处理188搏金宝

常用的热处理方法有退火、固溶和时效处理。退火是为了消除内应力,提高塑性和结构稳定性,获得更好的整体性能。通常α合金和(α+β)合金的退火温度选择在(α+β)以下120~200℃─→β188搏金宝相变点;固溶时效处理是从高温区快速冷却得到马氏体α′相和偏稳β相,然后在中温区保温分解这些偏稳相,得到α相或化合物等细小分散的第二相颗粒,以达到强化合金的目的。188搏金宝(α+β)合金通常在(α+β188搏金宝)─→β相变点以下40~100℃淬火,亚稳β合金在(α+β)─→β相变点以下40~80℃淬火。得到。时效处理温度一般为450 ~ 550℃。

综上所述,钛合金的热处理工艺可以总结为:188搏金宝

  • 消除应力退火:目的是消除或减少加工过程中产生的残余应力。在某些腐蚀性环境中,防止化学腐蚀和减少变形。
  • 完全退火:目的是获得良好的韧性,提高加工性能,便于再加工,增加尺寸和组织的稳定性。
  • 固溶处理和老化:目的是提高其强度。α钛合金和稳定的β钛合188搏金宝金不能进行强化热处理,生产中只进行退火处理。α+β钛合金和含少量α相的188搏金宝亚稳β钛合金通过固溶时效可进一步强化合金。
    此外,为了满足工件的特殊要求,行业还采用了双重退火、等温退火、β热处理、热机械热处理等金属热处理工艺。

钛合金的切割188搏金宝

切削特点

当钛合金硬度大于HB350时,切割特别困难,当硬度小于HB3188搏金宝00时,容易出现粘接现象,切割困难。但钛合金的硬度只是切削难度的一个方面。188搏金宝其关键在于钛合金的化学性能、物理性能和机械性能三者的结合对其可加工性的影响。188搏金宝钛合金具有以下切削188搏金宝特性:

  • 变形系数小:这是钛合金切削加工的一个显著特点,变形系数小于或接近1。188搏金宝切削齿在前刀面上的滑动摩擦距离大大增加,加速了刀具的磨损。
  • 切削温度高:由于钛合金的导热系数很小(仅相当于45钢的1/5 ~ 1/7),切屑与前刀面的接触长度极短,切削过程中产生的热量不易传递,集中在切188搏金宝削区和切削刃附近的小区域,切削温度很高。在相同切削条件下,切削温度可达到切削45号钢时的两倍以上。
  • 单位面积切削力大:主切削力比切割钢材时小20%左右。由于切屑与前刀面的接触长度极短,单位接触面积的切削力大大增加,容易产生切屑。同时,由于钛合金弹性模量较小,在加工过程中容易在径向力的作用下发生弯曲变形,造成振动,增加刀具磨损,影响零件精度。188搏金宝因此,要求工艺系统具有良好的刚性。
  • 冷却现象严重:由于钛具有较高的化学活性,在较高的切削温度下容易吸收空气中的氧、氮形成坚硬脆皮;同时,切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷却现象不仅降低了零件的疲劳强度,而且加剧了刀具的磨损,这是切削钛合金时一个非常重要的特征。188搏金宝
  • 刀具易磨损:毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后,会形成硬脆不平的皮,非常容易造成切屑,使硬质皮的去除成为钛合金加工中最难的工序。188搏金宝此外,由于钛合金对刀具材料具有较强的化学亲和性,在较高的切削温度和单位面积切削力的条件下,刀具容易发生粘结磨损。188搏金宝车削钛合金时,前刀面的磨损有时比后刀面的磨损188搏金宝更严重;当进给速度f<0.1 mm/r时,磨损主要发生在侧面;当f>0.2 mm/r时,刀面将被磨损;使用硬质合金刀具进行精车削和半精加工时,后刀面的VBmax磨损量应小于0.4 mm。

铣削过程中,由于钛合金材料导热系数低,切屑与前刀面的接触长度极短,切削过程中产生的热量不易传递,集中在切削变形区和切削刃附近的小范围内。188搏金宝在加工过程中,刃口会产生极高的切削温度,使刀具寿命大大缩短。对于钛合金Ti6Al4V,在刀具强188搏金宝度和机床功率允许的条件下,切削温度是影响刀具寿命的关键因素,而不是切削力的大小。

工具材料

切削钛合金要从降低切削温度和降低附188搏金宝着两个方面入手。选择红硬度好、抗弯强度高、导热性好、与钛合金亲和力差的刀具材料。188搏金宝YG硬质合金更合适。由于高速钢耐热性较差,应尽量使用硬质合金制造的工具。常用的硬质合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T、YD15等。
涂层刀片和yt型硬质合金与钛合金有强烈的亲和力,会加剧刀具的结合和磨损,不适合切削钛合金。188搏金宝对于复杂多刃刀具,高钒高速钢(如W12Cr4V4Mo))、高钴高速钢(如W2Mo9Cr4VCo8)或铝高速钢(如W6Mo5Cr4V2Al, M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料,适合制作钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、丝锥等切削钛合金的刀具。188搏金宝
使用金刚石和立方氮化硼作为切削钛合金的工具可以取得显著的效果。188搏金宝如使用天然金刚石刀具进行乳化液冷却时,切削速度可达200 m/min;如果不使用切削液,在同等磨损量下,允许切削速度仅为100 m/min。

预防措施

在切削钛合金的过程中,应注意的事项有:188搏金宝

  • 由于钛合金弹性模量较小,加工过程中工件的夹紧变形和受力变形会降低工件的加工精度;188搏金宝工件安装时夹紧力不宜过大,必要时可加辅助支架。
  • 如果使用含氢的切削液,切削过程中会在高温下分解释放氢气,氢气会被钛吸收,造成氢脆;还可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。188搏金宝
  • 切削液中的氯化物在使用过程中也可能分解或挥发有毒气体。使用时应采取安全防护措施,否则不得使用;切割后应及时用无氯清洗剂彻底清洗零件,清除残留氯的东西。
  • 禁止使用铅基或锌基合金制造与钛合金接触的工具和夹具。188搏金宝铜、锡、镉及其合金也被禁止使用。188搏金宝
  • 所有与钛合金接触的工具、夹具或其他设备必须清洁;188搏金宝清洗后的钛合金零件应防止被油脂或指纹污染,188搏金宝否则将来可能造成盐(氯化钠)应力腐蚀。
  • 一般情况下,切削钛合金时不存在着火危险。188搏金宝只有在微切割时,切下的小碎片才会点燃燃烧。为了避免发生火灾,除了要浇注大量切削液外,还要防止切屑在机床上堆积。刀具钝化后应立即更换,或降低切削速度,增加进给速度以增加切屑厚度。如遇火灾,应使用滑石粉、石灰石粉、干沙等灭火设备灭火。严禁使用四氯化碳和二氧化碳灭火器,严禁浇水,因为水会加速燃烧,甚至引起氢气爆炸。

还原和酸洗

在热处理中间和热处理后,大部分的表面处理都需要去除金属表面的氧化皮和各种污染物,降低裸金属表面的活性,并在钛及其合金表面涂上保护层和各种功能涂层。188搏金宝表面处理也应在涂装前和涂装过程中进行。这种涂层的涂覆是为了提高金属表面的性能,例如防止腐蚀、氧化和磨损。

钛及其合金的酸洗条件是由氧化层的类型(特征)和已有的反应层决定的,而这一层的类型受高温加188搏金宝热工艺和加工温度的升高(如锻造、铸造、焊接等)的影响。在较低的加工温度或600X左右:在以下高温加热温度条件下只形成一层薄的氧化层,在高温条件下在某一氧化层附近形成富氧扩散区,除这一富氧扩散层外,还必须用酸洗脱。可以使用多种除垢方法:去除厚氧化层和硬表面层的机械法、熔盐浴中去除氧化垢的方法、酸溶液中酸洗脱去除氧化垢的方法。

在许多情况下,几种方法可以结合使用,例如,结合机械去除氧化皮,然后酸洗,或者结合盐浴,然后酸洗。对于在较高温度下形成的氧化层和扩散层,必须采用特殊的方法。但是,当氧化层在高温下加热到600X时,形成的大部分氧化层可以通过一般的酸洗溶解掉。

钛合金的问题188搏金宝

钛合金具有重量轻、188搏金宝比强度高、耐腐蚀性好等优点,因此在汽车工业中得到了广泛的应用。汽车发动机系统中使用最多的是钛合金。188搏金宝用钛合金制造发动机零件有许多优点。188搏金宝

钛合金的低密度可以降低运动部件的惯性质量。188搏金宝同时,钛合金气门弹簧可增加自由振动,降低车身振动,提高发动机转速和输出功率。
减少运动部件的惯性质量,从而减少摩擦,提高发动机的燃油效率。选用钛合金可以降低相关零件的载荷应力188搏金宝,减小零件的尺寸,从而降低发动机和整车的质量。部件惯性质量的降低降低了振动和噪声,提高了发动机的性能。将钛合金应用到其他零部件上,可以提高人员的舒适度和汽车的188搏金宝美观度。在汽车工业的应用中,钛合金在节能降耗方面发挥了不可估量的作用。188搏金宝

尽管钛合金零件性能优越,但要在汽车工业中广泛使用钛合金及其合金还有很长的路要走。188搏金宝其原因包括价格高、成形性差、焊接性能差。

阻碍钛合金在汽车工业中广泛应用的主要原因是成本高。188搏金宝
无论是金属的初始冶炼还是后续加工,钛合金的价格都远高于其他金属。188搏金宝汽车工业可接受的钛零件的成本为:连杆8-13美元/公斤,空气阀13-20美元/公斤,弹簧、发动机排气系统和紧固件8美元/公斤。美元/公斤以下。是铝板的6-15倍,是钢板的45-83倍。

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