鈦合金的發(fā)展及其介紹
模具材料價(jià)格受進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)的選擇、規(guī)格和數(shù)量需求等因素的影響較大。此外,運(yùn)輸路程、加工要求、是否含稅以及結(jié)算方式等也會(huì)對(duì)價(jià)格產(chǎn)生重要影響。為了獲取詳細(xì)的模具材料價(jià)格信息,請(qǐng)與我們的在線客服進(jìn)行咨詢。
鈦合金出廠狀態(tài)、相關(guān)參數(shù)和注意事項(xiàng)
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。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。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。
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。
目前,世界上已研制出的鈦合金有數(shù)百種,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
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(titaniumalloys)。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。
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)一步強(qiáng)化,室溫強(qiáng)度可達(dá)1372~1666MPa;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)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。
三種鈦合金中常用的是α鈦合金和α+β鈦合金;α鈦合金的切削加工性好,α+β鈦合金次之,β鈦合金差。α鈦合金代號(hào)為T(mén)A,β鈦合金代號(hào)為T(mén)B,α+β鈦合金代號(hào)為T(mén)C。
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。
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。
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),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。
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。
熱強(qiáng)度高使用溫度比鋁合金高幾百度,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)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。
高溫鈦合金世界上個(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為部分新型高溫鈦合金的高使用溫度。
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)金屬間化合物的大優(yōu)點(diǎn)是高溫性能好(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)件具競(jìng)爭(zhēng)力的材料。
高強(qiáng)高韌β型鈦合金β型鈦合金早是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。
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。
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。
鈦合金TC4材料的組成為T(mén)i-6Al-4V,屬于(a+b)型鈦合金,具有良好的綜合力學(xué)機(jī)械性能。比強(qiáng)度大。
目前國(guó)標(biāo)的純鈦共有TA1,TA2,TA3,TA4這四種。對(duì)應(yīng)的,TA2和Gr2,TC4和Gr5名義成分相同。
一般來(lái)說(shuō),TA鈦合金,抗蠕變性能好,熱穩(wěn)定好,可焊性好。但冷加工性能差。TB鈦合金,用途為廣泛,像耐高溫,高強(qiáng)度鈦合金都是屬于亞穩(wěn)定?型。TC系列的熱加工性能好,各項(xiàng)性能比較中等,沒(méi)有明顯弱面。
中國(guó)鈦合金的牌號(hào)及其名義成分
牌號(hào)
名義成分
合金類型
工作溫度(C)
TA7
Ti-5A-2.5Sn
α
500
TC1
Ti-2Al-1.5Mn
近α
350
TC3
Ti-5Al-4V
α+?
400
TC4
Ti-6Al-4V
α+?
400
TC6
Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si
α+?
450
TC11
Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si
α+?
500
TB2
Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al
?
300
Ti-22
Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al
?
300
Ti-7Mo-10V-2Fe-1Zr-4Al
?
300
ZTC4
Ti-6Al-4V
α+?
350
ZT3
Ti-5Al-5Mo-2Sn-0.3Si-0.02Ce
α+?
500
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