钛及钛合金的应用分析
钛及钛合金的应用分析
第一部分概述
1.1金属钛的物理性质
金属钛，原子序数为22，相对原子质量47.87，常温下不稳定，在自然界中只以化合态存在。
钛的密度小，4.51g/cm3 ，是最重的轻金属。钛的延展性能好，热稳定性很好，熔点为1668±4℃，沸点为3260±20℃，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。
钛具有较好导热性，导电性能较差，近似或略低于不锈钢，具有超导性，纯钛的超导临界温度0.38-0.4K。
钛的硬度跟钢铁差不多，但是它的重量几乎只有同体积钢铁的一半，具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80%，但强度低，钛中杂志的存在对其机械性能影响极大，特别是间隙杂志（氧、氮、碳）可大大提高钛的强度，显着降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其中适当的杂志含量和添加合金元素而达到的。
1.2金属钛的化学性质
金属钛在高温环境中的还原能力极强，能与氧、碳、氮以及其他许多元素化合，还能从部分金属氧化物中夺取氧。常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜，这层氧化膜常温下不予绝大多数强酸、强碱反应，包括王水。它至于氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸反应，因此钛具有相当的抗腐蚀性。
1.3钛合金的分类及用途
通常将钛合金划分为α型、α+β型和β型合金。钛合金的力学性能主要取决于化学成分和相应的显微组织。
α合金主要应用于化工和加工工业，这些工业中首先要考虑的是合金必须具有优异的抗腐蚀性能和变形能力，而对高比强度性能的要求次之。含氧量是各种级别商业纯钛的主要差别。作为间隙型合金化元素，氧可以显着地提高合金的强度，同时降低塑性。商业纯钛为了达到要求的强度水平，只有氧是有意加入的合金化元素，而C和Fe等元素则是被看成制备过程进入合金的杂质元素。
近α合金是典型的高温合金，由于它兼具α合金优异的蠕变性能和（α+β）合金的高强度，高温应用选择这类合金很理想。
α+β合金中，Ti+6Al+4V合金应用最为广泛。目前使用的钛合金中有50%以上具有这种成分，它具有良好的综合性能，目前人们对它的研究最为深入而且接受了最多的检验，最大的应用领域在航空工业领域。
β钛合金是应用最为广泛的一类钛合金，β钛合金具有最高的强度/质量比，而且大横截面的钛合金零件具有非常优异的强度、韧性和抗疲劳性能。与α+β型合金相比，β合金的不足之处是密度大、加工范围相当小、成本较高等。β型合金目前主要应用在航空航天领域和井下装置（深油井和气井）以及外科植入合金。
1.4钛合金的力学性能
通常，提高钛合金性能的方式主要有三种，即合金化和加工工艺以及复合材料。
合金化是提高材料强度的基础（如固溶强化、时效强化），同时可以获得有序结构（如TiAl金属间化合物），也决定了合金的大多数物理性能（如密度、弹性模量、膨胀系数），并在很大程度上控制了材料的化学抵抗能力（如腐蚀、氧化）。
加工工艺可以使材料的性能达到很好的平衡。通过热加工处理，钛合金可以得到不
同的显微组织，以便获得最优的强度、塑性、韧性、超塑性、抗应力腐蚀性能和抗蠕变性等，这取决于最终应用对某些特殊性能的要求。
不同材料组合在一起可以制备性能优异的复合材料。新的符合物的性能与单个组元的性能之间符合简单的混合法则。在这种情况下，钛合金或钛铝化合物通过颗粒或纤维增强就得到了金属基复合材料。
第二部分钛及钛合金的应用
2.1钛合金在航空航天领域中的应用
钛合金的突出特性包括高比强和抗蚀性优异。因此，钛合金应用于铝合金、高强钢或镍基超合金的质量、强度、抗蚀性或高温稳定性等综合性能不能满足的航空产品中。
航空用钛合金主要驱动力如下：
a 减重（替代钢和镍基超合金）；
b使用温度（可替代铝合金、镍基合金和钢）；
c抗蚀性（可替代铝合金和低合金钢）；
d与聚合物基复合材料具有电化学相容性（可替代铝合金）；
e空间限制（可替代铝合金和钢）。
通常，减重是机身材料选择钛合金的主要原因，飞机机身采用钛合金可以阻止疲劳裂纹扩展。它们以薄且窄的环状使用，象“腰带”一样安装在铝机身的周围，防止外部蒙皮的潜在疲劳裂纹出现突发性扩展。
现在，钛合金已经应用于飞机的液压管道。与钢管相比，它可减重达40% 。工业纯钛用于要求中等强度且抗蚀性优异的领域，比如飞机上的厨房和卫生间的地板，其腐蚀性环境要求采用钛。
飞机上除冰设备的管道系统由未合金化的钛制造，由于使用温度超过200。C，这些管道需要传送的侵蚀性介质，从而要求具有优异的热稳定性和抗蚀性，其材料的热稳定性比强度更为重要。
飞机起落架的主要部件越来越多采用锻造钛合金制造。座舱窗户框架由锻造钛合金制造来应对潜在的高载荷如鸟类的撞击。
与商用飞机市场相比，钛合金在军用战斗机中的应用更多，其大量应用受到更高机动性和超音速航行速度所需的更高热载荷和热机械载荷设计的驱动。钛合金在军用飞机机身材料中的比例达50%以上。钛合金应用最普遍的领域是军用飞机发动机舱，其工作温度迅速超过铝合金的使用温度范围。
钛合金用作直升机中承受非常高应力的部件------转子头部件。
燃气涡轮发动机是航空钛合金的一大主要应用领域，现在燃气涡轮发动机机构质量的1/3左右为钛合金。压缩机叶片是最早的钛合金发动机部件，后来出现了钛合金压缩盘。现在喷气式发动机的大型前端风扇叶片也是钛合金制成的。
2.1.3火箭、人造卫星、导弹
具体使用部位：压气机和风扇叶片、盘，机匣，导向叶片、轴，起落架，襟冀，阻流板，发动机舱，隔板，冀梁，燃料箱，火箭燃烧室，助推器等。
2.2钛及钛合金在化学、石油工业及其他一般工业中的应用
在化学工艺工程中，主要要求材料的抗蚀性而对材料的强度要求较低，因此选用纯钛和低合金化钛合金。钛用于制造容器、混合器、泵体、交换柱罐、热交换器、导管、槽、搅拌器、冷却器和反应器等与含氧化剂的盐酸溶液接触的设备优先选用钛。
用于实际设备的钛合金成品主要以箔材、薄板和板材（用于热交换器片、内衬和包覆金属等）以及管材（用于热交换器、冷凝器等）形式提供。
2.2.1热交换器和冷凝器
钛成为以海水、碱水和污水作为冷却介质的热交换器的首选材料。管道型和简洁的
板状热交换器被例行应用于陆上石油精炼厂和海上石油钻探平台上，特别是薄壁冷凝器管道通常在零腐蚀余量下使用。全世界范围内数百万米焊管和无缝钛管（用于蒸汽涡轮机发电厂、精炼厂、化工厂、空调系统、多级急骤蒸馏、脱盐和蒸汽压缩厂、海洋钻井平台、水上船只和潜水艇以及游泳池用热泵）为钛的使用寿命和可靠性提供了证明。
2.2.2容器和仪表制造业
钛具有很好的抗蚀性，特别是在水中，是化学、电化学和石油化工工业的理想材料。主要用于制作容器和槽罐等。钛制容易和仪表可区分成整体容器、可拆卸的内衬和平板等。
钛网状阳极适合于铜、锌、锡或镉等电解液和其他主要的酸性液体浴池中。加热或冷却浴池时，钛也用作侵入式盐浴加热元件用套件、锅炉管道、热交换器、调温装置和螺纹管等。
2.2.3尺寸稳定的阳极-----提炼冶金
钛阳极通过在表面沉积贵金属、铂或铑的氧化物薄膜来保持与电解液良好的电接触，这已经成功地应用于氯和氯酸钠中。这些阳极具有像铂金属一样的阳极低过电压特性，与传统石墨电极相比更能降低能耗而且寿命更长，尺寸稳定，对电解液和氯的污染较少。钛电极从含硫化物的硫酸溶液中电解沉积和电解精炼金属如铜、金、镍、锰和二氧化锰等可以避免煅烧硫化物矿石，这样更具有环保性。另外，电解提炼中应用到钛电极的主要原因是钛抗蚀性优异且其氧化膜可以充当良好的分离剂。
2.2.4石油化工炼油厂
钛的非常优异的抗蚀性使得它在事后化工行业同样发挥着极其重要的作用。商业纯钛和含钽或钯的钛合金在制备乙醛、丙酮、乙酸、丙烯酸纤维、尿素等生产设备中得到了很大的应用。含硫化氢和二氧化碳较多的劣质原油迫使炼油厂采用钛来改进其加工设备。现在，钛在炼油厂中被用于热交换器、容器、洗涤塔、柱罐、管道系统和其他相关设备。
2.2.5烟道气体脱硫
燃料发电厂释放的含硫气体以酸雨的形式破坏湖泊和森林，需要经过脱硫技术除去烟道气体中大部分的硫。目前2级钛板基本上都应用于制造烟囱和烟囱内衬。
2.2.6蒸汽涡轮机叶片
使用钛叶片的主要原因是：钛叶片比钢叶片减重近60%，且抗氧化性的酸性氯化物腐蚀、抗腐蚀疲劳和抗应力腐蚀强。
2.2.7其他
钛具有的优异抗腐蚀和抗剥蚀能力，是脱盐厂关键性部件的首选材料，特别是薄壁钛管的成本效率和可靠性均优于传统的Cu-Ni合金，还有钛的生物相容性极其优异，在食品、酿造、制酒和医药工业中取代不锈钢的另一理由。
在纺织或纸浆和造纸厂的漂白车间里，钛常被用在与侵蚀性漂白剂特别是二氧化氯接触的设备上，大多数纯钛用于漂白工艺中，同时也用于回收废液。
2.3钛及钛合金在海洋和近海中的应用
采用钛合金生产钻进平台上的天然气和石油提升器，钛合金能够满足连接海床上钻头与提升器管道用楔形应力接头的高要求。金属管道接头配件必须具有足够的柔韧性，以适应能够补偿由波浪、海风和潮汐引起的浮动钻井平台的移动。目前，钻井装置和供给船上的冷却水管、供水管、废水管、海水提升管、锚系统用管道、洒水装置和压载水管系都是钛材料制造的。
除此之外，深海艇、潜水艇等耐压壳体都是钛制的，水产养殖可以应用钛合金丝编织的渔网。核废物处理、再处理、浓缩过程中使用的离心分离机和磁体外套等也常常使用钛。
2.4钛及钛合金在汽车工业中的应用
排气系统、连杆、阀门、护圈、弹簧、螺栓、螺母等
2.5钛及钛合金在体育和休闲用品中的应用
自行车零件：自行车车架、胎圈、辐条、脚踏
装饰品：手表、眼睛框架、饰品、剪子、剃须刀、打火机
体育娱乐用品及其他：高尔夫球头、网球拍、登山工具、滑雪板、套架、雪橇、雪铲、马掌铁、击剑面具、钓具、游艇部件、氧气瓶、潜水刀、热水瓶、炒锅、家具、记录用具、印章、玩具等
2.6钛及钛合金在医学中的应用
人工关节、齿科材料、手术器具、起搏器、人工心脏、Ti-Ni合金支架、手杖、轮椅、碱离子净水器等
2.7其他应用领域
通信、光学仪器：照相机快门、照相机摄像机机壳、曝光装置、电池、海底中继器等
音响设备：振动板
土木建筑：屋顶、大厦的外装、港湾设施、桥梁、海底隧道等可以用到比如纪念牌、标牌、门牌、栏杆、管道、防蚀被覆等。
医用：
Coronary stents
Artificial heart and lung machines
Intra-arterial oxygen insufflators
Stretchers, helicopter transportable
Stretchers, ambulance
Splints and calipers, orthopaedic
Prostheses
Prostheses, titanium
Prostheses, upper limb
Bone staples and plates, orthopaedic
Bone screws, orthopaedic
Dental equipment and instruments
Artificial palates
Dental implants
Pumps, medical use
航空航天
Pipes, valves and couplings for spacecraft
Airframes for satellites
Aircraft engines and components
Feathering propellers, aircraft
Contra rotating propellers, aircraft
Turbine blades/vanes, aircraft
Turbine discs, aircraft
Turbine nozzle vanes, aircraft
Pumps, fuel, for aircraft
Injectors, fuel, aircraft
Reheat (afterburner) installations, aircraft
Cylinder liners, aero-engine
Insulation blankets, aero-engine
Pods, aero-engine
Turbine cowlings, aircraft
Gas turbine components to aircraft specifications
Aircraft structural equipment and components
Fuselages and hulls, aircraft
Airframe assemblies and sub-assemblies, aircraft
Wings, aircraft
Tail cone assemblies, aircraft
Tailplanes, fins and rudders, aircraft
Flaps and ailerons, aircraft
Nacelles, aircraft engine
Landing skis, aircraft
Airscrew spinners, aircraft
Bearings, aircraft
Aircraft structural equipment and components
Fuel tanks, oil tanks and self-sealing tanks, aircraft Radiators, air and oil, aircraft
Tailplanes, helicopter
Fuselages, helicopter
Rotor hubs, helicopter
Rotors, rotor blades, helicopter
Rotor rings for helicopters
Support trestles, aircraft
Stands and slings (cradles), aero-engine, aircraft
Engine components, marine, to customer specification
化工工业
Pumps, titanium
Pumps, corrosion resistant
Pumps, abrasion resistant
Pumps classified by use
Pumps, chemical and petrochemical industry
Pumps, vacuum, chemical resistant
Heat exchangers, cooling towers, water condensers and radiators Heat exchangers, non-ferrous metal
Heat exchangers, double pipe
Heat exchangers, extended surface tube
Heat exchangers, panel
Heat exchangers, plate and frame
Heat exchangers, finned and counterflow
Heat exchangers, rotary
Heat exchangers, spiral
Heat exchangers, tubular
Heat exchangers, cross flow
Heat exchangers for steam and gas turbines
Heat exchangers, waste gas
Heat exchangers, marine engine cooling, hull mounted
Heat exchangers, nuclear
Heat exchangers, chemical processes
Acetone/dimethylketone production plant
Nitric acid production plant, complete
Fractionating columns
Distillation plant for sea water
Coiled tubes for distillation plant
Titanium lined plant and vessels, chemical industry
Reactors, metal, for the chemical industry
Reactors, screw, chemical industry
Reactors, pulsation, for the chemical industry
Electrochemical and electrolytic plant and equipment
Chlorine production plant and equipment, electrolytic
Electrodes for electrolytic processes, chemical industry
Cells, electrolytic, electrochemistry applications
Distillation and rectification equipment for perfume essences
Technical gas production plant and equipment
Tar distillation boilers, coke oven type
Tar distillation condensers, coke oven type
Petroleum refinery plant and equipment
Desulphurisation plant, petroleum refinery
Oil distillation plant, petroleum refinery
Distillation columns, petroleum refinery
Distillation tower parts and accessories, petroleum refinery
Condensers for petroleum refineries
水处理
Evaporation plant, effluent treatment
Odour treatment plant, effluent treatment
Osmosis systems, water treatment
Sewage and effluent handling equipment, vacuum or compressed air operated Reverse osmosis systems, water treatment
Water, sewage and industrial effluent treatment plant and equipment Effluent treatment plant, metal industry
Effluent treatment plant, oil refinery
Effluent treatment plant, for mines and quarries
Effluent treatment plant, agricultural
Effluent treatment plant, grain mills and distilleries
Effluent treatment plant, dyes
Effluent treatment plant, marine
Effluent treatment plant, paper industry
Effluent treatment plant, wood processing industry
Effluent treatment plant, waste fibre recovery
Effluent treatment plant, waste ink and starch recovery
Effluent treatment plant, recovery of hydrocarbons
Effluent treatment equipment for the printing and graphics industry Detoxication plant, effluent treatment
Bactericidal treatment plant, process water
Water softening plant, industrial
Water chlorination plant
Water dechlorination systems
Water demineralisation plant
Water deferrisation plant
Water decalcification plant
Water neutralisation plant
Water deacidification plant
Water dealkalisation equipment
Water deionising equipment
Water oxygenation plant
Water ozonisation plant
Water sterilisation plant
Water clarification plant
Water de-aeration equipment
Water desalination plant
Sea water desalination plant
Chlorine generators for swimming pools
Swimming pool water treatment plant
Water purification systems for flue gas desulphurisation plant
Filtration plant for industrial water, standby, mobile
Water purification installations, electrochemical
Drinking water treatment and purification plant
Drinking water disinfection systems, electrolytic
Filter-bed regeneration equipment, effluent treatment
Bleaching, dyeing and finishing plant, continuous, textile
Drilling machinery and equipment for oil and gas rigs
Components for draw-works, oil rig
Valves, spare parts and accessories, slush pump, oil and gas rig
Rotary swivels and accessories, oil rig
Mooring structures, offshore (buoys, articulated columns, fixed towers) Separators, oil, gas and water for oil and gas wells
Engraving machines and equipment for printed circuit boards (PCBs)
加工服务
Forging services, light alloys
Forging services, stern frame and rudder
Forging services, anchor
Forging services, valve
Forging services, shaft
Forging services, cutlery blanks
Forging services, surgical instrument and implant blanks
Forging services for the shipbuilding industry
Forging services for the nuclear power industry
Forging services for the oil and gas industry
Forging to customer specification
Pressure die-casting services, precision, for non-ferrous metals and alloys Pressing services, metal, for the bicycle industry
Pressing services, metal, for the nuclear power industry
Pressing, metal, to customer specification
Forging and stamping services, titanium or titanium alloy
Forging and pressing services for the aerospace industry
Forging and pressing services to aircraft specifications
Pressing or stamping services, metal, for the motor vehicle industry Boilerwork, titanium
Plating services, palladium
Anodising and anodic oxidation services for metals
Plating services, rhodium
Titanium carbide and titanium nitride coating services for watch and clock cases Fabricators, titanium
生活、日用、体育文化用品
Springs, wire, for clocks and watches
Jewellery, titanium
Key chains and watch chains, jewellery
Watch bracelets and cases, metal
Coffee sets and teasets, precious metal
Tableware, precious metal
Picture and photograph frames, precious metal
Ashtrays, precious metal
Cigarette lighters, precious metal
Key fobs/tags and keyrings, precious metal
Statues and ornaments, precious metal
Spectacle frames, precious metal
Fittings, walking stick and umbrella, precious metal
Costume jewellery, anodised
Bracelets and bangles, costume jewellery
Necklaces and chains, costume jewellery
Souvenirs and giftware, decorative, metal
Trimmings and ornaments, gilt, for churches
Signs, sheet metal
Promotional articles, metal
Skis, metal
Mountaineering and climbing equipment
Crampons, mountaineering
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Chair sledges
Surfboards
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Helmets and protective articles for boxing
Skateboards
Mountainboards
Wheels, aluminium or light alloy
Frames, titanium, for bicycles
Wheelchair parts and accessories
Fishing rods, metal tube
Set lines and line accessories
Seats and chairs, anglers'
Supports, fishing rod
Fishing tackle
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服务提供商、工程分包商
Oil production platform construction and installation contractors Submarine pipeline laying contractors
Anti-corrosion services, offshore and underwater structures Offshore drilling contractors
Casing contractors, oilfield
Oil well cementing contractors
Oil well acidising contractors
Plugging and abandoning contractors, oil and gas wells
Offshore drilling rig positioning contractors
Seabed surveys, mineral resource prospecting
Cathodic protection contractors
Pipework contractors, chemical and nuclear effluent systems
Pipework installation contractors, chemical plant
Pipework installation contractors, technical gas production plant
Water purification plant installation contractors
Metal chimney building contractors
Cooling tower design and construction contractors, brick or concrete
Auxiliary services, chimney construction
Flue and chimney casing and lining contractors
Pure and purified water supply installation contractors
Heat pump installation contractors
Swimming pool water treatment contractors
Industrial effluent disposal contractors
Industrial effluent treatment contractors
Emission management and reduction services
Gaseous waste disposal contractors
Nuclear waste disposal contractors
Liquid waste disposal contractors
Radioactive waste disposal contractors
Waste oil recovery and disposal contractors
进出口商
Importers-exporters, motor vehicle components and accessories
Importers-exporters, railway rolling stock equipment, spare parts and components Importers-exporters, semi-manufactured metal products
Importers with manufacturers' representations
待完善...
Ti-6Al-4V(TC4)及钛合金的性能
Ti-6Al-4V(TC4) Ti-6Al-4V(TC4)钛合金是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良 好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效 使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可 在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金[35]。 表3-2 钛合金Ti-6Al-4V 成分 钛合金Ti6Al-4V 合金 碳（最大） 0.10％ 铝 5.50至6.75％ 氮 0.05％ 氧气（最大） 0.020％ 其他，合计（最大） 0.40％ *其他，每个（最大）= 0.1％ 钛 平衡 钒 3.50至4.50％ 铁（最大） 0.40％ 氢（最大） 0.015％ 比重 0.160 弹性模量（E ）的 15.2 x 10 3 ksi? 贝塔Transus 1800 to 1850 °F? 液相线温度 2976 to 3046 °F 固相线温度 2900 to 2940 ° F 电阻率 -418 °F 902.5 ohm-cir-mil/ft? 73.4 °F 1053 ohm-cir-mil/ft? 986 °F 1143 ohm-cir-mil/ft? 典型的室温强度计算退火钛6Al-4V 的： 极限承载强度1380年至2070年兆帕（200-300 ksi ） 压缩屈服强度825-895兆帕（120-130 ksi ） 极限剪切强度480-690兆帕（70-100 ksi ） Ti-6Al-4V 的线膨胀系数只有8.8×10-6K-1. 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3,抗拉强度σb=539MPa ，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa ，硬度HB195。 钛的应用 元素 Al V Fe O Si C N H 其他 Ti 成分 5.5- 6.8 3.5- 4.5 0.3 0.2 0.15 0.1 0.05 0.01 0.5 余量
生物医用钛合金材料及应用
生物医用钛合金材料及应用 摘要：随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物医用钛合金的 需求量快速增长。不过，已被广泛应用的TC4及TC4ELI等医用钛合金 中因为V和Al元素存有的致病性，所以新型医用钛合金的研发在我国 具有重大的现实意义和广阔的市场前景。本文简述生物医用钛合金分类，基本性能和应用基础；指出了其在医用领域的发展趋势；并综述 了新型β钛合金的基本加工制备方法和性能评价方法。 关键词：医用钛合金；开发；研究进展；加工制 生物医用钛合金材料是专指用于生物医学工程的一类功能结构材料，具体指是用于外科植入物和矫形器械产品的生产和制造1。钛合金加工材的生产制备涉及冶金，压力加工，复合材料和化工等领域，是 世界上公认的高技术产品。钛及钛合金开始由航天、航空、国防军工 领域逐渐进入到民用消费领域2。诸如医疗卫生行业中的植入物，医疗器械；体育休闲业的钛高尔夫球杆以及钛眼镜架、钛手表、钛自行车 等产品，对钛加工材的需求量在持续增大。随着生物技术的蓬勃发展 和重大突破，生物医用金属材料及其制品产业将发展成为世界经济的 一个支柱产业3。其中，钛及其合金凭借着质轻，弹性模量低，无毒无磁，抗腐蚀，强度高、韧性好等优良的综合性能，于近年来的需求量 也出现了快速稳步的增长4。同时，随着钛合金开始进入整形外科等领域，新的潜在市场需求出现，未来钛合金市场将会出现更快速的增长。
1医用钛合金的研究进展 1.1医用钛合金的分类 钛合金按材料显微组织类型可分为：α型，α+β型和β型钛合金3类。 1.2医用钛合金的发展趋势 经文献调研8-14发现，国内外的相关研究学者一致认为医用钛合金的发展经历了三个标志性的阶段，第一阶段是以纯钛和Ti-6Al-4V 合金为代表的；第二阶段是以Ti-5A1-2.5Fe、Ti-6A1-7Nb为代表的新型α+β型合金；第三阶段是主要开发与研制具有更好生物相容性和更低弹性模量β-钛合金的阶段。理想的生物医用钛合金材料15必须满足有以下条件：良好的生物相容性、弹性模量低、密度低、防腐性能好、无毒、屈服强度高、疲劳寿命长、室温下有较大的塑性、易成形、易铸造等。而当前一直广泛应用于植入物材料的重要合金为Ti-6A1-4V和Ti-6A1-4VELI。有文献报道16-19V元素可引起恶性组织反应，可能对人体产生毒副作用，Al则会引起骨质疏松和精神紊乱等病
纯钛和钛合金热加工性能参数
纯钛热加工性能参数 1. 来料牌号及化学成分 注：合金牌号对应标准GB/T3620.1-2007 2.纯钛的物理性能 熔点1668±4℃ 密度ρ＝4.5g/cm3 弹性模量E＝1.17×105MPa、G＝0.44×105Mpa（约为钢的54%） 导热系数λ＝19.3Wm-1K-1 热膨胀系数10.2×10-6/℃（室温-700℃） 泊松比υ＝0.33 3.常温下力学性能 4. 加热规范 板坯在热轧前需要在加热炉中均匀加热，为防止氧扩散，应限制加热温度和时间，因此，从成材率、表面质量考虑，该扩散层的厚度越薄越好，为此，热轧
带卷加热温度的设定应在保证稳定轧制并可卷制成带的情况下，尽可能低。通常工业纯钛在加热炉内最好加热至800~920℃。 纯钛料轧制时的加热制度和终轧温度 5. 轧制过程控制 热轧分为粗轧和精轧。粗轧通常使用可逆式轧机，从厚板坯（80~300mm）的轧制到供精轧机轧制的板材厚度（25~40mm），需经5~7个道次的轧制。纯钛的粗轧终轧温度为790℃。精轧工序在6~7台串列式轧机进行，可将25~40mm的板坯连续加工成钛带材（厚3~6mm），轧制速度可达300~600m/min。 轧制过程温度控制参数为：钛板坯在加热炉中加热到800~920℃，在910℃出炉；粗轧终轧温度为790℃，连续热轧时钛坯温度控制在650~800℃范围，终轧温度为670℃；在470~490℃温度范围进行卷取。轧制后立即将钛带在输出辊道上用水冷或空冷的方法，以大于5~10℃/s的速度冷却，在低于500℃时卷取，以保证带卷材质均匀。 其它工艺要点有：严格控制初轧及连轧时各机架压下量和各机架上带材的温度；避免辊道对带材表面划伤；每轧3~4块清理一下辊道上的金属沾污；热轧带卷初始阶段，需要建立一个稳定的、大于4MPa/mm2的后张力，防止因带材卷乱或松卷引起划伤。 轧制温度对纯钛的单位压力的影响
钛及钛合金的分类
钛及钛合金的分类 市场供货的钛产品主要有工业纯钛和钛合金两大类： 一.工业纯钛：钛属于多晶型金属，在低于882℃为a晶型，原子结构呈密排六方晶格，从882℃至熔点都是B晶型，呈体心立方晶格。工业纯钛在金相组织上呈现a相，如果退火完全的话，是大小基本相等等轴状单项晶格。由于存在着杂质，所以工业纯钛中也存在着少量的B相。基本上是沿着晶界分布。 工业纯钛按GB/T3620.1—2007新标准共有九个牌号，TA1类型的有三个，TA2—TA4每个类型的各有两个，它们的差别就是纯度的不同。从表中我们可以看出，从TA1—TA4每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，这个ELI是英文低间隙元素的缩写，也就是高纯度的意思。由于Fe，C, N, H, O在a—Ti 中是以间隙元素存在的，它们的含量多少对工业纯钛的耐腐蚀性能以及力学性能产生很大的影响，C,N,O固溶于钛中可以使钛的晶格产生很大的畸变，使钛的被强烈的强化和脆化。这些杂质的存在是生产过程中由生产原料带入的，主要是海绵钛的质量。要是想生产高纯度的工业纯钛钛锭，就得使用高纯度的海绵钛。在标准中，带ELI的牌号在这6个元素含量的最高值均低于不带ELI的牌号。这些标准的修改是参照国际上或者说是西方国家的标准（我们国家的标准正在努力向西方国家靠拢，因为我们国家的很多基础工业还是比他们落后一些，很多老标准都是沿袭前苏联的），特别是在杂质的含量以及室温力学性能上各牌号的指标和国际上，以及西方国家基本上保持一致。这个新标准主要是参照ISO（国际标准）外科植入物和美国ASTM材料标准（B265, B338, B348, B381, B861, B862, B863这七个标准）。并且与ISO和美国的ASTM标准相对应，例如TA1对应Gr1, TA2对应Gr2, TA3对应Gr3, TA4对应Gr4。这样有利于各个行业在选材和应用上明晰各国标准的参照，也有利于在技术和商贸上与国际上的交流。 表1 钛及钛合金牌号和化学成分
钛及钛合金力学性能
钛及钛合金力学性能，物理性能，以及相关介绍等 一。以下是个人对外六角螺栓和内六角螺栓使用情况的一点小总结，请参考 俺的个人观点： 1。内六角的螺栓,适用于结构空间小,或者要求上平面是平面的情况下。 结构空间小，活动扳手占空间大,所以不能用，只能使用内六角螺栓，方便装卸。 产品要求安装后上平面是平面的情况下，主要适用于精密仪器/设备，一些设备要求安装后平面度的，或者要求整体产品外观良好，或者要求产品安装后上平面必须平，以此来避免挡碍的情况下需要使用内六角螺栓。 2。其他情况下，均建议用外六角螺栓。 3。从成本上考虑，用外六角螺栓，从外观效果上考虑，用内六角螺栓。 4。我们单位一般情况下，将内六角螺栓翻译为内六角螺钉，呵呵，请大家参考，也就是说一般意义上的内六角螺栓=内六角螺钉。当然，德标DIN和ISO的标准正规些。 现在市场上的该类紧固件都在努力向DIN和ISO标准上靠拢。 二。钛及钛合金 钛及钛合金是导弹上重要结构材料之一。钛的密度为.507g/cm3,介于铝、铁之间。钛的熔点为1668℃比铁的熔点还高，能在高温下工作，耐热性能远超过铝。钛在含氧环境中易形成一层薄而坚固的氧化物薄膜。这层膜和基体结合牢固致密，破坏后还能自愈合，从而起到保护作用。 a. 型钛合金 这类合金不能通过热处理强化，一般在退火状态下应用。它的特点是具有良好的耐热性和组织稳定性，低温性能优于其它类型钛合金。缺点是对变形抗力大，常温下强度不够高。这类合金的牌号有TA1，…，TA7，TA8，其中TA1～TA3为工业纯钛；TA4，TA5，TA6 属Ti-Al二元合金；TA4用作焊丝；TA5、TA6可用于一般结构件或耐蚀结构件；TA7是常用的典型型合金。 b. 型钛合金
钛及钛合金的分类修订稿
钛及钛合金的分类 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
钛及钛合金的分类 市场供货的钛产品主要有工业纯钛和钛合金两大类： 一.工业纯钛：钛属于多晶型金属，在低于882℃为a晶型，原子结构呈密排六方晶格，从882℃至熔点都是B晶型，呈体心立方晶格。工业纯钛在金相组织上呈现a相，如果退火完全的话，是大小基本相等等轴状单项晶格。由于存在着杂质，所以工业纯钛中也存在着少量的B相。基本上是沿着晶界分布。 工业纯钛按GB/—2007新标准共有九个牌号，TA1类型的有三个，TA2—TA4每个类型的各有两个，它们的差别就是纯度的不同。从表中我们可以看出，从TA1—TA4每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，这个ELI是英文低间隙元素的缩写，也就是高纯度的意思。由于Fe，C, N, H, O在a—Ti 中是以间隙元素存在的，它们的含量多少对工业纯钛的耐腐蚀性能以及力学性能产生很大的影响，C,N,O固溶于钛中可以使钛的晶格产生很大的畸变，使钛的被强烈的强化和脆化。这些杂质的存在是生产过程中由生产原料带入的，主要是海绵钛的质量。要是想生产高纯度的工业纯钛钛锭，就得使用高纯度的海绵钛。在标准中，带ELI的牌号在这6个元素含量的最高值均低于不带ELI的牌号。这些标准的修改是参照国际上或者说是西方国家的标准（我们国家的标准正在努力向西方国家靠拢，因为我们国家的很多基础工业还是比他们落后一些，很多老标准都是沿袭前苏联的），特别是在杂质的含量以及室温力学性能上各牌号的指标和国际上，以及西方国家基本上保持一致。这个新标准主要是参照ISO（国际标准）外科植入物和美国ASTM材料标准（B265, B338, B348, B381, B861, B862, B863这七
钛合金的特性及其应用
钛合金的特性及其应用,材料工程学论文,工学论文 ［摘要］综述了钛合金材料的应用及研究现状，着重介绍了钛及钛合金的主要特性，加工性能及其在航空航天、军事工业和汽车制造方面的应用，并在此基础上展望了钛合金的发展方向。 ［关键词］钛合金特性加工性能应用领域 Ti在地壳中的丰度为0.56%(质量分数，下同)，在所有按元素中居第9位，而在可作为结构材料的金属中居第4位，仅次于Al、Fe、Mg，其储量比常见金属Cu，Pb，Zn储量的总和还多。我国钛资源丰富，储量为世界第一。钛合金的密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。 一、钛及钛合金的特性 钛及钛合金具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面： 1.强度高。钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686—1176MPa，而密度仅为钢的60%左右，所以比强度很高。 2.硬度较高。钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。 3.弹性模量低。钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10－1.176×10MPa，约为钢和不锈钢的一半。 4.高温和低温性能优良。在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热
性远高于铝合金，且工作温度范围较宽，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃；在低温下，钛合金的强度反而比在常温时增加，且具有良好的韧性，低温钛合金在－253℃时还能保持良好的韧性。 5.钛的抗腐蚀性强。钛在550℃以下的空气中，表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜，故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中，其耐蚀性优于大多数不锈钢。 二、钛及钛合金的加工性能 1.切削加工性能 钛合金强度高、硬度大，所以要求加工设备功率大，模具、刀具应有较高的强度和硬度。切削加工时，切屑与前刀面接触面积小，刀尖应力大。与45钢相比，钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4，可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3)，所以刀具切削刃承受的应力反而更大，刀尖或切削刃容易磨损；钛合金摩擦因数大，而热导率低(分别仅为铁和铝的1/4和1/16)；刀具与切屑的接触长度短，切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发，这些因素使得钛合金的切削温度很高，造成刀具磨损加（转载自文章资源库https://www.360docs.net/doc/ef4338721.html,，请保留此标记。）快并影响加工质量。由于钛合金弹性模量低，切削加工时工件回弹大，容易造成刀具后刀面磨损的加剧和工件变形；钛合金高温时化学活性很高，容易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层，同时进一步加剧了刀具的磨损；钛合金切削加工中，工件材料极易与刀具表面粘结，加上很高的切削温度，所以刀具易于产生扩散磨损和粘结磨损。 2.磨削加工性能 钛合金化学性质活泼、在高温下易与磨料亲和并粘附，堵塞砂轮，导致砂轮磨
钛合金的应用现状及发展前景
钛合金的应用现状及发展趋势 摘要：本文综述了钛合金材料的发展及应用现状，着重介绍了钛合金的主要性能及其在航空航天、汽车制造和生物医药等方面的应用，并对钛合金未来的发展进行了展望。 关键字钛合金，性能，应用，发展趋势 1引言 金属元素钛在地壳中的分布范围比较广泛，据估计和推算，其含量是地壳质量的0.4%还要多一点，世界储量约34亿吨，在所有元素中含量居第10位（氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛）[1]。其丰富的储量，为金属钛及钛合金的生产和发展提供了主要的原料来源。 自20世纪50年代以来，钛及钛合金的发展已经历了半个多世纪的历程，钛合金的种类已从1954年的Ti-6Al-4V合金[2]发展到数百种。因为具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点，钛合金被广泛用于各个领域，包括航空航天、汽车制造、医药卫生以及其他日常生活领域。世界上的许多国家如美国、日本、俄罗斯以及中国等都认识到钛合金材料的重要性，并相继对其进行了研究开发，得到了实际应用[2,3]。 2 钛合金的性能 2.1 钛合金的高温性能 在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热性远高于铝合金，且工作温度范围较宽。高温钛合金不仅具有良好的室温性能和高温强度，并且在蠕变性能、热稳定性、疲劳性能和断裂韧性等方面具有良好的匹配。世界上第一个研制成功的高温钛合金使用温度仅为300~350℃[4]，经历了40多年的发展，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550~600℃，而Ti-Al金属间化合物的崛起，打破了600℃的使用温度界限，将使用温度升至700℃以上。 2.2 钛合金的腐蚀性能 钛的抗腐蚀性强，在550℃以下的空气中，表面会迅速氧化形成薄而致密的TiO2钝化膜，故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及碱性溶液中，其耐蚀
钛及钛合金牌号和化学成分汇总
《钛及钛合金牌号和化学成分》(2009/11/30 15:05) （引用地址：未提供） 目录：行业知识 浏览字体：大中小 《钛及钛合金牌号和化学成分》 目前，金属钛生产的工业方法是可劳尔法，产品为海绵钛。制取钛材传统的工艺是将海绵钛经熔铸成锭，再加工而成钛材。按此，从采矿到制成钛材的工艺过程的主要步骤为： 钛矿->采矿->选矿->太精矿->富集->富钛料->氯化->粗 TiCl4->精制->纯TiCl4->镁还原->海绵钛->熔铸->钛锭->加工->钛材或钛部件上述步骤中如果采矿得到的是金红石，则不必经过富集，可以直接进行氯化制取粗TiCI4。另外，熔铸作业应属冶金工艺，但有时也归入加工工艺。 上述工艺过程中的加工过程是指塑性加工和铸造而言。塑性加工方法又包括锻造、挤压、轧制、拉伸等。它可将钛锭加工成各种尺寸的饼材、环材、板材、管材、棒材、型材等制品，也可用铸造方法制成各种形状的零件、部件。
钛和钛合金塑性加工具有变形抗力大；常温塑性差、屈服极限和强度极限比值高、回弹大、对缺口敏感、变形过程易与模具粘结、加热时又易吸咐有害气体等特点，塑性加工较钢、铜困难。 故钛和钛合金的加工工艺必须考虑它们的这些特点。 钛采用塑性加工，加土尺寸不受限制，又能够大批量生产，但成材率低，加工过程中产生大量废屑残料。钛材生产的原则流程如图1—1。 针对钛塑性加工的上述缺点，近年来发展了钛的粉末冶金工艺。钛的粉末冶金流程与普通粉末冶金相同，只是烧结必须要在真空下进行。它适用乎生产大批量、小尺寸的零件，特别适用于生产复杂的零部件。这种方法几乎无须再经过加工处理，成材率高，既可充分利用钛废料作原料，又可以降低生产成本，但不能生产大尺寸的钛件。钛的粉末冶金工艺流程为:钛粉(或钛合金粉)->筛分->混合->压制成形->烧结->辅助加工->钛制品。
钛及钛合金的失效与改善措施
钛及钛合金的失效与其预防 钛及钛合金是20世纪50年代兴起的一种重要结构金属，被联合国《世界经济的未来》报告誉为继钢、铝之后21世纪的第三金属。钛及钛合金具有许多优异的性能，比如低密度，高熔点，高比强度，耐腐蚀性能优异，高低温性能好，无磁性，声波和振动的低阻尼特性，生物相容性好，具有超导特性、形状记忆和吸氢特性等，被称为“太空金属”和“海洋金属”，在航空航天、海洋开发、化工、冶金、电力、医用材料、体育休闲业、汽车等领域有着广阔的应用。 钛及其合金在航空航天领域[1]得以广泛应用，在航空发动机上不断取代铝合金、镁合金及钢构件。这得益于钛合金的高比强度远超过强度高而密度大的钢以及重量轻但强度较低的铝合金；并且钛合金的耐热性远高于铝合金，目前先进耐热钛合金的工作温度可达550℃~600℃，同时低温钛合金则在-253℃还能保持良好的塑性；另外钛及其合金优良的抗蚀性，特别是在海水和海洋大气中抗蚀性极高，这对舰载飞机、水上飞机以及沿海地区服役的飞机都十分有利。尽管钛合金具有诸多优点，但也存在一些缺点限制了它的应用。钛及其合金的弹性模量低，容易变形失稳，不宜作细长杆件和薄壁件；钛及其合金导热性差、摩擦系数高，容易导致粘连，不宜用作有摩擦关系的零部件；制造成本高等。 钛及其合金不仅在军事领域得到广泛应用，其在民用工业领域的应用也日益增多。由于这些钛制构件的受力状况和工作环境各不相同，其常见的失效模式主要有：1.疲劳断裂；2.腐蚀损伤，如钛合金的氧污染、应力腐蚀断裂、氢脆等； 3.摩擦损伤，如外物磨蚀、冲刷等； 4.失稳，由于刚性不够而在使用条件下失稳失效； 5.蠕变失效，包括变形过大、蠕变断裂、蠕变脆化等。 1. 疲劳断裂失效 疲劳断裂是零部件在交变载荷（应力或应变）反复作用下的累积损伤过程，这是钛合金零部件最主要的失效模式，如压气机颤振引起叶片的低周疲劳、振动引起转子叶片的高周疲劳等。 （1）低周疲劳断裂 金属在交变载荷作用下由于塑性应变的循环作用而引起的疲劳破坏叫做低周疲劳，也称塑性疲劳或应变疲劳。低周疲劳寿命很短，一般低于105周次。钢及铝合金在退火状态下一般表现为循环硬化，而大多数退火状态的钛合金在低周疲劳过程中一般表现为循环软化。循环软化或循环硬化是指金属材料在应变（应力）保持一定的情况下，应力（应变）在循环过程中下降（增高）或增高（下降）的现象。对结构件的设计而言，一般选用循环稳定或循环硬化的材料，而大多工业钛合金属于循环软化材料，在使用过程中，若处于应力控制，则会产生过量的塑性变形而使构件破坏或失效。 （2）高周疲劳断裂[2]
钛合金应用及发展前景
钛合金的应用与前沿发展 X X X （太原科技大学材料学院） 摘要：先进材料钛及钛合金的应用与前沿技术的发展一直是当前材料领域的热点研究课题之一。本文从钛合金的应用与前沿发展为基点出发，列举了钛合金的研究和应用在国内外取得的重大进步，并试图阐述钛合金最近一些前沿技术与中国现代化科技强国目标、西部大开发的关系，分析其优势与局限性，并展望发展趋势。 自从人类1790年发现钛元素，1951年进入工业化生产以来，钛逐渐显示出它独特的优越性能。它不仅具有金属结构材料的优越性能，而且在许多工艺介质中具有优异的耐腐蚀性能，钛的应用可以获得明显的技术进步和经济效益。它的蕴藏量是铜的十倍，是继铁、铝之后的"第三金属"，被称为"空间金属"。 从使用钛的意义上看，一个国家使用钛的多少，标志着国家的科技水平、军事实力、经济实力的强弱。所以，推广使用钛、发挥钛特性的优势作用，对促进工业发展、增强产品竞争的活力，是非常必要的，也是现代技术发展的方向。 关键词：钛 ; 钛合金 ; 开发应用 ; 前沿发展 报告正文： 钛是周期表中第ⅣB类元素，外观似钢，熔点达1 672 ℃，属难熔金属。钛在地壳中含量较丰富，远高于Cu、Zn、Sn、Pb等常见金属。我国钛的资源极为丰富，仅四川攀枝花地区发现的特大型钒钛磁铁矿中，伴生钛金属储量约达4.2亿吨。 纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工，如有杂质，特别是0、N、C等元素存在，会提高钛的强度和硬度，但会降低其塑性，增加脆性。 钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此，钛对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。 钛的另一重要特性是密度小。其强度是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，是目前所有工业金属材料中最高的。 液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如A1、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称，钛合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金。 为促进我国钛工业的发展，选准"十一五"期间我国钛冶炼技术的发展方向，中国有色金属工业协会科技部和钛业分会合作，于2005年5月10日在北京召开了"钛冶炼技术发展规划研讨会"。曹春晓院士等28名我国钛行业的专家出席了会议。中国有色金属工业协会钮因键副会长、国家发改委肖春泉处长、国家科技部黄世兴处长、国防科工委贺守华处长等也应邀出席了会议。会议中首先由中国有色金属工业协会钮因键副会长和协会科技部张洪国主任作会议主旨发言；北京有色金属研究总院的邓国珠教授介绍了国内外钛冶炼技术的现状、我国钛冶炼技术所存在的问题，初步提出了我国"十一五"期间技术发展的主要方向；遵义钛厂胥力厂长和抚顺钛厂刘禹明副厂长分别介绍了各厂在建钛项目的进展情况、存在及需要解决的问题；北京科技大学的朱鸿民教授分析了FFC法的优缺点，介绍了一种钛冶炼新方法的初步研究结果；锦铁集团的梁志忠高工介绍了该企业大型熔盐氯化和矿物油除钒的技术。
高强高韧钛合金研究与应用进展_杨冬雨
第35卷第4期Vol.35No.4 稀有金属 CHINESE JOURNAL OF RARE METALS 2011年7月Jul．2011 收稿日期：2011－03－31；修订日期：2011－05－10 基金项目：国家科技部中韩联合研究项目（2010DFA52280）资助 作者简介：杨冬雨（1979－），男，湖南宁乡人，硕士，工程师；研究方向：钛合金*通讯联系人（E －mail ：yangdongyu@comac．cc ） 高强高韧钛合金研究与应用进展 杨冬雨1*，付艳艳2，惠松骁2，叶文君2 ，于 洋2，梁恩泉 1（1．上海飞机设计研究院标准材料设计部，上海200232；2．北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京100088） 摘要：航空航天业的发展对高强度、高断裂韧性的新型钛合金的需求越来越迫切，研究具有自主知识产权并用于航空大型结构件的新型高强高韧钛合金得到世界各国的重视。综合评述了国外传统的Ti-1023、BT22合金、β-21S 合金、β-C 合金，新型Timetal555和VST55531合金以及我国的TB2和TB10合金等7种高强高韧钛合金研究及应用现状， 分析了合金的成分、组织、强度、塑性、断裂韧性等特点。根据国内外高强高韧钛合金发展现状，提出发展方向：研制R m ≥1300MPa ，K IC ≥55Pa ·m 1/2新型高强韧钛合金；新型合金成分应以Ti-Al-Mo-V-Cr 系为主；探索加工工艺与高强高韧钛合金合金组织及性能的关系；发展具有优异的淬透性及良好的锻造性能为主的大型锻件用高强高韧钛合金。 关键词：钛合金；高强；高韧；锻件 doi ：10．3969/j．issn．0258－7076．2011．04．017中图分类号：TG146．2 文献标识码：A 文章编号：0258－7076（2011）04－0575－06 Research and Application of High Strength and High Toughness Titanium Alloys Yang Dongyu 1*，Fu Yanyan 2，Hui Songxiao 2，Ye Wenjun 2，Yu Yang 2，Liang Enquan 1 （1．Department of Standard and Materials ，Shanghai Aircraft Design and Research Institute ，Shanghai 200232，China ；2．State Key Laboratory of Non-Ferrous Metals and Processes ，General Research Institute for Non-Ferrous Metals ，Beijing 100088，China ） Abstract ：With the continuous development of the aerospace industry ，the demand of new high strength and fracture toughness tita-nium alloy would grow increasingly．The research on new high strength and tough titanium alloy of intellectual property rights ，which was applied to large structures of aerospace ，aroused the interest of the world．The present development on the investigation of high strength and toughness titanium alloys was introduced ，including traditional foreign Ti-1023，BT22，β-21S ，β-C ，new type Timet-al555，VST55531and domestic TB2and TB10alloys．Meanwhile ，the characteristics of components ，structures ，strength ，plasticity and fracture toughness were analyzed．Based on the development of these titanium alloys ，the author's opinions about development trend in this field were also presented ：to develop a new high-strength and toughness titanium alloy with R m ≥1300MPa ，K IC ≥55Pa ·m 1/2；the components of new alloy should be based on Ti-Al-Mo-V-Cr series alloy ；to probe into the relationship between processing technology and microstructure and properties of high strength and toughness titanium alloy ；to develop the high strength and toughness titanium alloy with excellent hardenability and good forgeability that were used as heavy forgings．Key words ：titanium alloys ；high strength ；high toughness ；forging 钛及钛合金因具有比强度高、耐腐蚀性好等优点，已被广泛应用于在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等各个领域 ［1，2］ 。近年来，随着航空 航天业对高强度、高断裂韧性的新型结构钛合金的需要越来越迫切，因此研究具有自主知识产权， 能够替代超高强度钢并用于航空大型结构件的新型高强高韧钛合金得到世界各国的重视。 高强高韧钛合金一般指抗拉强度在1000MPa 以上，断裂韧性在55MPa ·m 1/2以上的钛合金。表1为几种典型高强钛合金的概况，其中国外的高强高
国内外钛合金研究的发展现状及趋势-赵永庆
第29卷 第5期2010年5月 中国材料进展 MATER I A LS CH I NA V ol 29 N o 5 M ay 2010 收稿日期:2009-12-24 基金项目:国家973计划项目(2007C B613807); 国家科技支撑计划项目(2007BAQ00087);973引导项目(2005CCA06400) 通信作者:赵永庆,男,1966年生,博士,教授,博士生导师 国内外钛合金研究的发展现状及趋势 赵永庆 (西北有色金属研究院,陕西西安710016) 摘 要:钛及钛合金因具有优异的综合力学性能,得到各行各业的高度重视,介绍了近10年国外、国内钛合金研究的发展 现状、趋势与差距,及时我国钛合金研制的建议。 关键词:钛合金;发展现状;趋势 中图分类号:TG 146 2+3 文献标识码:A 文章编号: 1674-3962(2010)05-0001-08 Current Situation and Developm ent Trend of Titaniu m A lloys Z HAO Y ongqing (N orth w est Institute for N on ferrousM eta l R esearch ,X i an 710016,Ch i na) Abstrac:t Because o f the i r exce llent properties ,g rea t atten tion has been pa i d t o T i and T i a lloys .T his paper rev i ew s t he ir current situati on and deve l op m ent trend i n recent ten years ,and also g ives the differences bet ween Ch i na and o ther coun tries .The suggesti ons for develop m ent o f T i a lloys are a l so put for w a rd . Key w ords :T i a lloys ;cu rrent s i tuation ;deve l op m ent trend 1 前 言 钛及钛合金因具有优异的综合力学性能,在航空、航天、船舶、石油、化工、兵器、电子等行业得到高度 重视和广泛应用。15年前国外高度重视新型钛合金的研制,近几年国外更重视钛合金性能改性和挖潜。国内从钛合金研发开始一直重视新型钛合金研制,10年前重点是仿制,之后是既创新又仿制,目前以创新研制为主。本文介绍近10年国外、国内钛合金研究的发展现状、趋势与差距,及对我国钛合金研制的建议。 2 新型钛合金的研究进展 2 1 宇航用钛合金 2 1 1 国外 由于大型航空发动机压气机对工作在300~350 用材的需要,俄罗斯的全俄轻金属研究院研究了同时添加Sn 和Zr 来改善BT22钛合金的强度和高温蠕变性能, 研制出了性能优于BT22的一种新的航空用钛合金。新合金的名义化学成分为T i 5A l 5M o 5V 1Fe 1C r 1 7Sn 2 5Zr ,被赋予正式牌号BT37。截面尺寸为150~200mm 的BT37合金模锻件和自由锻造的静强度和疲劳强度比BT3 1合金高25%;固溶强化的BT37合金的静强度和疲劳强度比金属间化合物强化的高温钛合金高20%~25%以上。用BT37合金来取代传统的BT3 1,BT6热强钛合金来制造在300~350 下工作的压气机大尺寸盘和叶片,可使质量减轻20%~25% [1-2] 。 同时国外也研制出高强钛合金T i 5553(T i 5A l 5M o 5V 3C r),T i 55531(T i 5A l 5V 5M o 3C r 1Zr)等[3-4] 。T i 5553作为高强近 钛合金可替代BT22和T i 1023钛合金大量使用在飞机的起落架上,该合金的淬透性更好,俄罗斯的V S M PO 联合体分别用 锻和 + 锻制造了该合金的大型锻件。T i 55531是空客公司与俄罗斯合作开发的新型高强高韧近 型钛合金,强度与韧性匹配良好,首次应用的实例是A380机翼与挂架的连接装置。T i 3553(T i 3A l 5M o 5V 3C r)是用做紧固件用钛合金,其强度和加工性能均优于T i 64。在承压管路系统研制成 功一种新的钛合金T i 3331(T i 3A l 3V 3M o 1Zr)[3] ,其强度比T i 3A l 2 5V 高30%左右。高强可焊钛合金T 110(T i 5 5A l 1 2M o 1 2V 4N b 2Fe)为A ntonov 飞机的重型构架设计用,合金同BT22的力学性能相当,但具有优
钛合金研究新进展及应用现状概要
第25卷第2期 V ol.25 No.2 2008年 4月 April 2008 收稿日期:2007-08-20 作者简介:訾群(1968-,女,工程师,主要从事钛及钛合金的研发工作,电话:0379-********,E-mail: ziqun1111@https://www.360docs.net/doc/ef4338721.html, 。 钛合金研究新进展及应用现状 訾群 (洛阳船舶材料研究所,河南洛阳 471039 摘要:综述了钛合金的发展历程及当今的研究应用新进展,并对我国钛合金的应用前景做出展望。关键词:钛合金;发展;研究;应用 1 钛合金的发展历程 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家如美国、日本、俄罗斯以及中国等都认识到钛合金材料的重要性,并相继对其进行了研究开发,得到了实际应用[1~3]。 美国钛工业起步较早,其规模和技术目前都处在世界领先地位,一开始就注重钛合金材料的基础研究,并以此指导钛合金材料的应用和开发,取得了举世瞩目的成就。第一个实用的钛合金就是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V 合金,由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好,而成为钛合金工业中的王牌合金,该合金使用量已占全部钛合金的75%~85%。 20世纪50~60年代,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金,70年代开发出一批耐蚀钛合金,80年代以来,耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400 ℃提高到90年代的 600~650℃。α2 (Ti 3Al和γ(TiAl 基合金的出现,使钛在发动机的使用部位正由发动
钛及钛合金力学性能
钛及钛合金力学性能 ，物理性能，以及相关介绍等 一。以下是个人对外六角螺栓和内六角螺栓使用情况的一点小总结，请参考俺的个人观点： 1。内六角的螺栓,适用于结构空间小,或者要求上平面是平面的情况下。 结构空间小，活动扳手占空间大,所以不能用，只能使用内六角螺栓，方便装卸。 产品要求安装后上平面是平面的情况下，主要适用于精密仪器/设备，一些设备要求安装后平面度的，或者要求整体产品外观良好，或者要求产品安装后上平面必须平，以此来避免挡碍的情况下需要使用内六角螺栓。 2。其他情况下，均建议用外六角螺栓。 3。从成本上考虑，用外六角螺栓，从外观效果上考虑，用内六角螺栓。 4。我们单位一般情况下，将内六角螺栓翻译为内六角螺钉，呵呵，请大家参考，也就是说一般意义上的内六角螺栓=内六角螺钉。当然，德标DIN和ISO 的标准正规些。 现在市场上的该类紧固件都在努力向DIN和ISO标准上靠拢。 二。钛及钛合金 钛及钛合金是导弹上重要结构材料之一。钛的密度为.507g/cm3,介于铝、铁之间。钛的熔点为1668℃比铁的熔点还高，能在高温下工作，耐热性能远超过铝。钛在含氧环境中易形成一层薄而坚固的氧化物薄膜。这层膜和基体结合牢固致密，破坏后还能自愈合，从而起到保护作用。 a.型钛合金
这类合金不能通过热处理强化，一般在退火状态下应用。它的特点是具有良好的耐热性和组织稳定性，低温性能优于其它类型钛合金。缺点是对变形抗力大，常温下强度不够高。 这类合金的牌号有TA1，…，TA7，TA8，其中TA1～TA3为工业纯钛； TA4，TA5，TA6属Ti-Al二元合金；TA4用作焊丝；TA5、TA6可用于一般结构件或耐蚀结构件；TA7是常用的典型型合金。 b.型钛合金 这类合金可通过淬火和时效得到强化，其优点是固溶处理状态下塑性很好，易加工成形，在时效状态下强度高。缺点是弹性模量低，耐热性差，焊接性能差，低温塑性不如型合金。 常用牌号为TB2，它可用于整体式固体火箭—冲压发动机的燃气发生器。 c.（+）型钛合金 这类合金的中国产品的牌号有TC1，…，TC4，…，TC10等品种，其中TC1和TC2为低强钛合金，TC3、TC4为中强钛合金，TC10属高强钛合金，TC6，TC9和TC11则属高强耐热钛合金。这类合金兼备钛合金和钛合金的优点。导弹上使用最多的是TC4（Ti-6Al-4V）钛合金，导弹上广泛的采用TC4钛合金制作高压气瓶，受力较大的杆式焊接支架，舵轴以及在较高热环境下工作的结构件，也可用作固体发动机壳体，压气机盘，叶片等。 (3)结构复合材料 复合材料是由两种或两种以上的性状不同的材料经选择、设计、成型而得到的一种宏观多相新材料。其组分可包括金属、非金属等各种材料，按作用又可分为基体材料和增强材料两部分。 三。钛及钛合金力学性能 牌号室温力学性能，不小于高温力学性能，不小于 抗拉强度σbMPa屈服强度σ0.2
钛及钛合金防腐应用
钛及钛合金的防腐应用 钛的另一个显著特点是耐腐蚀性强，这是由于它对氧的亲合力特别大，能在其表面上生成一层致密的氧化膜，可保护钛不受介质腐蚀。金属钛在大多数水溶液中，都能在表面生成钝化氧化膜。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好，甚至可与铂比美。但是，如果在某种介质中，能连续溶解钛表面氧化膜时，则钛在这种介质中便会受到腐蚀。例如，钛在氢氟酸、浓的或热的盐酸、硫酸和磷酸中，由于这些溶液溶解钛表面氧化膜，所以钛被腐蚀。如果在这些溶液中加入氧化剂或某些金属离子时，则钛表面氧化膜便会受到保护，此时钛的稳定属于增加。 一．化学工业 在化工生产中，用钛代替不锈钢、镍基合金和其它稀有金属作为耐腐蚀材料,这对增加产量，提高产品质量，延长设备使用寿命、减少消耗、降低能耗、降低成本、防止污染、改善劳动条件和提高生产率等方面都有十分重要的意义。 近年来，我国化工用钛的范围不断扩大，用量逐年增加，钛已成为化工装备中主要的防腐蚀材料之一。其主要应用于蒸馏塔、反应器、压力容器、热交换器、过滤器、测量仪器、汽轮机叶片、泵、阀、管道、氯碱生产电极、合成塔内衬、其它耐酸设备内衬等。钛作为一种优良的用于化工装置中的耐腐蚀结构材料，已经确立了它的地位，也愈来愈引起工程技术人员的重视。 1氯碱工业 钛在各种酸、碱、盐介质中，除上述四种无机酸和腐蚀性很强的氯化铝外，都具有很好的稳定性。所以，钛是化学工业中优良的抗腐蚀材料，得到了越来越广泛的应用。例如，在氯碱工业中使用钛金属阳极和钛制湿氯气冷却器，收到很好的经济效果，被誉为氯碱工业中的一大革命。 氯碱工业是重要的基本原料工业，其生产和发展对国民经济影响很大。这是因为钛对氯离子的耐腐蚀性能优于常用的不锈钢和其它有色金属。目前氯碱工业中广泛采用钛来制造金属阳极电解槽、离子膜电解槽、湿氯冷却器、精制盐水预热器、脱氯塔、氯气冷却洗涤塔等。这些设备的主要零部件过去多采用非金属材料（如石墨、聚氯乙烯等），由于非金属材料的力学性能、热稳定性能和加工工艺性能不够理想，造成设备笨重、能耗大、寿命短，并影响产品质量和污染环境。因此，我国自70年代以来，开始陆续用金属阳极电槽和离子膜电槽代替石墨电槽，用钛制湿氯冷却器代替石墨冷却器，均取得良好的效果。 例如：钛制湿氯冷却器的应用。食盐电解生产烧碱要产生大量的高温湿氯气，温度一般在75~95℃，需要经过冷却和干燥才能使用。 我国食盐电解制取氯气的生产，以前因为冷却工艺不合理或因冷却设备的腐蚀问题影响