钛合金的性能及应用.pdf
《钛合金的性能及应用.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钛合金的性能及应用.pdf(3页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、总第2 11期2023年第8 期行业纵横摘要:钛是自然界较常用的难熔稀有轻金属,具有耐腐蚀性能较强、强度高、重量轻、耐高温、耐热性好和低温韧性良好等性能,该合金应用范围较广泛,是飞机、导弹、火箭等设备十分重要的材料,但其不耐高温氧化。鉴于此,重点叙述钛及钛合金的重要物理性能和相关的应用领域,并对钛合金的使用温度进行具体阐述。关键词:物理性能;应用领域;使用温度;钛合金中图分类号:TG146.2*30引言钛属于难熔稀有金属,近年来人们将它划人轻有色金属。纯钛的外形与钢相似,呈银灰色,其粉末为深灰色。钛是重要的结构金属之一,地壳中储量丰富 1-1。目前和将来,钛都是一种重要的航空材料。钛的资源极为
2、丰富,其含量占地壳质量的0.6 1%,在所有元素中含量居第十位,仅少于铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、氧、硅,比常见的铜、镍、铅、锌含量的总和还要多十几倍。钛及钛合金是二战以后逐步发展应用起来的,钛的矿物有7 0 多种,目前用来提取海绵钛的主要有金红石(T i O 2)和钛铁矿(TiFeO)。工业上主要采用镁还原法(即克劳尔法)和钠还原法生产海绵钛,钙还原法、电解法和热离解法等其他生产方法均未在工业生产中得到大规模推广。目前对电解法生产海绵钛的研究较多,国外已利用该法开始走向工业化。1钛的性能1.1物理性能钛的熔点高(16 6 8 10),比铁、镍都要高,作为耐热材料有很大的潜力,钛的热膨胀系数较
3、小,高温条件下或热加工过程中产生较小的热应力。钛的密度是4.51g/cm,钛合金的密度约为钢的6 0%、铜的50%、铝的1.8 倍。钛易加工成形,且具有优异的耐腐蚀性能,屈强比较高,使得钛和钛合金冷变形成形时回弹性大,不易成形和矫直。钛的机械性能,尤其是材料强度和加工的难易在很大程度上取决于钛的纯度,纯度愈高,加工愈容易,但强度愈低。在钛中加入其他元素制成钛合金可获得更佳的性能。1.2机械性能1.2.1强度纯钛的拉伸强度为2 7 6 3 kg/mm,一般钛合金的拉伸强度为7 0 12 0 kg/mm,目前最高可达18 0 kg/mm。许多钢的强度高于钛合金,但钛合金的比强度(即强度和密度的比值
4、)比目前其他任何材料都大。钛的剪收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 9第一作者简介:郎雪琴(19 8 3 一),女,山东莱州人,毕业于长春工业大学,本科,中级工程师,主要从事核反应设备工程材料研究及核工程项目建设研究与管理工作。山西冶金ShanxiMetallurgy钛合金的性能及应用郎雪琴,代琨(上海核工程研究设计院股份有限公司,上海2 0 0 2 3 3)文献标识码:A切强度一般为拉伸强度的6 0%7 0%。钛的抗压强度与其拉伸强度相近似,薄板钛和钛合金的承压屈服强度大约是拉伸强度的1.2 2.0 倍。在大气中,经加工和退火处理的钛及钛合金的抗疲劳极限是拉伸强度的50%6 5%。1.2.
5、2硬度最高纯度级的加工工业纯钛的硬度(布氏)通常小于12 0,其他工业纯的加工钛的硬度(布氏)为200295。T i-5A 1-2.5S n 和Ti-6A1-4V在铸造状态下的硬度为3 2 0(布氏)。大多数钛合金在退火状态下的拉伸弹性模量为110 0 0 12 0 0 0 kg/mm。时效硬化的钛合金比在退火状态下的钛合金具有稍高的拉伸弹性模量,抗压弹性模量等于或者大于拉伸弹性模量。虽然钛和钛合金的刚度比铝及铝合金高很多,但是其刚度仅为钢刚度的55%。钛合金的比弹性模量和铝合金相等,仅次于铍、钼和某些超级合金。1.2.3韧性提高钛合金的强度,增加间隙物含量都会给合金的抗冲击性能和断裂韧性带来
6、有害影响。却贝V切口冲击强度根据钛合金的品种和状态的不同而不同,加工工业纯钛的为1.52 5.52 kgm,铸造状态的约为0.41 1.1kgm。在退火状态下钛合金的冲击强度为1.3 2 2.6 4kgm,时效状态下稍低。铸造状态的Ti-5A1-2.5Sn的钛合金的却贝V切口冲击强度为1.1kgm,Ti-6A1-4V为2.0 7 2.3 5kgm,含氧愈低,此值愈高。许多钛合金具有高的断裂韧性和抗破裂传播性能,缺口集中系数K高达10 mm时,缺口拉伸强度与非缺口拉伸强度之比大于1。1.3化学性能钛在含氧环境中能够形成一层薄而坚固的氧化物薄膜,这种薄膜能耐氧化溶液和氯化物溶液的侵蚀,因而具有优异
7、的耐腐蚀性能。钛对于工业腐蚀气氛及海水具有极为突出的耐蚀性能,事实上,没有哪Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.035文章编号:16 7 2-1152(2 0 2 3)0 8-0 0 9 1-0 2山西冶金92E-mail:第46 卷一种材料对盐水的耐蚀性能超过金属钛。它还能耐许多酸和盐类溶液的腐蚀,因而将其用作化工设备结构材料的情形越来越多。氢能大量溶于钛中,当w(H)超过0.0 15%时,钛和钛合金的塑性及韧性明显下降,使合金变脆,因此,在热加工和酸洗过程中必须严格控制氢的侵入。真空退火可以有效减少钛及钛合金中氢的含量。钛能被
8、强的还原酸迅速地侵蚀,在一些特定条件下使用钛,也可避免还原酸对钛的腐蚀。2钛的应用2.1应用于航空航天在航空工业中,钛合金主要用于航空发动机和机身,如用作发动机的压气机盘和叶片及飞机机身的防火壁、发动机短舱、蒙皮、机架、纵梁、舱盖、龙骨、速动制动闸、开裂停机装置、紧固件、起落架梁、前机轮、襟翼滑轨、路标灯、信号板等。在火箭、导弹和宇航工业中,钛合金主要用于压力容器、火箭发动机壳体、火箭喷嘴套筒、人造卫星外壳、载人宇宙飞船船舱(蒙皮及结构骨架)、主起落架、登月舱及推进系统等。2.2应用于医学钛的比强度大,又易于为人体所容纳,且钛合金较耐腐蚀,强度较高,因而成为医学补形术的理想材料,可用钛来代替人
9、体内损坏的骨骼,如髋关节、头盖骨、肘骨等。2.3应用于化工设备在化工设备中应用最多的是钛制热交换器,其他还应用于泵、管道、阀门、反应器、洗涤塔、蒸馏器、冷却器、混合器、过滤器、离心机、烟道衬里、阳极、回转窑等。钛的耐蚀性能可以保持热交换器表面的光滑,获得高的热导率;钛制泵具有好的耐腐蚀、耐浸蚀和耐涡流损坏等特性。此外,钛在海水淡化方面的应用逐年增多,由于海水对设备局部的浸蚀和腐蚀,而海水淡化系统设备的许可水流速度通常是有限的,在受腐蚀很严重的情况下,球形阀和小半径弯管会发生破坏紊流,钛制阀不受这些形式腐蚀的影响。钛在电化学工业中可用于电镀、电解抛光、电解,钛制阳极具有寿命长、电力消耗少、维修费
10、用低等优点。钛的耐蚀性能较好,在硫酸、盐酸和硝酸中均具有良好的稳定性,在氢氧化钠等碱性液、湿氯及海水中具有优良的耐蚀性能,但氢氟酸对钛有很大的侵蚀作用。钛在大气中十分稳定,其表面生成致密的氧化膜,使它能保持金属光泽。当加热到6 0 0 以上时,氧化膜便失去保护作用。高温下钛与气态的氢、碳、氮、氧等具有较大的亲和力,氢、碳、氮、氧与钛能形成间隙固溶体,可显著提高钛的强度和硬度,从而降低钛的塑性和韧性。因此,工业中通常按其硬度或屈服强度来评定钛的纯度。3钛的使用温度在高温下钛合金仍能保持其室温下的性能。一般工业钛合金在540 温度下仍能保持其性能,但保持时间短,钛性能长时间稳定的温度范围为450
11、480。目前已研制出供6 0 0 温度下使用的钛合金。在导弹中,钛合金可在540 温度下长时间使用,还可在7 6 0 温度下短时间使用。钛和钛合金在低温和超低温下仍能保持其机械性能。随着温度的降低,钛和钛合金的强度不断升高,而延性逐渐下降。许多退火状态下的钛合金在-195.5温度中仍能保持有足够使用的延性和断裂韧性。含间隙元素特低的Ti-5A1-2.5Sn钛合金能在-252.7温度下使用,该温度下,它的切口拉伸强度同非切口拉伸强度之比为0.9 5 1.15。液氧、液氢和液氟是导弹和宇航装置中的重要推进剂。材料的低温性能对于制作低温气体容器和结构是非常重要的。当显微结构呈等轴和间隙元素(碳、氢、
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 钛合金 性能 应用
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。