时间:2022-08-25 11:05:09来源:网络整理
钛合金的牌号和品种很多,100多种。工业上有40-50种,最常用的有十多种。其中包括各种牌号的工业纯钛和精选钛合金,如Ti-6AL-4V、Ti-5AL-2.5Sn、Ti-2AL-1.5Mn、Ti-3AL-2.5V,Ti-6AL-2Sn-4Zr-2Mo,Ti-6AL-2Sn-4Zr-6Mo,Ti-8AL-1Mo-1V,Ti-13V-11Cr-3AL,Ti-15V—3Cr-3AL-Sn和Ti-10V-2Fe-3AL 和 Ti-0.20Pd、Ti-0.3Mo-0.8Ni 等。但是,对于大多数国家来说,前两种重要的合金(Ti-6Al -4V;Ti-5Al-2.5Sn)是最典型的,世界各国都认可。
一、按组织
钛合金一般按其组织命名,即α钛合金(包括近α钛合金)、β钛合金和(α+β)钛合金。在中国国家标准中,以TA、TB、TC为前缀表示钛合金的种类,后面用数字表示合金编号,如TA为α型钛合金,TA7钛合金为Ti5Al -2.5Sn合金;TB代表β钛合金,TB2为Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al合金;TC代表α+β型合金,如TC4钛合金就是Ti-6Al-4V合金。
α钛合金,主要含有α稳定元素,基本上是室温下处于稳定状态的α相钛合金,如工业纯钛(TA0、TA1、TA2、TA< @3)和TA7(Ti-5Al-5Sn)。α钛合金主要用于化工、石化和加工行业。在这些行业中首要考虑的是合金的耐腐蚀性和切削加工性。工业纯钛(TA0- TA3 4种)、含钯合金的TA9钛合金(TA9钛钯合金)和含少量钼和镍的合金(TA10钛钼镍合金)是优选的。
在α钛合金附近,这类钛合金中添加了少量的β稳定元素。常温稳定状态下,退火组织中含有少量的β相或金属间化合物,一般不超过10%,如TA11(Ti-8Al-1Mo-1V)异丙醇钛浓度,是我国研制的钛合金。美国在高温条件下使用,但铝含量高会引起热盐应力腐蚀问题;TA15(Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr)是俄罗斯研制的BT20合金。TA11钛合金是与TA15钛合金相似的合金,降低了铝含量,增加了锆,保持了耐热性,改善了热盐应力腐蚀。α+复合合金TA13(Ti-2.5CU)是英国开发的IMI230合金。
α+β钛合金含有较多的β稳定元素,是由常温下处于稳定状态的α相和β相组成的钛合金。β含量一般为10%-50%。α+β钛合金强度中等,可通过热处理强化,但焊接性能较差。根据钼当量的不同,此类合金可分为马氏体型和过渡型。其中,典型的合金Ti-6Al-4V由美国沃特敦兵工厂于1954年研制,广泛应用于航空航天工业。该合金产品占钛合金产量的55%-65%,可用于生产各种大型航空锻件及零件,Ti-6Al-4V合金以其优异的综合性能、最深入的研究、最长的使用时间、最广泛的应用领域,自诞生半个世纪以来一直保持着旺盛的生命力。中国牌号TC4,美国钛公司Timet分公司牌号Ti-6Al-4V,美国活性金属公司RMI6Al4V,英国钛公司IMI318,俄罗斯BT6,日本住友公司ST-Al40,法国是TA6V。德国是LT31. 法国是TA6V。德国是LT31. 法国是TA6V。德国是LT31.
二、按强度
钛合金添加元素以钼当量[Mo1]ep和铝当量[Al]ep表示:α和近α钛合金[Mo1]ep为12-13,[Al]ep为5-8;α+β钛合金[Mo1]ep为5-12,[Al]ep为6-30;β钛合金(亚稳态合金)[Mo1]ep为12-25,[Al]ep为5-8。更适合设计师按照强度来分类,可分为低强度、普通强度、中等强度、高强度和最高强度。
三、按目的
1、工业纯钛
工业纯钛是一种致密金属钛,钛含量不低于99%,并含有少量铁、氧、碳、氮、氢等杂质。对纯钛力学性能影响最明显的杂质是氧、氮和铁,尤其是氧。氢与钛的反应是可逆的,氢对钛性能的影响主要表现为“氢脆”,通常规定氢含量不得超过0.03%-0.05% 氢气。工业纯钛虽然在室温下具有密排六方晶格(α),但其轴比小(c/a=1.587)),具有良好的切削加工性。纯钛的成型性能和焊接性能好,
工业纯钛作为外科植入物的金属材料已被纳入ISO5832-2-1999国际标准。满足长期种植体的材料应具备以下基本要求:耐腐蚀性、生物相容性、超强的抗拉强度、抗疲劳性和良好的韧性、弹性磨料、耐磨性和令人满意的价格。
2、耐腐蚀钛合金
耐腐蚀钛合金适用于强腐蚀介质中的应用,主要是低强度合金。在非航天领域,主要利用耐腐蚀性好的优势。耐腐蚀钛合金提高了工业纯钛在还原性介质(如盐酸、硫酸、磷酸、草酸和甲酸)中的耐腐蚀性能。目前成熟的有钛钼、钛钯、钛钼镍、钛镍、钛钽等合金。
钛钼合金是最早研究的(1952年),他在还原盐酸中具有优异的耐腐蚀性,Ti-30Mo合金在沸腾5%的碳酸、沸腾的5%硫酸、沸腾的10%磷酸、沸腾的10%醋酸中沸腾50%甲酸,一般最大腐蚀速率为0.0254-0.0508mm/a。而纯钛在93.3℃的10%硫酸溶液中腐蚀速率达到38.1-50.8mm/a;Ti-30Mo合金在氧化性介质中的耐蚀性较差。由于添加了高密度钼铪合金的冶炼、加工和焊接带来了一定的空难。钛钼铌、钛钼锆等耐腐蚀钛合金,
TA9钛钯合金在氧化性介质中具有优异的耐腐蚀性。对还原性介质也有一定的耐腐蚀性,特别是提高其在高氯离子浓度介质中的耐缝隙腐蚀性能。TA9钛合金含0.2%钯,TA9钛钯合金在5%沸腾硫酸中可将腐蚀速率从48.26mm/a(工业纯钛)降低到0.508mm /a,耐腐蚀性提高约95倍。该合金具有良好的加工、成型和焊接性能,但含有贵金属钯,价格昂贵。
β-钛合金,含有足够的β-稳定元素,在适当的冷却速度下,在室温下都是β-相,通常可分为可热处理的β-钛合金(亚稳β-钛合金)和稳定的β-钛合金。 -钛合金。合金。可热处理的β-钛合金在淬火条件下具有很好的工艺塑性,可以冷成型,通过时效处理可以获得高达1300-1400MPa的室温抗拉强度。
TA10钛钼镍合金的标称成分为Ti-0.3Mo-0.8Ni。它是美国在1970年代中期研究开发的Ti-12合金。它是一种耐缝隙腐蚀的钛合金。该合金在300℃时的抗拉强度是纯钛的两倍,对还原介质的耐腐蚀性能明显提高,在150-200℃氯化物中不发生缝隙腐蚀。
钛镍合金(Ti-2Ni)在高温海水淡化装置中的使用温度可达200℃左右。
钛钽合金(Ti-5Ta)是一种抗硝酸腐蚀的α型钛合金,俄罗斯生产的4204合金牌号,日本神户制钢的KS50Ta牌号。该合金具有良好的工艺性能和焊接性能,在100-200℃流动的硝酸中腐蚀速率低于0.1mm/a。它已用于硝酸回收装置和核燃料后处理程序。
3、结构钛合金
按强度分类的低强度钛合金主要用于耐腐蚀环境,其他钛合金用于结构件,称为结构钛合金。普通强度钛合金(约500MPa),主要包括工业纯钛、Ti-2Al-1.5Mn(TC1)、Ti-3Al-2.5V(TA18)@ >,得到了广泛的应用。由于其良好的加工性和焊接性,该合金用于制造各种航空片材零件和液压管等,以及自行车民用产品。中等强度钛合金的典型合金(约900MPa)为Ti -6Al-4V(TC4),广泛应用于航空航天钛合金行业。板材高强钛合金是室温抗拉强度大于1100MPa,
4、耐热钛合金
耐热钛合金是适合在较高温度下长期工作的钛合金。它在整个工作温度范围内具有很高的瞬时强度和永久强度。在室温下具有良好的可塑性、良好的抗蠕变性和良好的热稳定性。在室温和高温下具有良好的抗疲劳性。主要用于制造压缩机中的圆盘、叶片、进气壳和飞机部件。已应用的耐热钛合金有固溶强化α+β型和近α型钛合金。能在500℃以下长期工作的α+β型耐热钛合金含有较多的α稳定元素,铝当量在6以上。添加适当的β-稳定元素使合金不仅在高温下表现出较高的瞬时强度,而且具有足够的塑性。典型合金有TC4(Ti-6Al-4V)、TC6(Ti-6Al-2.5Mo)-2Cr-0.5Fe-0.3Si)和TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)。在500℃以下长期工作的α型耐热钛合金含有少量的α稳定元素。铝当量几乎都在7以上,合金处于平衡状态的α相较多,因此这些合金在500℃以上具有较高的抗蠕变性和较好的抗疲劳性和断裂韧性。由于这些优良的综合性能异丙醇钛浓度,近α型合金成为耐热合金的主要体系。典型合金有Ti-8Al-1Mo-1V(美国Ti-81<
5、低温钛合金
低温钛合金是适合在低温下使用的α和α+β钛合金。该类合金随温度降低而增加,韧性很少随温度降低而降低,可用作低温结构件。低温钛合金的发展趋势是将氧含量从0.2%(普通级)降低到0.12%,形成极低间隙钛合金(ELI)。可在超低温(<77K)下使用。典型的合金是 Ti-5Al-2.5Sn (ELI)。Ti-5Al-2.5Sn(ELI是美国军用标准MIL-9047))是美国在1960年代初研制的,中国在1970年代后期成功复制该合金,称为TA7钛合金, Ti- 5Al-2.
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