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钛合金的特点及其应用

时间:2020-04-10    点击: 次    来源:搜集转载    作者:佚名www.keyikao.com - 小 + 大年夜

  [摘 要]综述了钛合金材料的应用及研究近况,侧重简介了钛及钛合金的重要特点,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,并在此基本上展望了钛合金的 生长 偏向。 
  [关键词]钛合金 特点 加工性能 应用范畴 
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  ti在地壳中的丰度为0.56%(质量分数,下同),在一切按元素中居第9位,而在可作为构造材料的金属中居第4位,仅次于al、fe、mg,其储量比罕见金属cu,pb,zn储量的总和还多。我国钛资本丰富,储量为世界第一。钛合金的密度小,比强度、比刚度高,抗腐化性能、高温力学性能、抗疲惫和蠕变性能都很好,具有优良的综合性能,是一种新型的、很有生长潜力和应用前景的构造材料。近年来,世界钛工业和钛材加工技巧取得了飞速生长,海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的临盆和花费都达到了很高的程度,在航空航天范畴、舰艇及兵器等军品制造中的应用日趋广泛,在汽车、化学和动力等行业也有着巨大年夜的应用潜力。 
   
  一、钛及钛合金的特点 
  钛及钛合金具有很多优良特点,重要表如今以下几个方面: 
  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%阁下,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。wWw.收费论文网http://kmteckels.com(热论文) http://www.keyikao.com(收费在线测验,收费搜答案,看解析).cOM 
  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.高平和高温性能优良。在高温下,钛合金仍能保持优胜的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且任务温度范围较宽,今朝新型耐热钛合金的任务温度可达550—600℃;在高温下,钛合金的强度反而比在常温时增长,且具有优胜的韧性,高温钛合金在-253℃时还能保持优胜的韧性。 
  5.钛的抗腐化性强。钛在550℃以下的空气中,外面会敏捷构成薄而致密的氧化钛膜,故在大年夜气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中,其耐蚀性优于大年夜多半不锈钢。 
   
  2、钛及钛合金的加工性能 
  1.切削加工性能 
  钛合金强度高、硬度大年夜,所以请求加工设备功率大年夜,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,刀尖应力大年夜。与45钢比拟,钛合金的切削力固然只要其2/3—3/4,可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只要45钢的1/2—2/3),所以刀具切削刃遭受的应力反而更大年夜,刀尖或切削刃轻易磨损;钛合金磨擦因数大年夜,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邻近的小面积内而不容易散发,这些身分使得钛合金的切削温度很高,形成刀具磨损加快并影响加工质量。由于钛合金弹性模量低,切削加工时工件回弹大年夜,轻易形成刀具后刀面磨损的加重和工件变形;钛合金高温时化学活性很高,轻易与空气中的氢、氧等气体杂质产生化学反响,生成硬化层,同时进一步加重了刀具的磨损;钛合金切削加工中,工件材料极易与刀具外面粘结,加上很高的切削温度,所以刀具易于产生分散磨损和粘结磨损。 
  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,梗塞砂轮,招致砂轮磨损加重,磨削性能降低,磨削精度不容易包管。砂轮磨损同时也增大年夜了砂轮与工件之间的接触面积,导致散热条件好转,磨削区温度急剧降低,在磨削外面层构成较大年夜的热应力,形成工件的部分烧伤,产生磨削裂纹。钛合金强度高、韧性大年夜,使磨削时磨屑不容易分别、磨削力增大年夜、磨削功耗照应增长。钛合金热导率低、比热小、磨削时热传导慢,导致热量积聚在磨削弧区,形成磨削区温度急剧降低。
  3.挤压加工性能 
  对钛及钛合金停止挤压加工时,请求挤压温度高,挤压速度快,以防温降过快,同时应尽可能延长高\温坯锭与模具的接触时间。是以挤压模具应选用新型耐热模具材料,坯锭由加热炉到挤压筒的保送速度也要快。鉴于在加热和挤压过程当中金属易被气体污染,故还应采取恰当的保护办法。挤压时应选择合适的光滑剂,以防粘结模具,如采取包套挤压和玻璃光滑挤压。因钛及钛合金的变形热效应较大年夜,导热性较差,故在挤压变形时还要特别留意防止过热景象。钛合金的挤压过程比铝合金、铜合金、乃至钢的挤压过程更加复杂,这是由钛合金特别物理化学性能所决定的。钛合金在惯例热反挤成形时,模具温度低,与模具接触的坯料外面温度敏捷降低,而坯料外部因变形热而温度降低。由于钛合金热导率低,表层温度降低后,内层坯料热量不克不及及时传输到表层弥补,会出现外面硬化层,而使得变形难以持续停止。同时,表层与内层会产生很大年夜的温度梯度,即使能成形,也轻易形成变形和组织不均匀。 
  4.锻压加工性能 
  钛合金对铸造工艺参数异常敏感,铸造温度、变形量、变形及冷却速度的改变都邑惹起钛合金组织性能的变更。为更好地控制锻件的组织性能,近几年,热模铸造、等温铸造等先辈的铸造技巧在钛合金的铸造临盆中取得了广泛应用。 
  钛合金的塑性随温度降低而增大年夜,在1000—1200℃温度范围内,塑性达到最大年夜值,许可变形程度达70%—80%。钛合金铸造温度范围较窄,应严格按(α+β)/β改变温度停止控制(铸锭开坯除外),不然β晶粒会激烈长大年夜,降低室温塑性;α钛合金平日在(α+β)两相区铸造,因(α+β)/β相变线以上铸造温度太高,将招致β脆相,β钛合金其始锻和终锻都必须高于(α+β)/β改变温度。钛合金的变形抗力随变形速度的增出息步较快,铸造温度对钛合金变形抗力影响更大年夜,是以惯例铸造必须在锻模内冷却最少的情况下完成。间隙元素(如o、n、c)的含量对钛合金的铸造性也有明显影响。 

  5.铸造工艺性能 
  由于钛和钛合金的化学活性高,易与空气中的n、o、n产生激烈化学反响,且易与铸造中经常使用的耐火材料产生化学反响。钛和钛合金的铸造,特别是熔模精铸要比铝和钢的熔模精铸难度大年夜很多,需借助特别手段才能完成。铸钛 生长 早期,由于铸造工艺的生长落后于压力加工工艺,是以,先选用已有必定变形的中强钛合金,如tiο6alο4v,tiο5alο2.5sn等作为铸造合金材料。这些合金至今还在广泛应用。但随着铸钛工艺的生长和应用范畴对铸造钛合金各方面性能请求的进步,和铸件构造复杂程度的加大年夜,之前那种认为“一切的变形钛合金都合实用作铸造合金”的论点应加以修改。随着合金应用温度和任务强度的进步,合金中所添加元素的数量和参加量也照应增长,但同时必须推敲到合金的铸造性能、活动性凝结区间结晶组织、力学性能等等,即合金的化学成分必须根据铸造工艺的请求停止调剂。 
   
  3、结论 
  综上所述,钛合金因其优良的性能在航空航天和其他范畴有着广泛的应用前景,但也受其加工效力和临盆本钱的制约。钛的冶炼技巧一旦有所冲破,其价格也将明显降低。随着钛合金的开辟研制、钛材种类的增多及价格的降低,钛在平易近用 工业 中的应用将成倍增长,特别是在造船、汽车制造、化工、 电子 、陆地开辟、海水淡化、地热发电、排污防腐等平易近用范畴将取得广泛的应用。与此同时,市场的需求也将加快钛工业与钛材加工技巧的生长。 
   
  [参考文献] 
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