航空金屬材料-鈦及鈦合金航空材料無損檢測壓氣機01鈦及鈦合金02α相、α+β相和β相鈦合金03變形鈦合金和鑄造鈦合金04鈦合金制備特點目錄CONTENTS05鈦合金在航空工業中的應用鈦及鈦合金PART–01一、鈦及鈦合金鈦的元素符號為Ti，原子序數22，原子量47.9。鈦的熔點為1690℃，同素異構轉變點為882℃。鈦具有兩種晶體結構，882℃以下為密排六方晶體結構（稱α相）；882℃以上為體心立方晶體結構（稱β相）。鈦密度小、比強度高、又耐腐蝕，是一種很好的結構材料。鈦包括鈦單晶和工業純鈦。工業純鈦可制成板、棒、絲、管材和鍛件、鑄件等。鈦鐵礦密排六方體心立方一、鈦及鈦合金鈦合金的主要特點是：在-253℃~600℃范圍內，比強度（抗拉強度/密度）高，抗拉強度可達1200MPa~1400MPa，而密度僅為鋼的60%；耐熱性好，耐熱鈦合金最高使用溫度已達600℃；耐蝕性能優異，耐海水腐蝕性能可與白金相比；低溫性能良好。鈦合金首先在航空、航天等對減輕重量有緊迫要求的技術領域獲得應用；隨后又擴大到兵器、船舶和醫療、體育器械等領域。鈦合金根據存在于它們組織中的相可分成三類：α相。α+β相和β相鈦合金；根據工藝方法可分為變形鈦合金、鑄造鈦合金和粉末冶金鈦合金；按使用性能可分為結構鈦合金、耐熱鈦合金、耐蝕鈦合金、低溫鈦合金和功能鈦合金等。鈦合金是以鈦為基，含有其他合金元素和雜質的合金。一、鈦及鈦合金鈦合金是以鈦為基，含有其他合金元素和雜質的合金。鈦合金中典型的α+β相顯微組織形態α相、α+β相和β相鈦合金PART–02二、α相、α+β相和β相鈦合金含有α穩定劑（如Al、Sn等），在室溫穩定狀態下基體為α相的鈦合金。α相鈦合金具有良好的耐熱性和組織穩定性，是發展耐熱鈦合金的基礎。缺點是變形抗力大，不能熱處理強化，強度中等（抗拉強度大多在1000MPa以下）。α相鈦合金密度小焊接性能好，低溫性能也優于其他類型的鈦合金。典型代表是Ti-5A1-2.5Sn合金。（一）α相鈦合金近α相鈦合金α型鈦合金中加入少量β穩定劑，在室溫穩定狀態β相含量一般低于10%的鈦合金。如Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-2Cu等。具有一定的熱處理強化能力。Ti-5A1-2.5SnTi-2Cu二、α相、α+β相和β相鈦合金（一）α相鈦合金Ti-6A1-4V單向活門二、α相、α+β相和β相鈦合金含有較多的β穩定劑（如V、Mo等），在室溫穩定狀態由α和β相所組成的鈦合金。α+β型鈦合金耐熱性一般不如α相鈦合金，最高使用溫度450℃~500℃；熱加工性能良好，變形抗力較小，但合金的組織和性能對工藝參數十分敏感；應用范圍廣泛。典型代表是Ti-6A1-4V合金。（二）

α+β相鈦合金二、α相、α+β相和β相鈦合金含有足夠的β穩定劑，在適當冷卻速度下能使其室溫組織全部為β相的鈦合金。包括熱力學穩定β相合金和亞穩定β相合金。前者在鈦中加入足量的β穩定元素，通過淬火和某些情況下的空冷，可得到室溫時的β組織；后者合金元素只需高于臨界濃度，通過淬火處理，就可獲得單一的亞穩定β組織，穩定型β合金只作為耐蝕材料使用，如Ti-32Mo：而作為結構材料主要應用亞穩定相β鈦合金。β相鈦合金具有良好的工藝塑性，便于加工成形，時效處理后強度可達1289~1380MPa。（三）β相鈦合金Ti-32Mo變形鈦合金和鑄造鈦合金PART–03三、變形鈦合金和鑄造鈦合金可進行壓力加工的鈦合金。能制成半成品，如板。棒、絲、帶、箔、管、型材、鍛件或鍛坯等，是目前普遍應用的鈦合金。其組織類型有α相、α+β相和β相。我國變形鈦合金的牌號有20多個。鈦合金牌號由字母T和A、或B、或C及數字組成，其中的T代表鈦，A、B、C分別代表α相、β相和α+β相合金，數字為合金順序號，如TA7、TB2、TC4等。（一）變形鈦合金三、變形鈦合金和鑄造鈦合金能澆注成一定形狀鑄件的鈦合金。大部分變形鈦合金（如TA7、TC4、TC9等）具有較好的鑄造性能，均可用于鑄造。多用真空凝殼爐和石墨型熔鑄。使用溫度一般為度300℃~400℃鑄造鈦合金牌號由Z和主要合金化元素符號以及表明合金化元素名義百分含量的數字組成,如ZTiA15Sn2.5等;鑄造鈦合金代號由字母ZT加A、B或C（分別表示α相、β相和α+β相）及順序號組成，順序號與同類型的變形鈦合金的表示方法相同，如ZTA7等。（二）鑄造鈦合金三、變形鈦合金和鑄造鈦合金（二）鑄造鈦合金鈦合金牌號鈦合金制備特點PART–04四、鈦合金制備特點鈦合金制備是制取鈦材料一板材、棒材、管材、絲材、鍛件、鑄件和粉末冶金制品一的工藝過程。采用熔煉和塑性加工的方法可制造各種半成品，而真空鑄造和粉末冶金方法可制成各種鑄件和粉末冶金制品。由于鈦合金的特性，其制備有一些特點。四、鈦合金制備特點鈦合金熔煉是熔化鈦原料和添加料，制取鈦和鈦合金致密錠坯的過程。由于鈦具有活性高、熔點高和對間隙元素極為敏感的特性，熔煉只能在真空或惰性氣體保護下進行，通稱真空熔煉。占主導地位的方法是真空自耗電弧熔煉（VAR，以下簡稱自耗熔煉），其原理是將海綿鈦和添加料制備成電極，在真空室內，利用電極和水冷銅坩堝之間的電弧放電產生的高溫，將電極熔化后滴落入坩堝中冷凝成錠坯。自耗爐主要由爐體、電極驅動機構、水冷銅坩堝、真空系統、主直流電源和控制臺等組成。此外，還有電子束、真空等離子弧、等離子束、旋轉電極非自耗、真空電渣和冷爐床熔煉等。一般鈦材料經二次自耗熔煉制取，航空等重要用途的某些鈦合金需經三次熔煉。（一）鈦合金熔煉真空電弧爐四、鈦合金制備特點鈦合金塑性加工是用塑性變形方法將鈦合金鑄錠加工成半成品的過程。工業上常用的工藝如鍛造、軋制、擠壓、拉伸等已能生產出各種規格的板、棒、線、管和鍛件。鈦材料塑性加工的特點是：變形抗力大，常溫塑性低，屈服極限和強度極限的比值高，變形回彈大，變形過程中易與模具粘結等。鍛造是將鑄錠加工成中間坯料的必經工序，一般稱開坯鍛造。同時，鍛造還作為獨立工序用于生產棒材、鍛件和模鍛件等產品。擠壓法可生產管、棒和型材。軋制可生產板、帶、箔、管和型材：板、帶、箔軋制有熱軋、溫軋和冷軋3種方法；厚壁管材可用擠壓和斜軋法生產，小直徑薄壁無縫管材需再經冷軋或拉伸制得；型材軋制可生產棒材和簡單斷面型材。拉拔可生產小直徑棒材和絲材。（二）鈦合金塑性加工四、鈦合金制備特點（二）鈦合金塑性加工鈦鍛件鈦合金板材四、鈦合金制備特點在真空或保護氣氛下，將鈦合金進行熔煉、澆鑄成鑄件的過程。熔鑄鈦合金的主要設備是自耗電弧凝殼爐。其原理是：在爐體內，采用鈦材料鑄錠或鍛棒作為母材料電極（負極），水冷銅坩堝充當正極，在真空氣氛下，輸入低壓（25V~40V）大電流，兩極接近起弧后，熔化鈦材料自耗電極端部，滴入坩堝內形成熔池，在水冷作用下，銅坩堝壁與熔池間形成一層凝殼，保護坩堝不受浸蝕，鈦液不受污染。當坩堝內熔池增長至足夠量時，停電斷弧，快速提升電極，翻轉坩堝，將熔融鈦水注入靜止的或離心轉動的鑄型中即可獲得所需的鑄件。（三）鈦合金鑄造四、鈦合金制備特點通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使鈦合金的工件達到原子結合的方法?？捎糜诤附逾伜辖鸬暮附臃椒ㄓ校憾栊詺怏w保護焊、真空電子束焊、埋弧焊、電渣焊、高頻焊、電阻焊、摩擦焊和釬焊等。用得最多的是惰性氣體（主要是氬氣）保護焊，也稱氬弧焊。焊縫中最常見的缺陷是氣孔和冷裂。（四）鈦合金焊接焊接鈦合金TC4熱處理四、鈦合金制備特點通過加熱、保溫和冷卻的方法，來改變鈦合金半成品和零件的內部組織結構，從而達到改善性能的過程。鈦合金的熱處理可以分為普通退火、特種退火（包括等溫退火、多重退火和β退火）和強化熱處理（固溶處理+時效）。（五）鈦合金熱處理鈦合金在航空工業中的應用PART–05五、鈦合金在航空工業中的應用鈦合金是飛機的關鍵結構材料，用于飛機機體和發動機中要求強度高、熱強性好的部位。重要的使用零件有：噴氣發動機的風扇葉片、壓氣機葉片、盤、內環、壓氣機匣、中間機匣、增壓器葉輪、發動機罩、排氣罩、軸承殼體及支座等；飛機機身用結構鍛件、緊固件和高溫區蒙皮等。鈦合金在國內航空產品上已獲廣泛應用，例如：TA15用于飛機主承力框鍛件和模鍛件，TA11用于發動機壓氣機葉片；TC4用于飛機結構鍛件、板材、棒材，TC11用于發動機壓氣機盤和葉片，TC17用于發動機壓氣機盤，TC18、TC21用于飛機結構件，TC16用于飛機緊固件，TC1、TC2用于制造薄板和薄壁管材；TB6、TB8用于需要高強度和韌性的飛機緊固件，如直升機槳轂：ZTC4用于航空發動機中介機匣等。五、鈦合金在航空工業中的應用增壓器