钛与钛合金的发展与应用.第四篇《应用篇》
第一部分、工业纯钛的应用：
第一篇提到过，工业纯钛按照国标分为TA1-TA4不同牌号，加工成板、管、棒、丝、带等各种半成品。工业上比较常用的纯钛是TA3，因为它的耐腐蚀性和综合力学性能比较适中，抗腐蚀能力比常用的不锈钢强15倍，使用寿命长10倍。因此广泛用于石油化工设备、滨海发电装置、海水淡化装置和舰艇零部件。如果需要高强度和耐磨性，就需要采用TA4。而对成形性要求高时，就需要采用TA1或者TA2。工业纯钛对核辐射的耐受比不锈钢要高的多，长期使用也不会变脆，因此还可以用于核反应堆的零件。这是钛的工业应用。
钛完全无毒，具有良好的生物相容性，可以与骨组织紧密牢固的结合，是理想的生物材料，因此在医疗领域大显身手。高尔夫球杆和网球拍的外框、自行车的骨架也会用到金属钛。近年来，眼镜、珠宝行业，用钛量（主要是纯钛,也有部分钛合金）也在急剧上升。这是钛的生活应用。
纯钛应用，在钛工业中占到的比例不到10%。90%以上，都用在了形形色色的钛合金上
第二部分、钛合金的应用：
中国钛合金的应用领域，主要集中在石油、化工等工业领域，并逐步向航空航天、海洋化工和日常生活扩展。
表1：部分钛合金在中国的应用
和碳纤维复合材料一样，本文对钛合金重点关注的，仍然是航空航天领域的应用。下面我们就来聊聊这方面的情况。
一航空领域
重点看两个领域：
1 高温及阻燃钛合金（用于航空发动机）
2 承力及强韧钛合金（用于飞机结构）。
其实，这二者有很多交叉如发动机支撑结构件，既是耐温合金也是承力合金。咱们试着分别讨论。
1 航发用高温钛合金
表2：发动机钛合金用量
*（兵器迷推测为WS-10）
数据说话。进步，那是看得见的；差距，那是明摆着的。
结合中国的应用情况，我们重点介绍几种钛合金牌号如下：
TC4：
即钛铝钒合金Ti-6Al-4V及其各种发展型号，中国国标牌号TC-4，属于α+β合金。这是一个大家族，既有结构合金，也有耐温合金。自美国1954年作为结构合金采用以来，占美国钛合金消费量的60%（其他有25%为耐蚀合金，15%为其他结构合金）。TC-4应用历史悠久，性能数据最全、用量最大，在全球钛合金中占有最重要的基础地位。
国内应用：
在中国，TC4同样是钛合金应用的基础。而它的奠基人，乃至整个中国航发耐温钛合金的奠基人，就是中国钛合金领域当仁不让的大腕，航空报国金奖的得主——曹春晓院士。
根据中国航空报、航空材料学报报道：
1964年底，航材院钛合金研究室的领导和专业组长曹春晓采用TC4取代钢制成涡喷6发动
机的压气机转子叶片和盘。1966年，试车达到244小时，圆满达标。
1969年制成装有TC4叶片和盘件的两台涡喷6A型发动机安装在同一架飞机上，完成了我国第一架有发动机用钛合金盘、叶片的飞机试飞任务。
1970年开始，涡喷6B型发动机在制造中选用TC4，并进行了小批量生产。之后，五六种航空发动机先后应用了TC4合金压气机叶片、盘。
结构件方面：21世纪初，航天材料及工艺研究所进行粉末TC4 合金骨架(如下图)的研制，并提供了小批量的试验件进行全面的试验
图2 TC4 合金骨架( 图1)
TC4工作温度在400℃以下，既是我国结构用钛合金四大牌号（TC1，TC4，TA7M，BT20）之一，又是航空发动机风扇叶片和压气机第1、2级叶片的两种基础钛合金应用牌号(TC4和TC6)之一。TC4占有非常重要的钛合金基础应用地位。仅仅从TC4的价格是整个钛合金市场的基准，其重要性就可见一斑。其应用成就获得1978年全国科学大会奖。官方评论是：“TC4合金产品的组织性能达到了国际及美国宇航材料标准，它的研究成功为我国钛工业的发展和在航空工业中的应用奠定了基础，起到了开路先锋的作用。”
TC11
继TC4之后，曹春晓再接再厉，开发具有“四高二低”（高温、高强度、高韧性、高刚性、低密度、低裂纹扩展速率）特性的TC11钛合金，即Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si。自研发成功至今，TC11大批量地应用于涡喷13发动机，推广应用到昆仑、涡扇9、涡扇10等发动机。
1979年，曹春晓主持TC11合金用于涡喷13第三至第八级压气机盘、转子叶片和第一至第
七级静子叶片。TC11钛合金同时还用于歼7减速伞舱梁。
1980年代，将歼8-2的涡喷13A发动机2到7级压气机的钢机匣改为TC11铸钛机匣，使发动机的重量减轻了12.9千克。
1990年代，TC11 钛合金用于涡喷13FI发动机用1-7级转子叶片、盘及静子叶片，WP13FI 第1 级转子叶片由24 片改为19 片，其第3 级静子内环采用钛合金整体精铸及热等静压式工艺。
2000年代，中推核心机的七级轴流式高压压气机带进口导流叶片，前两级盘为TC11钛合金制造
2006年，中国航空报报道，“太行”发动机前机匣攻关团队，攻克了阻碍近10年之久的前机匣加工生产“瓶颈”，结束了大型复杂零件多轴联动数控编程依赖对外合作的历史，提高了前机匣的加工效率和质量，节省了大量的科研经费，圆满完成了攻关任务，填补了行业内TC11钛合金机匣类高效数控加工的空白。2005年11月，该项目的工艺、数控编程技术通过了部级鉴定。
TC11是我国航空发动机工作温度500℃左右的高温钛合金三大牌号（TC11、TA15和TA7）之一合金，而且是我国目前航空发动机上用量最大的钛合金，也是我国军用工业中用量最大的一种钛合金，同时又是最重要的承力结构合金之一。其成果获1987年度国家科技进步一等奖，官方评论是：“TC11合金，为两种新型歼击机（歼7和歼8）首飞立下了汗马功劳”
Ti55
曹春晓主持研制的钛合金Ti55, Ti-5Al-4Sn-2Zr-1Mo, 工作温度550℃，是我国独创的含稀土元素钕的高温钛合金，该合金在某新型航空发动机压气机盘、叶片和鼓筒上成功应用。该项目为国防科工委“八五”重点预研项目，突破了八大关键技术，于1998年获国家科技进步二等奖。官方评价为“在率先应用含钕新型钛合金以及急冷式β模锻、三重式α+β热处理等关键技术方面具有创新性，标志着我国高温钛合金的应用达到了新水平”。Ti55与Ti633G,Ti53311S一起，成为我国550℃环境应用的三大耐温钛合金之一。
Ti60/Ti600
中国工作温度600℃耐温钛合金牌号。前者由金属所研制，在Ti55加入1%的铌Nb构成，后者是西北有色院含微量稀土元素Y的合金，在600-650℃有较好性能，抗蠕变性能尤其突出，甚至超过了国外的IMI834。
TD2
TD2属于金属间化物合金，工作温度为650-700℃。再次由曹春晓主持，研发TD2合金用于涡喷13发动机涡轮导风板和二级涡轮结合环，取代GH4033镍基高温合金。1996年评审验收的一台装有Ti3Al合金（TD2）零件的航空发动机首次试车成功，这是我国金属间化合物结构材料进行试车的首例，也是国际上Ti3Al基合金转子零件进入航空发动机试车阶段的首例。该成就获1999年度国家科技进步二等奖。官方评价为：“TD2合金工艺及性能稳定，拉伸强度、塑性、断裂韧性、冲击韧性等关键性能优于美国同类合金（超α2合金），在均匀化熔铸工艺等实用化关键技术、性能系统研究以及Ti3Al基合金转子零件率先地面台架试车等方面居国际领先地位。”
TD3(TiAl24Nb15Mo1.5)
与TD2合金相比，TD3具有更好的抗氧化性、断裂韧性、塑性和高温持久性能。近年来，曹春晓与课题组同志一起已用Ti3Al试制了气体涡轮的燃烧器旋流器、压缩机外壳、支撑环、燃烧器，涡轮导风板。并在生产条件下研制出我国迄今为止最大的Ti3Al合金锻件（重70千克，外径770毫米）。在2000年年底的验收中被国防科工委专家组评为A级。
TD4(TiAl24Nb13Mo1.5Si0.5)
进入21世纪，年逾古稀的曹春晓院士，还在积极研究可在750-850℃下长期工作的金属间化物TiAl合金TD4，已取得重要进展，即将进入应用研究阶段。
什么叫高山仰止？什么叫海阔天空？师昌绪、曹春晓、谭树森这样的大师，在兵器迷看来，就是山，就是海，就是星座。
Ti679
2008年，Ti679钛合金课题组在840℃、870℃、900℃、940℃和980℃五个锻造温度区间进行试验，试验结果发现：该合金的力学性能，随着锻造温度的升高，呈现出“低高低”的变化规律，而940℃临近相变点(α+β到β相变点为953℃)锻造的室温、高温拉伸和蠕变性能最好，用于改进秦岭发动机的大型整体叶盘和阻燃钛合金机匣。
TC17
TC17 (Ti-5Al-2Zr-4Mo-4Cr)用于飞机发动机整体叶盘、紧固件、导向装置。宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司特殊钢技术中心，采用等温锻造工艺成功地试制出钛合金精密锻件——直径为500mm的BT25高压压气机盘及TC17钛合金整体叶盘
钛合金整体叶盘，呵呵，看到这样的词，兵器迷的眼睛都放光啊。
Ti2AlNb/T633G/Ti650
都是铌钛铝合金，耐高温，用于航空发动机。网载：北京科技大学新金属材料国家重点实验室称，经过20年的研究，具有我国独立知识产权的新一代航空航天用发动机材料，高温高性能高铌钛铝合金材料步入产业化阶段，这一技术将使我国航空航天发动机材料居世界领先水平。
新型铌钛铝合金的主要用途之一，就是12-15推重比的新一代高推。曹春晓领军的耐温强韧钛合金团队、师昌绪领衔的高温镍基合金团队，为这项中国高端合金的最顶级应用，打造了光彩夺目的试金石。而“步入产业化阶段”的报道，更加令人欣喜，也更加令人关注——我们多少牌号的钛合金，年复一年的躺在实验室的样品柜里，至今无法实现产业化应用啊。
二、承力结构钛合金和其他用途钛合金
从欧美的情况来看，钛合金与碳纤维复合材料在战斗机结构重量的占比在稳步增加，而铝合金和钢铁的比例在稳步下降。中国虽然有较大的差距，但发展趋势亦大体如此。
表3：战斗机钛合金用量
*（兵器迷推测为歼-10）
有一点需要注意：有的新闻报道中，并未明确飞机承力结构中钛材的用量是钛件重量还是钛材重量，这是有很大区别的。一般形成1公斤结构钛件，需要切削钛材10公斤以上。比如美国B1B每架需要90.4吨钛材，但最后形成的钛结构件远不到10吨。（近净成形工艺的残料率会大幅度降低，不过大规模采用是以后的事）
从上表中，我们可以看到中国钛合金的应用差距。虽然没有更新机型的数据，但从上一篇工艺篇的情况看，中国的新一代战机，特别是四代机大量采用钛合金主承力结构，因此钛合金应用比例无疑会大幅度增加。能否达到F22的水平尚无定论，但超过超级大黄蜂还是有基础的。
TC4/TC11
前面说过，这两者是航发耐温合金，也是极其重要的结构钛合金，不赘述。
TC21
据钛工业进展报道，由中航工业北京航空材料研究院研究员朱知寿主持研制的高强韧损伤容限型钛合金，目前具有Φ300 mm以下大棒材具备稳定批量供应的条件。其综合力学性能比美F-22飞机应用的Ti-6-22-22S（美）和苏-27系列飞机广泛应用的BT20（俄）钛合金更加优异，特别是具有非常优异的电子束焊接性能适合于制造飞机大型整体框梁类重要承力构件。满足了飞机关键承力部件的设计要求，实现了在5个机种上的装机领先应用，提升了我国飞机钛合金用量及应用水平。
TC4-DT
2011年，依然是中航朱知寿研究员，创建了TC4-DT中等强度高损伤容限型钛合金,已经开始大量应用于我国新一代飞机，满足了飞机大减重、长寿命和安全可靠性设计与使用要求。TC4-DT钛合金是我国结合纯净化熔炼技术和新型的β热处理工艺技术而研发的新型中强度高损伤容限型钛合金，该合金具有很高的韧性、低的疲劳裂纹扩展速率、优异的焊接性能、优良的工艺性能和较低的成本等综合性能，特别适合制造飞机大型整体框梁类重要承力构件。目前，TC4-DT钛合金Φ300 mm以下大棒材具备批量供应的能力。
TA7
该合金热塑性、稳定性、焊接性都很好，耐热温度为400℃，多用于飞机蒙皮，是我国应用最广的α钛合金。
TB-8/TiB19/TiB20
TB-8, 九五期间研制的超高强钛合金，抗拉强度1250MPa, 成功研制了195mm大规格棒材和板材、丝材，试制了发动机导风罩，并试飞成功。与TiB-19/TiB20一起，成为中国结构用钛合金的典型牌号。
Ti18/Ti17/Ti10-2-3
Ti18是北京院仿制俄罗斯的高强度钛合金，Ti17和Ti10-2-3是仿制美国的高强度钛合金
中国还有TC15钛合金用于飞机骨架，TiSn5Zr1Mo钛合金用于起落架、飞机承重架、紧固件。
中国承力结构钛合金的应用，随着3D打印技术的突破，大型钛合金构件的生产，在一定程度上绕开了焊、锻、铸等传统工艺的慢板，快速突进，而在21世纪大放异彩。单件重量逾50~200 kg的结构钛件已经应用于多种机型的主承力结构。如中国航空网报道：歼15飞机起落架的关键钛部件，已经受2000多个起落，进入批产——主承力结构件批产，相当给力啊。再如C919的主风挡窗框，某型大运的中央翼梁（超过5米）。
图3：西北工业大学3D打印5米飞机承力梁
飞机承力构件和航空发动机，分别代表着结构钛合金和高温钛合金的典型应用场景。如果一个国家能在这两个方面获得突破，则钛合金的整体水平一定不俗。咱们套用一句老话——“两手都要抓，两手都要硬！”
航天领域
网载：目前我国用于卫星的高强钛合金主要是TB2合金( Ti5583)，Ti-A6V用于飞船主用材料，Ti1M1315用于火箭机盘、导弹基座构件，Ti1M1550用于导弹动力叶片套。
卫星：2007年，嫦娥一号卫星的空间相机的基座、框架,某侦察卫星的摄像系统框架、镜身、中框、联接件、镜筒、底框、支架均采用钛合金精铸件。2013年中国第一台大型全钛紫外
太空望远镜也已经制造并实验完毕。
飞船：“921”载人航天工程神舟系列飞船的相关部件,如由沈阳铸造研究所为神舟系列飞船研制的分离密封板、支架等20 余种钛合金精铸件。
火箭和导弹：钛精铸件用于5 个系统(推进、弹头、制导、弹体结构、电源) 中，如应用于推进系统的主要是导弹的发动机部件,如进气道、转弯段、燃烧室壳体等, 应用于弹头系统的主要是战斗部壳体等铸件,应用于弹体结构的主要是壳体、舱体、舵面骨架、舵翼骨架等铸件。此外,导弹壳体、箱体、尾段、级间段、仪器舱体的仪器舱体，也已开始应用钛合金精密铸件。
焦点和篇幅所限，钛合金在中国兵器工业其他领域的应用，就不在此赘述了。
海洋工程领域
最后，随着中国海洋战略的推进，石油平台和海上舰船的钛合金应用，正日益成为中国钛工业的一个重要新兴领域。
表4 中国海洋平台用钛合金
大家熟知的那艘中海油第六代深水半潜式钻井平台“海洋石油981”，造价60亿，钛合金可没少用啊，呵呵。
总结：
《钛与钛合金的应用与发展》系列文章，终于结束了。
回顾四篇中的介绍，我们对中国钛工业的发展做出总结——兵器迷的文章，真是越写越八股，唉。
金属工艺领域，相对来讲是中国人的长项，这与碳纤维复合材料领域的被动情况显著不同。应当承认，中国建国后迅速建立并不断完善的工业基础，还是起到了很大的作用。具体到钛工业，无论是产品的完整性还是工艺的先进性，都可圈可点。短板存在，但基本没有大的空白。有基础、有不足、有突破、有希望，是兵器迷对钛工业的总体评价。
在钛生产层面：
中国是钛资源大国，占世界已探明储量的48%；也是钛生产大国，占世界产量的25%多。在钛生产上，中国的相对短板有三块：钛铁矿品位低，冶炼成本居高不下，先进熔炼设备依赖进口。第一块是先天不足，需要通过后两块的技术提升加以弥补。比如，熔盐电解法制钛和电子束冷床炉熔炼(EBM)等这样的技术都亟需突破，也大有希望。
再有，中国需要提高钛材初级产品的加工深度和附加值，高度警惕美国最大钛材商Timet——他们已经觊觎中国钛源多年——的任何收购行为。全力避免我们的战略资源低价流失，像俄罗斯阿维斯玛公司那样，沦为波音和空客每年25~45万吨产品合金产品的初级原料供应商。钛工业决不能成为中国的下一个稀土系。
提高冶炼效率，保护战略资源。如此，中国成为钛生产强国的愿景，前程远大，后势可期。
在钛合金层面：
钛合金在强度合金、耐热合金、耐蚀合金、超导合金等各方面的应用越来越广。一方面，单项功能合金的需求日益提高，抗拉强度1100MPa的钛合金、600℃以下的耐热合金已经无法满足下一代航天器的需求；另一方面，对全能合金的需求也是重中之重：发动机风扇叶片既需要耐热，也需要抗拉强度；海洋平台所用的钛合金，既需要抗拉强度，也需要耐腐蚀。钛铝Ti3Al金属间化物合金，在航空发动机低压涡轮、高压压气机等温度超过600℃的运行环境有用武之地，5-10年内可以替代比重较大的镍基合金在850℃以下的环境中运行，应以重中之重对待。
攻关高温钛合金生产的关键设备，逐渐摆脱对国外设备的依赖，是钛合金生产和创新的关键。如PAM离子束冷床炉熔炼, CCIM水冷坩埚感应熔炼法, AAM（电弧炉熔炼），AIM（感应炉熔炼），VIM（真空感应炉熔炼），真空电弧熔炼（V AR），电渣熔炼（ESR），电子束熔炼（EBM），电子束冷室炉床熔炼（EBCHR），等等。
加强TD高温合金的基础研究，攻关钛合金熔炼的关键设备，是我们未来很长一段时间的两大课题。
在钛合金加工层面：
在工艺和成本可行的范围内，以焊代铆，以锻代铸，以大（如整锻）代小（如焊接），以加（近净成型）代减（切削加工），均已是中国钛工业的趋势。中国不但已经在快速追赶的道路上，而且在部分领域（超级重锻、激光成型）具备了弯道超车的创新条件，这是值得中国军迷激赏的快事。
不足与成就同样醒目——我们看到北航激光快速成型技术获得国家技术发明一等奖的成绩，也看到这背后所有的大功率激光器均来自进口的隐忧。我们为新国标中三大类70多种钛合金牌号而弹冠相庆，也为加工工艺的不过关——有些合金尚无任何办法能够批量热加工（特别是焊接和锻造）——导致能够大规模运用的新型合金牌号屈指可数而神伤黯然。我们有理
由为先进工艺的突破和领先而自豪，也很自然的深感其工业化步伐的迟缓而倍感焦灼。
钛合金加工，属于金属工艺的领域，而后者是钢铁业的看家本领，很多金属加工领域的技术是相通的。中国钛工业可以更多的联合钢铁领域的力量，共同研发钛合金加工的核心技术。日本的神户制钢和新日铁，本身既是钢铁霸主，也是钛业巨头，应当给我们更多有益的启示。
值得注意的是，从中国钛合金工艺进展的情况分析：结构承力合金工艺显著突破，应用急升；但高温合金的热加工和推广就相对有限。在这些问题得到有效解决之前，航空发动机的突破仍需假以时日。
高推航发的昂然轰鸣，是最动听的中国好声音；高推航发的稳定批产，是我们最甜蜜的中国梦。
在应用层面
说起来，美俄欧日中，都是钛应用的大国，但是，中国的钛（含钛合金）的消费结构，不够合理，因为绝大部分集中于一般的工业应用，而航天航空领域的应用比例不高（见表5）。
个人认为，就应用领域而言，中国在耐蚀合金（石化海洋）上的应用范围最广，在结构合金（航空航天承力件）上的应用创新最快，在高温合金（发动机）上的应用推广最弱(主力应用牌号是500-550℃，更高温度的牌号大都在半工业化试用中)。在航空航天领域的有限钛合金应用中，模仿多，创新少；牌号多，推广少的尴尬长期存在。
表5：世界钛消费分布
日本是因为航空业被美国控制而形成了畸形的钛消费结构。而我们，是不愿意将太空金属钛用在航空航天领域吗？非不愿也，是不能也。
成本是一个原因——2011-2012年的国内市场，大致上：一吨海绵钛7-8万元/吨，工业纯钛TA1大概12万-15万元/吨，TC4钛合金构件可达15万-50万人民币/吨（材型和成分指标不同价差很大）。阻燃钛合金Ti40因为25%都是合金元素钒，成本甚至达到TC4的8-10倍，上百万元一吨。
航空航天产业的涉及面广也是一个原因——一台发动机的用到的材料近千种，一个钛合金牌号突破了，不行；甚至就算钛合金整体都突破了，也不行。其他材料有短板（比如镍基单晶合金），这发动机还是出不来啊。
中国航空航天产业的总体规模不够大，同样是一个原因——我们大飞机正在研制，美国仅波音一年大飞机产量近400架。我们不到1000架直升机美国10,000多架，我们全国300多个机场美国2万多。怎么比？
总之，中国是钛工业的大国，也正在向钛工业的强国快速迈进，高端钛合金材料和加工领域不乏过人之处，这都是我们引以为傲的事实。但在航空航天的规模化应用上，与世界先进仍有差距。特别是理论优势转化为工程优势、技术优势转换为生产优势、产品优势转化为市场优势、企业优势转化为产业优势的能力更是有待提高。在这方面，军用四代机、大运等军品的牵引力固然必不可少，军民结合，研产联用，设备自主、人才梯度或许是提高产业整体竞争力的根本之道。
行百里者半九十，深厚的体能储备是一个长跑者能够大踏步冲刺的决定性要素。在高端突破的阶段，越是闪耀领先的技术，越是需要更加广博的理论技术储备和产业能力积累。钛工业当前的进步，无疑是中国航空航天工业厚积薄发的一个缩影；钛工业未来的超越，也必将在更深刻的背景上，映射出我国航空航天工业的全面崛起，乃至基础理工研究、实用人才培育乃至高端制造领域全面升级的伟业宏图。
回首往事，从1954年北京有色院进行海绵钛工艺研究算起，今年的中国钛工业已经走过了整整一个甲子。熔炼、电解、焊接、铸造、锻造……钛与钛合金一次次经过烈火熊炉的百炼千熔，终成大器。一如我们的钛工业在六十年的春秋里，克服一切困难和阻力，为中国国防和工业的现代化，打造着华夏民族的利剑忠魂。
上海大学 本科生课程论文论文题目：钛合金在多领域的应用与发展 课程名称： 课程号： 学生姓名： 学生学号： 所在学院：材料科学与工程学院 日期：2015.05.24
摘要：钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。本文综述了钛合金在航空航天飞行器、热氢处理、发动机、高温钛合金、生物医用材料等方面的应用与发展。 关键词：钛合金；航空；氢；发动机；生物医用材料 钛合金在航空方面的应用与发展 钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点。从20世纪50年代开始,钛合金在航空航天领域中得到了迅速的发展。钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一,可以减轻飞机的重量,提高结构效率。在飞机用材中钛的比例,客机波音777为7%,运输机C-17为10.3%,战斗机F-4为8%,F-15为25.8%,F-22为39%。 高性能航空发动机的发展需求牵引着高温钛合金的发展,钛合金的使用温度逐步提高,从20世纪50年代以Ti-6Al-4V合金为代表的350℃,经过IMI679和IMI829提高到了以IMI834合金为代表的600℃。目前,代表国际先进的高温钛合金有美国的Ti-6242S,Ti-1100,英国的IMI834,俄罗斯的BT36以及中国的Ti-60。表2为600℃主要高温钛合金的成分及性能特点。 Ti-6242S(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)钛合金是美国于20世纪60年代为了满足改善钛合金高温性能的需要,特别是为了满足喷气发动机使用要求而研制的一种近α型钛合金。合金的最高使用温度为540℃,室温的σb=930 MPa。特点是具有强度、蠕变强度、韧性和热稳定性的良好结合,并具有良好的焊接性能,主要应用于燃气涡轮发动机零件,发动机结构板材零件,飞机机体热端零件。 BT36(Ti-6.2A1-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-0.1Y-5.0W-0.15Si)合金是俄罗斯于1992年研制成功的一种使用温度在600～650℃的钛合金。合金中加入了5%W和约0.1%Y。加入W对提高合金的热强性有明显作用。加入微量Y可以明显地细化合金的晶粒,改善了合金的塑性和热稳定性。 Ti60(Ti-5.8 Al-4.8 Sn-2.OZr-1.0 Mo-0.35Si-0.85Nd)合金由中国科学院金属研究所在Ti55合金基础上改型设计、宝鸡有色金属加工厂参与研制的一种600℃高温钛合金。Ti60合金的特点之一是合金中加入了1%Nd(质量分数),通过内氧化方式形成富含Nd、Sn和O的稀土相,降低基体中的氧含量,从而起到净化基体,改善合金热稳定性的作用。Ti60合金已进行了半工业性中试试验(包括压气机盘模锻)和全面性能测定。 根据国内外研究现状,未来高温钛合金的发展趋势是:(1)研制600℃以上的新型高温钛合金。可对现有高温钛合金的成分进行调整,改进加工工艺,或研发新的高温钛合金,提高高温钛合金的使用温度。(2)稀土元素在高温钛合金中的作用尚待进一步研究。我国研制的含稀土元素的高温钛合金其使用温度已达到600℃,其各项性能显示均为良好。但稀土元素在合金
我国钛及钛合金板材未来发展趋势 智研数据研究中心网讯： 内容提要：随着我国石油、化工等行业对设备的要求越来越高，以及制造业整体水平的快速提升，加之国内需求拉动与国际产业转移的“双重动力”带动下，我国钛材制造业从中长期市场上看，将继续保持快速稳定增长的良好势头。钛板带材作为钛材的重要支柱，产量将会进一步扩大。生产企业要紧抓这一机遇，并逐渐向新产品新业务转移，获得更大的发展空间。 内容选自智研数据研究中心发布的《2012-2016年中国钛行业运营态势及投资前景分析报告》 近年来，我国钛材的需求量迅速增加，已成为继美国和欧洲之后的第三大钛产品消费国。另据相关统计数据分析目前整个钛及钛合金板带材市场应用情况，最大用户是石油化工领域，约占钛板带材消耗总量的60%，其他依次为航空航天领域，约占15%，体育用品行业占6%，海水淡化、核电领域占5%，舰船及海洋工程装备领域占5%，其它领域约占9%。 2007 年我国钛加工材产量为23 640 t，其中钛板材产量为10 552 t，占44. 6%;2008 年我国钛加工材产量为27 737 t，其中钛板材产量为14 707 t，占53%，比上年产量上升了39. 4%;2009 年我国钛加工材产量为24 965 t，其中板材产量为12 067 t; 保守估计2010 年我国钛加工材生产量将达到30 000 t，其中板材产量为16 000 t，板材产量的增长率远高于整个钛加工材的产量增长率。今后，国内各应用领域对钛材需求仍将持续快速增加，继续保持两位数增长态势。 我国的大飞机计划、嫦娥登月计划、太空站计划、核电发展计划以及国家“十二五”发展规划对新型能源开发、高端装备制造业扶持与鼓励，这些为钛板带材提供了前所未有的发展空间和历史契机，同时又对钛板带材提出了更高的要求。 具体表现在: ①在品种方面，对钛带及焊管用薄钛板带需求增大; ②在规格方面，对于宽幅厚钛板( 宽2 000 ～2 500 mm，厚4 ～10 mm) 、宽幅薄钛板( 宽 1 000 ～1 500 mm，厚0. 4 ～3. 5 mm) 及10 ～70 mm 厚的宽幅( 2 400 mm 以上) 厚钛板材的需求日趋增长，而目前我国大部分的钛板生产企业，其装备能力无法满足这些超大、超厚规格的要求，因此未来的两年内，宽幅、超厚钛板材的市场前景良好; ③在化学成分方面，要求均匀化，且铁、氧等杂质含量控制范围窄幅化; ④表面光洁，组织细小均匀，力学性能优异，可满足航空航天、石油化工和核电等行业的苛刻要求。
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.doczj.com/doc/8f7791621.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
钛合金在多领域的应用 与发展 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
上海大学 本科生课程论文 论文题目：钛合金在多领域的应用与发展 课程名称： 课程号： 学生姓名： 学生学号： 所在学院：材料科学与工程学院 日期 摘要：钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。本文综述了钛合金在航空航天飞行器、热氢处理、发动机、高温钛合金、生物医用材料等方面的应用与发展。 关键词：钛合金；航空；氢；发动机；生物医用材料 钛合金在航空方面的应用与发展 钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点。从20世纪50年代开始, 钛合金在航空航天领域中得到了迅速的发展。钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一,可以减轻飞机的重量,提高结构效率。在飞机用材中钛的比例,客机波 音777为7%,运输机C-17为%,战斗机F-4为8%,F-15为%,F-22为39%。 高性能航空发动机的发展需求牵引着高温钛合金的发展,钛合金的使用温度逐 步提高,从20世纪50年代以Ti-6Al-4V合金为代表的350℃ ,经过IMI679和 IMI829提高到了以IMI834合金为代表的600℃。目前,代表国际先进的高温钛合金有美国的Ti-6242S,Ti-1100,英国的IMI834,俄罗斯的BT36以及中国的Ti-60。表 2为600℃主要高温钛合金的成分及性能特点。 Ti-6242S钛合金是美国于20世纪60年代为了满足改善钛合金高温性能的需要,特别是为了满足喷气发动机使用要求而研制的一种近α型钛合金。合金的最高使用温度为540℃,室温的σb=930 MPa。特点是具有强度、蠕变强度、韧性和热稳定性 的良好结合,并具有良好的焊接性能,主要应用于燃气涡轮发动机零件,发动机结构 板材零件,飞机机体热端零件。 BT36合金是俄罗斯于1992年研制成功的一种使用温度在600～650℃的钛合金。合金中加入了5%W和约%Y。加入W对提高合金的热强性有明显作用。加入微量Y可以明显地细化合金的晶粒,改善了合金的塑性和热稳定性。 Ti60 合金由中国科学院金属研究所在Ti55合金基础上改型设计、宝鸡有色金属加工厂参与研制的一种600℃高温钛合金。Ti60合金的特点之一是合金中加入
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。
近十年来国内外关于钛合金材料的研究 赵宙 化学化工学院化学三班兰州 730070 摘要：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。 关键词：钛合金材料、性能、发展、研究、应用 Research on titanium alloy materials at home and abroad in the recent ten years Zhao Zhou Chemical engineering chemistry class 3 Lanzhou 730070 Abstract: titanium and titanium alloy with excellent comprehensive mechanical properties in the aviation, aerospace, shipbuilding, petroleum, chemical industry, the weapons industry, electronic industry attaches great importance to and widely used 15 years ago abroad attach great importance to the development of new type of titanium alloy in recent years, attaches great importance to the performance of titanium alloy modification and tapping. Domestic starting from the research and development of titanium alloy has always attached great importance to the new titanium alloys developed, focus on generic 10 years ago, after is both innovative and generic, mainly developed at present. In this paper, the recent 10 years on the titanium alloy research home and abroad, the development present situation, trend and gap, and some Suggestions of titanium alloys developed in China. Keywords: titanium alloy materials, performance, development, research, and application 1 钛及其钛合金的简介 1.1 钛的简介 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，在地壳中的丰度为0.56%，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。 钛是一种金属元素，灰色，原子序数22，相对原子质量47.87。能在氮气中燃烧，熔点高。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，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，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。 1.2 钛合金的简介 钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。 合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类： 1）.稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。 2）.稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。 3）.对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。
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
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
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.doczj.com/doc/8f7791621.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
钛及钛合金的研究 1.引言 钛是 20 世纪 50 年代发展起来的一种重要的结构金属，因其具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁等一系列优良性能，以及形状记忆、超导、储氢、生物相容性四大独特功能，被广泛应用在航空航天、舰船、军工、冶金、化工、海水淡化、轻工、环境保护、医疗器械等领域，并创造了巨大的经济和社会效益，在国民经济发展和国防中占有重要的地位和作用。钛是金属材料王国中“全能的金属”、“海洋金属”、“太空的金属”，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛被视为继铁、铝之后处于发展中的“第三金属”和“战略金属”。根据在钛中加入β稳定元素的多少及退火后的组织，钛合金可分为α、近α、α+β、近β和β钛合金。美、日、俄罗斯以及中国等许多国家都高度重视钛合金的发展，各国根据不同国情和需求进行了各自的研发，现已得到了广泛的应用[1~3]。 2.钛及钛合金的特点 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)比强度高。钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686~1 176 MPa,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@105~1.176@105MPa,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550~600e;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-253e时还能保持良好的韧性。 (5)钛的抗腐蚀性强。钛在550e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。 此外,钛还具有形状记忆、吸氢、超导、无磁、低阻尼等优良特性。纯钛及钛合金与其他材料有关性能的对比见表1。
45 钛合金的研究进展与应用 刘奇先1 刘 杨2 高 凯3 （1. 山西晋煤集团金鼎煤机矿业有限责任公司，晋城 048006； 2. 哈尔滨师范大学物理与电子工程学院，哈尔滨 150001； 3. 哈尔滨啤酒（牡丹江镜泊有限公司），牡丹江 157009） 摘要：简述了国内外钛合金的研究状况与动向。具体介绍了高温钛合金、钛基复合材料、高强高韧钛合金、阻燃钛合金以及钛合金防氢脆、氧脆和磨损研究的发展。对钛合金在军事工业、生物医学及体育和汽车等民用领域上的发展和应用做了简介，最后指出我国钛合金发展中存在的问题和优势以及应用前景。 关键词：钛合金；研究进展；应用；医用金属材料；飞机；舰船 Research Progress and Application of Titanium Alloys Liu Qixian 1 Liu Yang 2 Gao Kai 3 （1. ShanXi Jinmei Group Jinding Coal Mine Machine Mining Industry Co., Ltd., JinCheng 048006; 2. School of Physics and Electronic Engineering, Harbin Normal University, Harbin, 150301; 3. Harbin Beer Co., Ltd. (Mudanjiang Jingbo Co., Ltd.), Mudanjiang 157009） Abstract ：This paper provides a systemic and fresh knowledge on the research and development trend of titanium alloys. The development of high temperature titanium alloys, titanium matrix composites, high strength and high toughness titanium alloys, fire resistant titanium alloys as well as the prevention of hydrogen brittleness, oxygen brittleness and abrasion are introduced particularly. Then the applications of titanium alloys in military industry, biomedicine, gym, automobile and so on are briefly presented. Finally, some problems and advantages during the development of titanium alloys in our country are pointed out. It is considered that titanium alloys will possess a wide application foreground. Key words ：Ti alloy ；research progress ；application ；biomedical metal materials ；aeroplane ；naval ship 1 引言 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，因其具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁等一系列优良性能，以及形状记忆、超导、储氢、生物相容性四大独特功能，被广泛应用在航空航天、舰船、 军工、冶金、化工、海水淡化、轻工、环境保护、医疗器械等领域，并创造了巨大的经济和社会效益，在国民经济发展和国防中占有重要的地位和作用。钛是金属材料王国中“全能的金属”、“海洋金属”、“太空的金属”，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛被视为继铁、铝之后处于发展中的“第三金属”和 作者简介：刘奇先（1983-），助理工程师，机械设计专业；研究方向：机械设计。 收稿日期：2011-07-14
钛合金的发展前景和方向 近几十年来，钛工业一直在努力进入具有巨大市场潜力的民用工业领域，但收效不大，其主要原因之一是人们总是试图将各种航空航天用钛合金“强加”给民用工业领域。在航空航天领域中，性能是首先要考虑的问题，而其它因素如价格等则排在第二位，所以，适合于领域应用的钛合金往往具有优异的性能，但价格昂贵。而对于民用工业领域来说，用一种新的材料取代现有材料，价格低廉是至关重要的。但实际情况是，目前的钛合金产品比钢贵10多倍。近几年来，由于认识到价格是钛合金进入民用领域的最大障碍，研究人员和生产厂家都在降低价格方面做了大量工作。 1、降低原材料成本 在航空航天领域中，人们为追求优异的综合性能，往往不太顾及价格问题，例如，广泛使用的钛合金大都含有价格昂贵的β稳定剂钼、钒、铬、铌等，如Ti-6Al-4V，故成本极高，不能被民用工业所接受。若用其它价格低廉的合金化元素取代上述元素，则可大幅度降低原材料成本。最具有代表性的例子是用价格为111美元/ kg的铁取代价格为22美元/ kg 的钒作β稳定剂。美国、日本等均先后将研制出的无钒钛合金用于民用工业领域。美国研制出用作汽车进气阀的Timetal 62S，其性能比Ti-6Al-4V好，但成本却比Ti-6Al-4V低15 %～20 %，而且，通过提高产品的产量仍有望进一步降低成本。Timetal LCB也是美国为打入汽车市场而研制开发的材料，它具有卓越的综合性能，尤其是它的抗疲劳性能优于其它任何一种钛合金。Timetal LCB是一种低成本亚稳态β钛合金，其主要合金化元素是低成本的Fe-Mo合金，因此铸锭成本低于其它β钛合金。如果产量足够大，可以达到降低成本的目的。又如日本为文体用品市场开发的TIX ( Ti-Fe-O-N)系列合金，由于加入了价格低廉的铁、氮、氧而使原材料成本大大降低，同时，抗拉强度(800～1000MPa)大大提高，热加工性能明显改善。加入铁还可能使晶粒细化。 目前，日本正在研制开发低成本抗腐蚀钛合金以取代传统的、价格昂贵的耐蚀合金如Ti-0.15Pd等。正在研制的合金有Ti-0.5Ni-0.05Ru( TICOREX)，Ti-0.03～0.08Pd。在这些合金中加入钌或减少高成本钯的含量，从而降低了成本。同时，添加钴或铬使合金抗腐蚀性能提高。上述合金的抗腐蚀性均好于Ti-0.15Pb。 此外，要解决原材料的价格问题，还应在世界范围内建立稳定的钛的价格和供应体制，使生产厂家能安心地使用钛。 2、钛合金产品的加工、制造成本 造成钛合金加工、制造成本较高的原因是多方面的，其中难于对钛合金进行机加工是重要原因之一。以制造汽车连杆为例，加工钛合金连杆的速度比加工钢连杆大约低50 %，因此，前者的制造成本高得多，且更为重要的是，要生产同等数量的汽车连杆，用钛合金所占用的设备是钢的两倍，且由于切削阻力大，使工具寿命降低，这些因素使得投资成本大大提高。为改善钛合金的机加工性能，从而降低其制造成本，美国Daido公司与日本Honda 公司联合开发出一种“易于机加工”钛合金；Ti-3Al-2. 5V +硫化稀土。这种钛合金的可