钛及钛合金材料精品整理
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钛(Ti)一、简介钛化学符号Ti,被认为是一种稀有金属,是一种银白色的过渡金属,其特征为重量轻、强度高、具金属光泽。
钛具有稳定的化学性质,有良好的抗腐蚀能力(包括海水、王水及氯气,而且钛放入海底20~50年均不会被腐蚀),亦有良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱,以及高强度、低密度等优秀特性。
二、相关参数1.钛的强度大,纯钛抗拉强度最高可达180kg/mm²,钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性,其“比强度”位于金属之首。
2.钛的密度为4.506-4.516g/cm³,熔点1668±4℃,熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子,沸点3260±20℃,汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子,临界温度4350℃,临界压力1130大气压。
3.钛的导热性和导电性能较差,近似或略低于不锈钢,钛具有超导性,纯钛的超导临界温度为0.38-0.4K。
在25℃时,钛的热容为0.126卡/克[5] 原子·度,热焓1149卡/克原子,熵为7.33卡/克原子·度。
4.金属钛是顺磁性物质,导磁率为1.00004。
5.钛具有可塑性,高纯钛的延伸率可达50-60%,断面收缩率可达70-80%。
三、钛的十大特性1.密度小,比强度高,金属钛的密度为4.51g/立方厘米,高于铝而低于钢、铜、镍,但比强度位于金属之首。
2.耐腐蚀性能,不受大气和海水的影响。
在常温下,不会被7%以下盐酸、5%以下硫酸、硝酸、王水或稀碱溶液所腐蚀。
3.耐热性能好,新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。
4.耐低温性能好,在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性。
5.抗阻尼性能强,钛受到机械振动、电振动后,与钢、铜金属相比,其自身振动衰减时间最长。
6.无磁性、无毒,钛是无磁性金属,在很大的磁场中也不会被磁化,且无毒。
7.抗拉强度与其屈服强度接近,钛的这一性能说明了其屈强比(抗拉强度/屈服强度)高,表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。
国内外常用钛及钛合金牌号钛是一种具有轻质、高强度、耐腐蚀性的金属材料,广泛应用于航空航天、化工、医疗、汽车、船舶等领域。
下面将介绍一些常用的国内外钛及钛合金牌号。
一、纯钛牌号1. CP1、CP2、CP3、CP4这是最常见的纯钛牌号,也是最常用的工业纯钛。
它们的差异主要是杂质含量的不同,CP1是杂质含量最低的纯钛,CP4则是杂质含量相对较高的纯钛。
2. Gr.1、Gr.2、Gr.3、Gr.4这些是美国钛合金协会(ASTM)制定的纯钛牌号,与前面的CP牌号对应。
Gr.1对应于CP4,Gr.2对应于CP3,依此类推。
二、钛合金牌号1. Ti-6Al-4V这是最常见的钛合金牌号,含有6%的铝和4%的钒。
它具有良好的强度、耐腐蚀性和热稳定性,广泛应用于航空航天、医疗和汽车制造等领域。
2. Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo这是一种高强度、高耐腐蚀性的钛合金,适用于高温、高压环境下的应用,如航空发动机等。
3. Ti-3Al-2.5V这是一种中等强度、良好耐腐蚀性的钛合金,常用于航空航天、船舶和化工领域。
4. Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al这是一种高强度、高耐腐蚀性的钛合金,适用于航空航天、海洋和船舶制造等领域。
5. Ti-6242这是一种高强度、高温钛合金,具有优异的耐腐蚀性和热稳定性,常用于航空航天和化工领域。
三、其他常见钛合金牌号除了上述几种常用的钛合金牌号外,还有一些其他常见的钛合金,例如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo、Ti-8Al-1Mo-1V等。
这些牌号都具有特定的化学成分和性能特点,可以根据具体要求选择使用。
总结:以上介绍了一些常用的国内外钛及钛合金牌号,包括纯钛牌号如CP1、CP2、CP3、CP4以及Gr.1、Gr.2、Gr.3、Gr.4;钛合金牌号如Ti-6Al-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-3Al-2.5V、Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al等。
国内外常用钛及钛合金牌号钛是一种广泛应用于工业领域的金属材料,具有良好的机械性能、化学稳定性和耐腐蚀性能。
常见的钛及钛合金牌号有国内牌号TA1、TA2、TA3、TA4等,国际牌号有Grade 1、Grade 2、Grade 5、Grade 9等。
TA1是中国钛标准GB/T 3620.1-2007中规定的一种纯钛,化学成分要求中钛元素含量不少于99.5%,机械性能要求中0.2%抗拉强度不少于240MPa,延伸率不少于24%。
TA1具有优异的腐蚀抗性,可以在强酸、碱等腐蚀介质中长期使用,常用于制作化工设备、海水淡化设备、医疗器械等。
TA2是一种常见的工业纯钛,也是中国标准GB/T 3620.1-2007中规定的纯钛牌号之一。
其化学成分要求中钛元素含量不少于99.5%,机械性能要求中0.2%抗拉强度不少于450MPa,延伸率不少于18%。
TA2具有良好的可锻性和可焊性,常用于制造化工设备、海洋工程、航空航天等领域。
TA3是国内的一种α+β相钛合金,化学成分中钛元素含量不少于99.5%,铁含量不大于0.30%,机械性能要求中抗拉强度不少于540MPa,延伸率不少于15%。
TA3具有良好的塑性和可焊性,常用于制造化工设备、海洋工程、航空航天等领域。
TA4是中国国内新版的一种α相钛合金,主要改进了化学成分和机械性能,相较于TA3具有更高的抗拉强度和延伸率。
TA4的化学成分要求中钛元素含量不少于99.7%,铁含量不大于0.20%,机械性能要求中抗拉强度不少于620MPa,延伸率不少于13%。
TA4广泛应用于航空航天、船舶工程、化工设备等领域。
Grade 1是美国钛协会(ASTM)标准中规定的纯钛牌号,化学成分要求中钛元素含量不少于99.5%,机械性能要求中抗拉强度不少于240MPa,延伸率不少于24%。
Grade 1具有良好的腐蚀抗性和可锻性,广泛应用于航空航天、化工设备、医疗器械等领域。
Grade 2是ASTM标准中的一种工业纯钛牌号,化学成分要求中钛元素含量不少于99.0%,机械性能要求中抗拉强度不少于345MPa,延伸率不少于20%。
钛合金TA7(Ti-5Al-2.5Sn),TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的降低而提高,但塑性变化却不大。
在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性,是低温容器,贮箱等设备的理想材料。
产品名称:钛丝材质:Gr1,Gr2,Gr3,Gr5,Gr5 ELI,TA1,TA2,TC4,BT-14执行标准:GB/T3623-98,AWSA5.16 AMS,ASTMF 136-84,ASTM F67产品名称:钛棒材质:Gr1,Gr2,Gr3,Gr4,Gr5,Gr7,Gr11,Gr12TA0 TA1 TA2 TA3 TA4 TA5 TA6 TA7TA9 TA10 TC1 TC2 TC3 TC4 Ti6AL-4V ELT执行标准:GB/T2965-98,ASTM B 348-83,ASTM F136-95,AMS4928,ASTM F67产品规格:直径3---200mm产品名称:钛板材质: Gr1 Gr2 Gr3 Gr4 Gr5 Gr7 Gr11 Gr12TA0 TA1 TA2 TA3 TA4 TA5 TA6 TA7 TA9TA10 TC1 TC2 TC3 TC4 TB2产品规格:厚度0.3---60mm宽度:600---1400mm长度:大于2000mm执行标准:GB/T3621-94 ASTM B265-ASME GB/T4845-93AMS供货形式:热轧退火钛标准件材质:纯钛(Gr1,Gr2),合金(6Al-4V)种类:钛螺丝,钛标准件,钛垫片钛螺丝标准类型:多款选择,样品或现货钛螺丝类别有:平头十字机丝、平头内六角机丝、平头机丝半牙、半圆头内六角机丝、半圆头十字机丝、大扁头内六角机丝钛螺丝规格有:M3、M4、M5、M6、M8、M10、M12、M14、M16、M8、M20、M22、M24、M26、M28、M30产品名称:钛管材质:Gr1 Gr2 Gr3 Gr7 Gr9 Gr12 Gr23执行标准:ASTM B338,ASTM B337, GB/T3624,GB/T3625产品规格:外径5.0---144mm壁厚0.3--20mm供货形式:无缝管,焊接管钛铜复合/钛包铜棒钛铜复合棒的性能:钛铜复合棒作为金属阳极的主要部件,其作用有以下3点:一:支撑阳极;钛铜复合棒具有一定的强度和抗弯曲性能,复合棒材的屈服强度达到128MPa,充分满足生产设计要求。
钛和钛合金的介绍
钛,是一种金属元素,它的化学符号是Ti,原子序数是17。
它和其他金属元素相比,既不能像铁那样形成金属间化合物(如TiC),也不能像钛那样形成氧化物(如TiO)。
因此,钛在工业
上被广泛用于制造火箭的推进系统、化工设备、飞机发动机、医
疗器械和军事上的防辐射设备等。
钛合金是一种比强度很高的材料,在航空航天领域中应用广泛。
它是一种比较难熔的金属,熔点和沸点都很低,在空气中不
易氧化。
钛合金的强度很高,比强度一般在35以上。
但它的延
展性和耐热性差,受高温作用容易被氧化而失去强度。
钛合金分为两大类:一类是普通钛合金;另一类是超低钛合
金(一般为Ti-6Al-4V)。
普通钛合金是由钛、铜、铝等元素组成的铁基和铝基合金。
超低钛合金由钛、镍、铁和铜组成。
目前,
美国已将镍和铁等元素掺入超低钛合金中,提高了超低钛合金的
强度和韧性。
钛及钛合金在常温下具有很好的强度和韧性,但在高温下强
度和韧性急剧下降。
—— 1 —1 —。
钛及钛合金牌号和化学成分标准
一、钛及钛合金牌号
1. 工业纯钛
工业纯钛是一种具有优异综合性能的工程材料,广泛用于化工、石油、食品、轻工等领域。
根据杂质元素含量的不同,工业纯钛分为TA1、TA2和TA3三个牌号。
2. 耐蚀钛合金
耐蚀钛合金主要用于化工、石油等领域的设备及管道,具有较强的耐腐蚀性能。
常用的耐蚀钛合金属有Ti-3Al-2.5V(TC4)和Ti-6Al-4V(TC20)等。
3. 高强度钛合金
高强度钛合金主要用于航空航天、汽车等领域的高强度结构件。
常用的高强度钛合金属有Ti-6Al-4V (TC20)、Ti-5Al-2.5Fe(TC21)等。
4. 高强度耐蚀钛合金
高强度耐蚀钛合金结合了高强度和耐腐蚀性能,主要用于海洋工程、化学工业等领域的重要结构件。
常用的高强度耐蚀钛合金属有Ti-6Al-4V ELI(TC4 ELI)等。
5. 高强度低成本钛合金
高强度低成本钛合金具有较高的强度和较低的成本,主要用于汽车、航空航天等领域的重要结构件。
常用的高强度低成本钛合金属有Ti-6Al-4V(TC20)等。
6. 非晶钛合金
非晶钛合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能,是非晶材料中的一种。
常用的非晶钛合金属有Ti-55531等。
二、钛及钛合金化学成分标准
1. 3620.1:钛及钛合金牌号和化学成分。
2. 3620.2:钛及钛合金棒材化学成分允许偏差。
3. 3620.3:钛及钛合金管材化学成分允许偏差。
4. 3620.4:钛及钛合金丝材化学成分允许偏差。
国内外常用钛及钛合金牌号国内外常用的钛及钛合金牌号有很多,以下是一些常见的牌号及其特点:1. TC4(国内牌号:钛合金Ti-6Al-4V):TC4是一种α+β型钛合金,由6%的铝和4%的钒组成。
它具有良好的机械性能,具有较高的强度、良好的耐腐蚀性和良好的韧性。
它被广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
2. TA1(国内牌号:纯钛Ti):TA1是最常见的纯钛牌号,它具有优异的耐腐蚀性、低密度和良好的可加工性。
它广泛应用于化工、海洋、船舶、食品工业等领域。
3. TA2(国内牌号:纯钛Ti-2):TA2是一种具有良好力学性能和耐腐蚀性能的纯钛牌号。
它比TA1稍低的纯净度使得其价格相对较低,广泛应用于船舶、化工设备和制药设备等领域。
4. Ti-3Al-2.5V:Ti-3Al-2.5V是一种α+β型钛合金,由3%的铝和2.5%的钒组成。
它具有良好的耐腐蚀性、高强度和良好的可塑性。
它被广泛应用于船舶、化工设备、航空航天和医疗器械等领域。
5. Ti-6242(国内牌号:钛合金Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo):Ti-6242是一种具有高强度和优异的抗腐蚀性能的α+β型钛合金,由6%的铝、2%的锡、4%的锆和2%的钼组成。
它被广泛应用于航空航天、船舶、汽车和化工设备等领域。
6. Ti-15333(国内牌号:钛合金Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al):Ti-15333是一种α+β型钛合金,由15%的铝、3%的钒、3%的铬和3%的锡组成。
它具有较高的强度和良好的耐腐蚀性能,在航空航天、船舶和化工设备等领域有广泛应用。
这些是常见的国内外常用钛及钛合金牌号,每个牌号都具有不同的特点和适用领域。
根据具体的工程要求和应用环境,可以选择合适的钛及钛合金牌号,以满足不同领域的需求。
钛及钛合金分类钛是一种具有广泛应用前景的金属材料,它具有低密度、高强度、优异的耐腐蚀性能等特点,因此被广泛应用于航空航天、汽车、化工等众多领域。
钛的分类主要基于其合金成分、晶体结构和加工工艺等方面的不同。
本文将介绍钛及钛合金的分类,并对每一类进行详细的描述。
一、钛的分类1.按合金成分分类根据合金中所包含的元素种类和含量不同,钛可以分为纯钛和合金钛两类。
纯钛: 纯钛是指含有至少99.5%纯度的钛。
它具有优良的耐腐蚀性、低密度、高强度和良好的可锻性。
纯钛广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。
合金钛: 合金钛是指将其他金属元素合金化到钛中,以改变钛的物理和化学性质。
常见的合金钛包括钛铝合金、钛镁合金、钛锆合金等。
2.按晶体结构分类钛及钛合金可分为α型钛合金、β型钛合金、α-β型钛合金和亚共析钛合金等几种晶体结构分类。
α型钛合金: α型钛合金主要是由α相组成,具有良好的可塑性和焊接性能,在航空航天和海洋工程等领域有广泛应用。
β型钛合金: β型钛合金主要由β相组成,具有高强度和优异的耐热性能。
它被广泛应用于航空发动机和高温设备等领域。
α-β型钛合金: α-β型钛合金同时包含α相和β相,具有良好的机械性能和耐腐蚀性能,在制造航空器结构材料和骨科植入材料方面具有重要应用价值。
亚共析钛合金: 亚共析钛合金是指在合金中含有亚共析相,具有良好的耐腐蚀性和高温强度,被广泛应用于核工业和航空航天工业等领域。
二、钛合金的分类1.按合金元素分类根据合金中所添加的元素种类和含量不同,钛合金可以分为钛铝合金、钛镁合金、钛锆合金等。
钛铝合金: 钛铝合金以铝作为主要合金元素,并添加其他元素如钼、锡等,具有高强度和良好的热处理性能。
钛镁合金: 钛镁合金以镁作为主要合金元素,并添加少量的锆、铝等元素,具有轻质和高强度的特点。
钛锆合金: 钛锆合金以锆作为主要合金元素,并添加小量的铁、铬等元素,具有良好的耐腐蚀性和高温强度。
2.按应用领域分类根据钛合金在不同领域的应用特点,钛合金可以分为航空航天钛合金、生物医用钛合金、汽车用钛合金等。
国内外常用钛及钛合金牌号钛及其合金是一种广泛应用的金属材料,在工业生产中具有重要的地位。
钛具有低密度、高强度、耐腐蚀等优良特性,在航空航天、汽车、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
以下是国内外常用的钛及钛合金牌号介绍。
国内常用钛及钛合金牌号:1. TA0:也称为纯钛,是最常见的钛材料。
TA0具有良好的可塑性和耐腐蚀性能,常用于航空航天、船舶、化工等领域。
2. TC4:是一种常用的α+β型钛合金,合金中含有6%的铝和4%的钛。
TC4具有优异的耐高温性和良好的机械性能,在航空航天、汽车制造等领域广泛应用。
3. TC6:是一种α+β型钛合金,合金中含有6%的铝和2%的锡。
与TC4相比,TC6具有更高的强度和较好的韧性,常用于航空航天、船舶制造等领域。
4. TC9:是一种α+β型钛合金,合金中含有3%的铝和2.5%的钒。
TC9具有较好的焊接性和塑性,广泛应用于航空航天、能源装备等领域。
5. TA15:是一种α+β型钛合金,合金中含有6%的铝和4%的铁。
TA15具有优良的耐腐蚀性和高温强度,常用于航空航天、石油化工等领域。
国外常用钛及钛合金牌号:1. Grade 2:与TA0类似,是一种纯钛材料。
Grade 2具有良好的可塑性和耐腐蚀性,在医疗领域常用于人工关节、牙科种植等应用。
2. Grade 5:与TC4相对应,也是一种α+β型钛合金,合金中含有6%的铝和4%的钒。
Grade 5具有优异的机械性能和耐腐蚀性,在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。
3. Grade 23:也被称为钛6-4 ELI(Extra Low Interstitial)合金,是一种医用级别的钛合金。
Grade 23具有优良的生物相容性和高强度,常用于医疗器械和人工骨骼等应用。
4. Ti-6Al-7Nb:是一种α+β型钛合金,合金中含有6%的铝和7%的铌。
Ti-6Al-7Nb具有良好的生物相容性和抗腐蚀性能,在医疗领域常用于人工关节和牙科种植等应用。
典型钛及钛合金的组织与性能综述Newly compiled on November 23, 2020典型钛合金的组织与性能文献查阅总结1.α型钛合金α型钛合金中又分为全α型钛合金和近α型钛合金,工业纯钛属于α型钛合金,此外一般α合金含有6%左右的Al和少量中性元素,退火后几乎全部是α相,典型合金包括TA1~TA7合金等;近α型钛合金中除了含有Al 和少量中性元素外,还有少量(不超过4%)的稳定元素,如TA15、TA16、TA17等。
工业纯钛工业纯钛按杂质元素含量分为TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2、TA2ELI、TA3、TA3ELI、TA4、TA4ELI9个牌号,相变点大约为900℃。
工业纯钛具有高塑性、适当的强度、良好地耐蚀性以及优良的焊接性能等特点,广泛应用于化工设备、滨海发电装置、海水淡化装置、舰船零部件等,其冷热加工性能好,可生产各种规格的板材、棒材、型材、带材、管材和丝材,一般在退火状态下交货使用。
典型的工业纯钛显微组织如图1-3所示:图1 TA1板材650℃/1h退火态组织:等轴α+少量晶间β图2 TA2大规格棒材600℃/1h退火态组织:等轴α图3 TA3板材800℃/1h退火态组织:等轴α+含有针状α转变的βTA1钛管的组织与性能[][]庞继明,李明利,李明强等. 退火温度对TA1钛管材组织和性能的影响[J]. 钛工业进展. 2011, 28(2): 26-28研究方法:TA1铸锭经过2500t水压机开坯锻造和1600t卧式挤压机热挤压,最终获得φ45×7mm的管坯。
管坯经两辊和三辊管材冷轧机轧制成φ12×的管材。
将管材置于真空热处理炉中,分别加热至450,475,490,500,550,600,650,700℃,保温90min,随炉冷却。
a)TA1钛管的显微组织图1为冷加工态及不同的温度热处理后的TA1管材横向显微组织。
可以看出,冷加工态的TA1管材组织混乱且有部分晶粒破碎不完全;700℃下的组织已完全再结晶、等轴化,与650℃的相比晶粒已明显长大。
百度文库- 让每个人平等地提升自我钛及钛合金综述一钛及钛合金的发展钛在化学元素周期表中属于TVB族元素,其原子其原子序数为22。
钛在地壳中的含量为%,在所有的元素中,名列第九,但在常用金属元素中仅次于铝、铁、镁,居第四位。
钛在地壳中大都以金红石(TiO2)和钛铁矿等形式存在。
由于分离提取困难,具有工业意义的金属钛直到20世纪40年代才生产出来。
钛及钛合金的密度小,抗拉强度高(可达140Kg/mm2)。
在-253~600℃范围内,它的比强度(抗拉强度/密度)在金属材料中几乎最高。
它在适当的氧化性性环境中可形成一种薄而坚固的氧化膜,具有优异的耐蚀性能。
此外,钛及钛合金还具有非磁性、线膨胀膨胀系数小等特点,这就使钛及钛合金首先成为重要的宇航结构材料,随后又推广到舰船制造、化学工业等领域,并得到了迅速的发展。
二钛及钛合金的分类及应用钛及钛合金按组织结构分为α合金、α+β合金、β合金等三大类合金。
1 α合金α合金中有TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8等8种合金。
TA1、TA2、TA3是工业纯钛。
它们是按杂质元素含量分的三个等级。
它们主要应用于要求高塑性、适当的强度、良好的耐蚀性以及可焊接性的场合。
TA1、TA2、TA3它们的冷加工性能好,可生产各种规格的板材、棒材、型材、带材、管材和箔材。
板材可以进行冷冲压。
TA4是一种钛-铝二元合金。
它的抗拉强度比工业纯钛稍高,可以做中等强度范围的结构材料。
国内主要用做焊丝。
TA5是一种全α型合金。
它的抗拉强度比工业纯钛高,但塑性稍差,有良好的焊接性能及耐腐蚀性能。
这种合金在要求在退火状态下交货,可用做海水腐蚀环境下的结构材料。
目前已成功地应用于造船工业。
TA6是一种全α型的钛-铝二元系合金。
它的抗拉性能高于TA4,但是它的塑性稍差。
用它制成的板材可进行冷冲压,焊接性能良好,耐蚀性好。
它和TA5一样,也是在退火状态交货,适用于400℃以下和存在浸蚀介质的环境下工作。
一、钛及钛合金材料(一)材料1.碘化钛碘与粗钛在低温下直接作用生成挥发性的碘化钛,经加热使碘化钛分解,再沉积而得到高纯度的金属钛称为碘化钛。
牌号:TAD. 符号:Til2. 纯度>%(wt)主要用于科研,如测试纯钛的化学性能、物理性能、合金化研究等。
2.海绵钛含钛的矿石从金红石(Tio2)存在,经氯(Cl2)化生成四氯化钛(TiCl4),再用活性金属(Mg或Na)还原得到海绵状的金属钛(Ti)称为海绵钛。
镁法海绵钛:MHTi纳法海绵钛:NHTi海绵钛是疏松多孔,纯度(wt),其硬度HB为100-157,是钛工业生产的原料。
海绵钛分级见表1.3.工业纯钛含有一定量的氧、氮、碳、硅、铁及其他元素杂质的α相钛称为工业纯钛。
工业纯钛的含钛量≮%(wt)按杂质元素含量把工业纯钛划分为四个级别,见表2.表1 海绵钛分级(MHTi)GB/T2524-2002表2 工业纯钛分级GB/.4.钛合金以钛为基体金属元素和含有其他合金元素及杂质元素所组成的合金称为钛合金。
钛合金举例见表3.表3 钛合金GB/5.ELI钛及钛合金具有超低间隙杂质元素的钛及钛合金称为ELI钛及钛合金。
如:Ti-6Al-4V ELI.为了改善低温钛及钛合金的塑性和韧性开发出来的超低间隙元素的钛及钛合金,由于间隙元素含量小,其溶于钛后减小了钛晶格歪曲,随温度降低,钛的强度增加,而塑性和韧性下降的很小,在室温-253℃条件下具有强度高,良好的塑性和高的断裂韧性。
(二)标准1.常用标准(钛)(1)中国标准①GB:国家强制性标准②GB/T: 国家推荐性标准③GJB: 国家军用标准④YB: 部颁标准⑤YY: 行业标准⑥YS/T: 行业标准⑦NY/T: 行业标准(2)国际及外国标准①ISO:国际标准化组织标准②ANSI:美国国家标准a.ASTM: 美国材料试验协会标准-T(MIL-STD): 美国军标c.AMS: 美国金属学会标准③TOCT: 原苏联国家标准AMTY:原苏联国家航空技术委员会标准④JIS: 日本工业标准⑤EN: 欧洲标准委员会标准⑥DIN: 德国标准WL:德国航空材料标准⑦BS: 英国标准⑧NF: 法国标准2.钛及钛合金牌号对照表43.有关标准检验项目表54.产品标准参考表6、表75.出口用标准(三)国际组织与标准化机构1.部分国际组织、国家标准化机构和标准代号2.与金属材料有关的部分国外协会、学会及专业标准代号。
(四)热处理1.概念通过对金属材料采用适合的加热方式、保温、冷却以获得预期的组织形态、分布及性能的工艺称为热处理。
加热的方式有非真空加热、真空加热。
冷却的方式有空冷、水冷、油冷、炉冷等。
2.真空热处理一般指在1X10-5 Pa的真空环境中(通常最低要求2-3X10-3 Pa的真空度),进行加热,(有时要求充惰性气体),保温、冷却的热处理工艺称为真空热处理。
产品的出炉温度<200℃才能保证钛的表面不被氧化,呈银白色的金属钛本色。
3.退火对产品加热到适合温度,保温一定时间,使其冷却,获得接近平衡状态组织的热处理工艺称为退火。
退火目的是均匀化学成分,改善机械性能和工艺性能。
例如:消除因加工引起的硬化、如消除内应力、如实现再结晶、如真空退火除气(一般是氢气)等。
(1)再结晶退火对冷变形和热变形的金属加热到高于再结晶温度,使其破碎的晶粒和拉长的晶粒重新成核并长大成为细小的等轴晶粒,不禁消除了加工引起的硬化,还恢复了加工变形能力,这称为再结晶退火。
考虑再结晶退火温度受产品变形率和原始晶粒的大小等影响因素,再结晶温度要比理论讲的再结晶温度高出100-150℃为宜。
所以,实际再结晶退火温度:工业纯钛为650-700℃;TC4钛合金为800-850℃。
(2)消除应力退火消除金属材料因变形加工、切削加工、焊接加工及深加工制造等过程引起的内部应力,又不发生再结晶的退火称为消除应力退火。
如:工业纯钛消除应力退火温度550-600℃,TC4钛合金消除应力退火温度550-600℃。
4.加热(1)非真空加热t(℃)图示1给出了加热流程(分)O A B C D图示1 加热工艺流程OA: 炉子加热升温AB: 装料温度工业纯钛350-400℃TC4钛合金600-700℃BC: 保温CD: 冷却(一般为空冷)保温时间h=D/2+(30-50分钟)D为钛的直径或厚度mm.(2)真空加热先装炉料,然后加热并抽真空(有时真空度达到要求后充惰性气体),保温、冷却,最后出炉(出炉温度最佳<200℃)空冷。
(3)加热特点①加热工艺依据钛的加热工艺主要依据其物理化学特性,其中导热率和化学活性是重要因素。
a.钛的化学活性大,其导热系数低为铜的1/2,铝的1/3,钢的1/5,说明在同一加热温度下,钛的加热时间要长,使其表面受热的时间要长,则钛截面的温度差要大,只有在加热长的时间内才达到平衡。
b.钛的化学活性大,在常温的空气中,钛表面的氧膜是一层致密、惰性和稳定的保护膜能阻止氧等向钛基体扩散。
这层氧化膜为金红石结构(TiO2),呈银白色,具有自愈性能。
但是随温度升高,钛的氧化膜发生变化,如:钛在500-550℃的纯氧中有自燃烧特性,在空气中600-650℃时,与氧发生强烈反应,使钛表面钝化膜增厚,进而脱落,将失去对钛的保护作用。
如:钛在500-560℃的空气中,有明显吸氮的特性,高于850℃发生强烈反应,使氧化膜增厚,进而促进脱落。
如:在高于900℃的空气中,钛与碳发生强烈反应,增加氧化膜厚度,进而促进脱落。
特别是钛吸氢变脆特性,钛的吸氢是可逆的,即吸氢也可析出氢,但是高于300℃时吸氢大于析出氢。
钛与氢反应形成氢化钛(TiH2)细小弥散的指点,使钛受脆,其冲击值大幅度下降。
针对钛的活性特性,确定合理的加热温度和保温时间对获得良好性能的钛材具有重要意义。
②过热对钛的加热温度偏高,并保温时间过长,使其组织中的晶粒长大,导致力学性能显著降低的现象称为过热。
③过烧对钛的加热温度过高,接近固相线时,其组织中的晶界处优先发生氧化,进而发生部分熔化的现象称为过烧。
(4)钛的氧化膜钛的氧化膜随温度不同有不同的厚度和颜色,其成分也发生了变化。
表8给出了氧化膜厚度和颜色。
举例:在一定温度下,把试样剖开看截面的氧化膜结构及颜色变化。
①700-800℃Ti基体(银白色)Tio(青铜色)TiO2(金红石,淡蓝色)。
②825-850℃Ti基体Ti+TiO粉末TiO+少量Ti TiO2(深蓝色)TiO2(浅蓝色)TiO2(黄褐色)③875-1050℃Ti基体TiO+少量Ti TiO TiO2(紫色粉末)TiO2(深蓝色)5.加热设备及气愤(1)感应加热:高频、中频及低频感应炉(2)电接触加热:直接电阻加热(3)燃气加热:煤气炉,液化气炉(4)燃油加热:重油炉,柴油炉(5)间接式电阻加热:箱式电阻丝炉、管式电阻丝炉、辊道式电阻丝炉以上加热属非真空加热,要求加热炉内的气氛保持中性或微氧化性,绝对不允许燃气及燃油的火焰直接喷射钛的表面,不允许用氢气加热。
(五)钛材加工(1)钛材压力加工(又称塑性加工)概念通过压力加工设备使钛金属塑性变形,把固态钛变成为所需要的产品形态的加工过程称为压力加工。
(2)压力加工特点①无切屑变形,金属损耗小②获得所需要形态的同时,也获得了期望的组织与性能③对产品适合专业化的规模生产(3)影响压力加工因素①确认合理的变形程度要实现变形过程,取决于钛本身的性能,必须选择合理的变形参数即适宜的温度、速度、变形率,能避免产生裂纹、断裂、分层、折叠等缺陷和因为变形率不足而造成不希望的组织。
如:在拉制棒材过程中,所确认的温度、速度、涂层、模具等环节不合适,可能会发生塑性变形失稳,而产生拉断、颈缩等现象。
②选择适宜的设备、工具模确认使用的压力加工设备、工具模要有足够的刚性和实现塑性变形的能力。
③确认技术经济合理的工艺路线常用的压力加工设备繁多,选择的原则是不能“大马拉小车”,也不能“小马拉大车”,考虑的核心是成本低,质量符合,保证塑性变形的能力。
(4)变形方式①锻造使用锻造设备上的锤头(包括模具),对钛坯料加力,使其发生塑性变形,获得预期的形状、尺寸、组织和性能的产品的压力加工工艺称为锻造。
一般认为:加力的时间短发生了塑性变形称为锻;加力的时间长发生了塑性变形称为压。
②轧制使用两个旋转的轧辊之间的空隙或模具孔,对钛坯料加力,使其发生横截面积减小,而长(宽)度增加的产品的压力加工工艺称为轧制。
③拉(拔)制钛坯料在拉力作用下,穿过模孔使其发生横截面积减小,长度增加的产品的压力加工工艺称为拉(拔)。
(5)钛及钛合金加工材生产工艺流程图示2.(6)钛及钛合金锻造、轧(拉)制产品的工艺规程表9,表10.表9表10二、钛的性能1.物理性能(1)熔点(熔融温度)钛的晶态和液态平衡共存的温度称为熔点工业纯钛的熔点为1668±4℃高纯度碘化钛的熔点为1670±4℃(2)密度材料每单位体积的质量称为密度。
密度表示材料致密的程度,ρ=m(质量)/v(体积)工业纯钛的密度ρ=cm3TC4钛合金的密度ρ=cm3(3)比重材料每单位体积的重量称为比重。
比重表示材料的重量程度r比重=g(重量)/v(体积)工业纯钛的比重r=cm3TC4钛合金的比重r=cm3(4)比强度是指质轻、强度高的特性指标,为密度与抗拉强的比值,比强度高是航天航空工业应用钛及钛合金的重要依据之一。
(5)相变点相变开始转变的温度称为相变点工业纯钛的相变点温度:αβ885℃TC4钛合金的相变点温度:α-ββ990℃一般工艺规定:成品热变形加工在低于相变点温度30-50℃范围内完成。
(6)晶体结构钛金属内部原子、分子按晶体学作长程有序排列、重复的点陈称为晶体结构。
①具有密排六方晶格,出现在低于885℃,其稳定晶形状态为α型(也称α钛)。
②具有体心立方晶格,出现在高于885℃,其稳定晶形状态为β型(也称β钛)。
(7)沸点钛的沸点为3535℃(8)膨胀系数钛的膨胀系数是各向异性的,常用线性膨胀系数平均数:0---100℃时,工业纯钛为cm/cm/℃(1/℃)。
钛合金为(9)导热系数钛的导热性差,是铜的1/2,铝的1/3,钢的1/5,在一定温度下的导热系数举例:工业纯钛25℃时为卡/厘米.秒.℃100℃时为钛合金25℃时为(10)电阻率钛的导电性差,是铜的%,其电阻系数20℃时为微欧.厘米。
(11)磁化率金属钛是顺磁性物质,其磁化率为()X10-6厘米.克.秒。
钛的磁化率很小,被称为无磁性金属。
(12)弹性模量钛在其弹性范围内,应力与应变呈正比的比例数称弹性模量。
弹性模量表示材料抵抗变形的能力。
2.机械性能钛的机械性能指标有抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击值、疲劳强度、缺口敏感性、断裂韧性、耐磨性等。