鈦合金的案例
鈦與鈦合金沖壓成形研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀
鈦是在地殼中分布最廣的元素之一，約占地殼總重量的0.6%。在金屬中僅次于鋁、鐵、鎂，居第四位。鈦與鈦合金具有以下優(yōu)良特性：比強(qiáng)度高，與一般的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和高溫合金相當(dāng)，但是其密度只有鋼的57%左右；耐腐蝕性強(qiáng)，鈦是一種化學(xué)活性很高的金屬，在常溫下金屬表面容易形成一層穩(wěn)定性高、附著力強(qiáng)的氧化物或氮化物組成的鈍化膜；低溫性能好，在低溫和超低溫的條件下，能夠保持高強(qiáng)度的同時(shí)，仍然具有足夠的低溫韌性和延展性；生物相容性好，彈性模量低，無磁性，無毒性等。鈦與鈦合金具有以上諸多特點(diǎn)，沖壓成形件廣泛應(yīng)用于航空航天、海洋和生物醫(yī)療等領(lǐng)域。本文綜述了鈦與鈦合金沖壓成形的研究進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為鈦與鈦合金的沖壓成形工藝研究和應(yīng)用推廣提供參考。
不同類型鈦合金的沖壓成形能力
按照亞穩(wěn)狀態(tài)下的相組織和β穩(wěn)定元素含量對(duì)鈦合金進(jìn)行分類，鈦合金分為α型、α+β型和β型三大類。
α型鈦合金通常室溫下只含有α相，α相屬于密排六方（HCP）結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了其在室溫變形的特點(diǎn)，與體心立方結(jié)構(gòu)不同，密排六方結(jié)構(gòu)滑移系較少，而且隨著c軸與a軸比值而變化。純鈦的c/a為1.578，主滑移系為，為柱面滑移，此外還有，滑移系，在這些滑移系中完全獨(dú)立的滑移系只有4個(gè)，達(dá)不到米塞斯條件所要求的塑性變形必須的5個(gè)滑移系。但是，由于塑性變形過程中，孿晶{1122}、{1121}和的作用，導(dǎo)致α型鈦合金的變形能力較強(qiáng)，因此，α型鈦合金適合室溫沖壓成形，這類鈦合金包括TA1，TA2，TA3等。
α+β型鈦合金，退火組織為α+β相（初生α相+殘余β相），β相含量一般為5%～40%。α+β型鈦合金中同時(shí)加入了α穩(wěn)定元素和β穩(wěn)定元素，使α相和β相都得到強(qiáng)化。
展開 鈦及鈦合金新工藝、新技術(shù)、新用途介紹
高溫鈦合金的使用溫度極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通鈦合金。目前美國(guó)已經(jīng)制備出了新型高溫鈦合金。
(6)鈦鎳合金
鈦和鎳組成的合金，被成為“記憶合金”，這種合金制成預(yù)先確定的形狀，再經(jīng)定型處理后，若受外力變形，只要稍微加熱便可恢復(fù)原來的面貌。這種合金可用于儀器儀表、電子裝置等各種領(lǐng)域。
4、結(jié)語
鈦擁有許多金屬無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展，鈦及鈦合金的應(yīng)用將更加廣泛，人類對(duì)鈦和鈦合金的需求將日益增大，而生產(chǎn)成本高是限制鈦及鈦合金推廣使用的主要原因之一。因此，開發(fā)與應(yīng)用低成本、大規(guī)模及生態(tài)環(huán)保的連續(xù)化生產(chǎn)工藝，才能使鈦及鈦合金得到更加廣泛的應(yīng)用。
展開 鋁合金、鋅合金、鎂合金、鈦合金對(duì)比
鎂合金常用牌號(hào)有AZ31B、AZ31S、AZ31T、AZ40M、AZ41M、AZ61A、AZ61M、AZ61S、AZ62M、AZ63B、AZ80A、AZ80M、AZ80S、AZ91D、AM60B、AM50A、M1C、M2M、M2S、ZK61M、ZK61S、ME20M、LZ91、LZ61、LZ121、LA141、LA191、LAZ933、LA81、LA91、LAZ931、MA18、MA21、MA14等。
鈦合金
鈦合金指的是多種用鈦與其他金屬制成的合金金屬，強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高。鈦合金廣泛應(yīng)用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等。鈦合金也應(yīng)用在火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。
鈦是同素異構(gòu)體，熔點(diǎn)為1668℃，在低于882℃時(shí)呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱為α鈦；在882℃以上呈體心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，添加適當(dāng)?shù)?em>合金元素而得到不同組織的鈦合金。室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類：α合金,(α+β)合金和β合金。我國(guó)分別以TA、TC、TB表示。
鈦合金的密度一般在4.51g/cm3左右，僅為鋼的60%，一些高強(qiáng)度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)剛的強(qiáng)度，因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)輕的零部件。
部分鈦和鈦合金的力學(xué)性能
鈦合金產(chǎn)品
鈦無毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的生物相容性，是非常理想的醫(yī)用金屬材料，可用作植入人體的植入物等。
展開 鈦及鈦合金新工藝、新技術(shù)、新用途介紹
高溫鈦合金的使用溫度極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通鈦合金。目前美國(guó)已經(jīng)制備出了新型高溫鈦合金。
(6)鈦鎳合金
鈦和鎳組成的合金，被成為“記憶合金”，這種合金制成預(yù)先確定的形狀，再經(jīng)定型處理后，若受外力變形，只要稍微加熱便可恢復(fù)原來的面貌。這種合金可用于儀器儀表、電子裝置等各種領(lǐng)域。
4、結(jié)語
鈦擁有許多金屬無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展，鈦及鈦合金的應(yīng)用將更加廣泛，人類對(duì)鈦和鈦合金的需求將日益增大，而生產(chǎn)成本高是限制鈦及鈦合金推廣使用的主要原因之一。因此，開發(fā)與應(yīng)用低成本、大規(guī)模及生態(tài)環(huán)保的連續(xù)化生產(chǎn)工藝，才能使鈦及鈦合金得到更加廣泛的應(yīng)用。
展開 
鈦及鈦合金的焊接(一)
本文說盡闡述了鈦及鈦合金的材料特點(diǎn)及焊接性、并針對(duì)鈦及鈦合金焊接中易產(chǎn)生氧化、裂紋、氣孔籌焊接缺陷，進(jìn)行了焊接性試驗(yàn)。能過對(duì)鈦及鈦合金焊接工藝規(guī)范的不斷摸索，以及對(duì)試驗(yàn)過程出現(xiàn)的問題的合理分析，總結(jié)出鈦及鈦合金焊接工藝特點(diǎn)及操作要領(lǐng)。
一、鈦及鈦的分類及特點(diǎn)
國(guó)產(chǎn)工業(yè)純鈦有TA1、TA2、TA3三種，其區(qū)別在于含氫氧氮雜質(zhì)的含量不同，這些雜質(zhì)使工業(yè)純鈦強(qiáng)化，但是塑性顯著降低。工業(yè)純鈦盡管強(qiáng)度不高，但塑性及韌性優(yōu)良，尤其是具有良好的低溫沖擊韌性；同時(shí)具有良好的抗腐蝕性能。所以，這種材料多用于化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)等，實(shí)際上多用于350℃以下的工作條件。
根據(jù)鈦合金退火狀態(tài)的室溫組織，可將鈦合金分為三種類型：
α型鈦合金、(α+β)型鈦合金及β型鈦合金。
α型鈦合金中，應(yīng)用較多的是TA4、TA5、TA6型的Ti-AI系合金和TA7、TA8型的Ti+AI+Sn合金。這種合金室溫下，其強(qiáng)度可達(dá)到931N/mm2，而且在高溫下（500℃以下）性能穩(wěn)定，可焊性良好。
β型鈦合金在我國(guó)的應(yīng)用量較少，其使用范圍有待進(jìn)一步擴(kuò)大。
二、鈦及鈦合金的焊接性
鈦及鈦合金的焊接性能，具有許多顯著特點(diǎn)，這些焊接特點(diǎn)是由于鈦及鈦合金的物理化學(xué)性能決定的。
1.氣體及雜質(zhì)污染對(duì)焊接性能的影響
在常溫下，鈦及鈦合金是比較穩(wěn)定的。但試驗(yàn)表時(shí)，在焊接過程中，液態(tài)熔滴和熔池金屬具有強(qiáng)烈吸收氫、氧、氮的作用，而且在固態(tài)下，這些氣體已與其發(fā)生作用。隨著溫度的升高，鈦及鈦合金吸收氫、氧、氮的能力也隨之明顯上升，大約在250℃左右開始吸收氫，從400℃開始吸收氧，從600℃開始吸收氮，這些氣體被吸收后，將會(huì)直接引起焊接接頭脆化，是影響焊接質(zhì)量的極為重要的因素。
展開 大連睿藍(lán)科技有限公司精細(xì)水切割機(jī) 專注鈦合金工業(yè)加工
專注鈦合金工業(yè)加工
水切割作為一種冷切割加工方式，無熱反應(yīng)及受熱變形的特點(diǎn)，對(duì)于鈦合金加工可謂是“一物降一物”的最恰當(dāng)切屑方式，今天我就來帶大家了解一下關(guān)于睿藍(lán)科技精細(xì)水刀在鈦合金產(chǎn)品的專注和不斷深耕歷程。
2020年，睿藍(lán)科技創(chuàng)始人MT. Andy劉畢業(yè)于蘭州大學(xué)，攜手蘭大及吉林大學(xué)共同將水刀技術(shù)率先應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，且在鈦合金、有色金屬、汽車玻璃等材料設(shè)立專項(xiàng)研發(fā)方向。
2021年第一臺(tái)為鈦合金產(chǎn)品定制化的專用水刀切割機(jī)在大連誕生，切割厚度0~200mm,切割精度±0.08mm，基本解決平面切割無需修復(fù)的加工效果。
2022年首次對(duì)于航空領(lǐng)域的鈦合金材料進(jìn)行切割加工，研發(fā)出新型噴嘴，完美解決了零部件在平面加工過程中同時(shí)可開孔等復(fù)雜的加工工藝，一次成型，并成為航空某部指定加工單位。
2023年MT. Andy劉在大連成立了大連睿藍(lán)科技有限公司，與吉林大學(xué)聯(lián)合建立了鈦合金材料研究室，在鈦合金的水刀切割加工上，研發(fā)出三軸、四軸、五軸、三維、管切、封頭切、炮彈切割等前沿技術(shù)和加工工藝，成為中國(guó)精細(xì)化水刀行業(yè)鈦合金加工的引領(lǐng)者。
2024年睿藍(lán)科技研發(fā)制造了全球最大加工床身的鈦合金板材精細(xì)水切割機(jī)，有效加工尺寸為5X16M,實(shí)現(xiàn)單板和多板的同時(shí)切割。并全球獨(dú)創(chuàng)鈦合金板材一次成型三維坡口技術(shù)，節(jié)約固有加工時(shí)間40%，綜合成本節(jié)約50%。公司與蘭大共同研發(fā)一款應(yīng)用于綠硅鈦合金研磨的砂輪片，為全國(guó)首創(chuàng)。
2025年睿藍(lán)科技在制一臺(tái)全球最大的鈦合金管板一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能控制系統(tǒng)無人看守，集成模塊化，有效加工長(zhǎng)度可達(dá)20M， 應(yīng)用于超大鈦合金管件的加工。
大連睿藍(lán)科技有限公司業(yè)已成為全球精密水切割系統(tǒng)的頂級(jí)制造商，專注于工業(yè)數(shù)控水切割系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造，代表著數(shù)控水切割行業(yè)最先進(jìn)的技術(shù)，期待著您的到來與洽談。
展開 【綜述】鈦及鈦合金在汽車輕量化研發(fā)領(lǐng)域的前景及實(shí)際應(yīng)用
鈦及鈦合金作為結(jié)構(gòu)功能性材料，是汽車實(shí)現(xiàn)輕量化和高性能、高功能的理想選材。隨著鈦工業(yè)的發(fā)展，鈦材終將在汽車領(lǐng)域占據(jù)重要地位。汽車用鈦市場(chǎng)潛力不容小覷。
一、鈦合金的優(yōu)點(diǎn)
鈦合金具有優(yōu)異的綜合性能，密度小，比強(qiáng)度高。鈦的密度為4.51g/cm3，介于鋁(2.7g/cm3)和鐵(7.6g/cm3)之間。鈦合金的比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，韌性也與鋼鐵相當(dāng)。鈦及鈦合金抗蝕性能好，優(yōu)于不銹鋼，特別是在海洋大氣環(huán)境中抵抗氯離子的侵蝕和微氧化氣氛下耐蝕性好，鈦合金的工作溫度較寬，低溫鈦合金在-253℃還能保持良好的塑性，而耐熱鈦合金的工作溫度可達(dá)550℃左右，其耐熱性明顯高于鋁合金和鎂合金。同時(shí)具有良好的加工性、焊接性能。
二、鈦合金在汽車上的應(yīng)用
盡管鈦合金已廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工以及艦船工業(yè)上，但是在汽車工業(yè)中的應(yīng)用卻發(fā)展緩慢。從1956年美國(guó)通用公司研制成功第一輛全鈦汽車開始，鈦制汽車零部件直到20世紀(jì)80年代才達(dá)到批量生產(chǎn)的水平，90年代隨著豪華汽車、跑車、賽車需求量的逐年增加，鈦制零部件才得到了飛快發(fā)展。
鈦在汽車上的用途主要分兩大類：
第一類是用來減少內(nèi)燃機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量（對(duì)于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)零件來講，即使減少幾克質(zhì)量都是重要的）；
第二類是用來減少汽車總質(zhì)量。根據(jù)設(shè)計(jì)和材料特性，新一代汽車上鈦主要分布在發(fā)動(dòng)機(jī)元件和底盤部件上。在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，鈦可制作閥門、閥簧、閥簧承座和連桿等部件；在底盤部件主要為彈簧、排氣系統(tǒng)、半軸和緊固件等。
目前鈦合金零部件有以下幾種比較常用↓↓↓
1、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿
鈦合金是連桿用材料的理想選擇。
展開 如何使用深熔氬?。↘ tig）焊接鈦及鈦合金
鈦合金焊接應(yīng)用
鈦合金K TIG深熔氬弧焊接的材料范圍在3毫米和16毫米之間。在此厚度范圍內(nèi)，1G和2G位置均可實(shí)現(xiàn)完全穿透式對(duì)接焊接，單道次焊接，以及鈦合金縱縫和環(huán)縫焊接，鈦合金壓力容器，管道和罐體非常適合應(yīng)用這一工藝。熔深是K TIG深熔氬弧焊對(duì)焊接生產(chǎn)率產(chǎn)生巨大影響的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)全焊透而不需要邊緣坡口的能力可節(jié)省大量時(shí)間和資源，降低成本并增加利潤(rùn)。相比之下，傳統(tǒng)的TIG焊接工藝需要復(fù)雜的V型或J型槽制備工藝，其中在槽制備過程中將金屬母材去除再填充昂貴的焊絲，并且為了確保一致性，必須由昂貴的機(jī)器制備。
由于傳統(tǒng)鎢極氬弧焊熔深局限性，在焊接鈦合金中厚板時(shí)需要多層多道施焊，不僅消耗大量的昂貴焊絲和保護(hù)氣體，焊接效率也非常低。
鈦合金因焊接時(shí)很容易扭曲而聞名，K TIG深熔氬弧焊一次完全穿透材料的焊接能力意味著收縮和變形顯著減少，這對(duì)于管道焊接尤其有益。
K TIG深熔氬弧焊是自動(dòng)焊接工藝， 自動(dòng)化的要求非常簡(jiǎn)單：穩(wěn)定一致的行駛速度和堅(jiān)固的操作架。 K TIG深熔氬弧焊系統(tǒng)可以與客戶現(xiàn)有設(shè)備如操作機(jī)，滾輪架，變位機(jī)，拼板機(jī)以及機(jī)器人進(jìn)行整合，節(jié)省投資成本
在鈦合金焊接中使用這種工藝的其他好處包括：
組對(duì)準(zhǔn)備和設(shè)置，在生產(chǎn)制造環(huán)境中很難實(shí)現(xiàn)對(duì)接零間隙和錯(cuò)邊。K TIG深熔氬弧焊有能力在板厚15%的錯(cuò)邊和間隙的情況下維持穩(wěn)定的熔池，這是其他小孔焊接工藝（例如等離子弧焊接和激光焊接）無法比擬的。
清洗， K-TIG的清洗要求是氬弧焊接的典型要求。 在鈦合金中，吹掃氣體對(duì)于確保清潔根部焊道是必需的， 當(dāng)用K-TIG焊接鈦合金時(shí)，我們建議用100％氬氣吹掃。
保護(hù)氣體， 用深熔氬弧焊對(duì)鈦合金進(jìn)行焊接的首選保護(hù)氣體用100％氬氣焊接。
耗材，比如焊絲和氣體。
展開 鈦合金增材制造技術(shù)的分析和未來趨勢(shì)
鈦合金增材制造技術(shù)生產(chǎn)的人工關(guān)節(jié)確保關(guān)節(jié)具有良好的耐磨界面，同時(shí)能夠很好地與骨組織進(jìn)行容和，提高人工關(guān)節(jié)的質(zhì)量和醫(yī)療水平。
三、鈦合金增材制造技術(shù)應(yīng)用前景分析
隨著增材制造技術(shù)的發(fā)展，鈦合金增材制造技術(shù)會(huì)在工程材料的各個(gè)方面得到應(yīng)用。鈦合金增材制造技術(shù)生產(chǎn)的鈦合金完全可以替換傳統(tǒng)鈦合金材料。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鈦合金材料的應(yīng)用范圍將不僅僅局限于航空航天、國(guó)防和醫(yī)療衛(wèi)生方面，鈦合金增材制造技術(shù)也會(huì)不斷的完善和發(fā)展。鈦合金增材制造技術(shù)才剛開始，他的發(fā)展還需要不斷改進(jìn)和完善，需要科研院校和機(jī)構(gòu)的共同努力。鈦合金增材制造技術(shù)必向著生產(chǎn)復(fù)雜化、高精度化、大型化以及低成本的方向發(fā)展。同時(shí)，增材制造技術(shù)也會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的快速化，促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展，大力提高我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。
來源：寶雞鈦產(chǎn)業(yè)研究院
展開 鈦及鈦合金的焊接(二)
焊接接頭裂紋問題
鈦及鈦合金焊接時(shí)，焊接接頭產(chǎn)生熱裂紋的可能性很小，這是因?yàn)?em>鈦及鈦合金中S、P、C等雜質(zhì)含量很少，由S、P形成的低熔點(diǎn)共晶不易出現(xiàn)在晶界上，加之有效結(jié)晶溫度區(qū)間窄小，鈦及鈦合金凝固時(shí)收縮量小，焊縫金屬不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。
鈦及鈦合金焊按時(shí)，熱影響區(qū)可出現(xiàn)冷裂紋，其特征是裂紋產(chǎn)生在焊后數(shù)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間稱作延遲裂紋。經(jīng)研究表明這種裂紋與焊接過程中氫的擴(kuò)散有關(guān)。焊接過程中氫由高溫熔池向較低溫的熱影響區(qū)擴(kuò)散，氫含量的提高使該區(qū)析出TiH2量增加，增大熱影響區(qū)脆性，另外由于氫化物析出時(shí)體積膨脹引起較大的組織應(yīng)力，再加上氫原子向該區(qū)的高應(yīng)力部位擴(kuò)散及聚集，以致形成裂紋。防止這種延遲裂紋產(chǎn)生的辦法，主要是減少焊接接頭氫的來源。
3.焊縫中的氣孔問題
鈦及鈦合金焊接時(shí)，氣孔是經(jīng)常碰到的問題。形成氣孔的根本原因是由于氫影響的結(jié)果。焊縫金屬形成氣孔主要影響到接頭的疲勞強(qiáng)度。
防止產(chǎn)生氣孔的工藝措施主要有：
（1）、保護(hù)氖氣要純，純度應(yīng)不低于99.99%
（2）、徹底清除焊件表面、焊絲表面上的氧化皮油污等有機(jī)物。
（3）、對(duì)熔池施以良好的氣體保護(hù)，控制好氬氣的流量及流速，防止產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，影響保護(hù)效果。
（4）、正確選擇焊接工藝參數(shù)，增加深池停留時(shí)間使用權(quán)于氣泡逸出，可有效地減少氣孔。
三、鈦板手工鎢板氬弧焊焊接試驗(yàn)
鈦及鈦合金焊接生產(chǎn)中應(yīng)用最多是鎢極氬弧焊，真空充氬焊接方法應(yīng)用也很普遍。氬弧焊的電弧在氬氣流的保護(hù)與冷卻作用下，電弧熱量較為集中，電流密度高，熱影響區(qū)小，焊接質(zhì)量較高。
1.鈦及鈦合金焊接時(shí)，當(dāng)溫度高于500℃~700℃時(shí)，很容易吸收空氣中的氣、氫和氮，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。
展開 航空運(yùn)輸飛機(jī)的材料為什么非得要用鈦合金？
一、鈦的簡(jiǎn)介
1948年美國(guó)杜邦公司才用鎂法成噸生產(chǎn)海綿鈦——這標(biāo)志著海綿鈦即鈦工業(yè)化生產(chǎn)的開始。而鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。
鈦在地殼中含量較豐富，含量排第九位，遠(yuǎn)高于銅、鋅、錫等常見金屬。鈦廣泛存在于許多巖石中，特別是砂石和粘土中。
二、鈦的特性
強(qiáng)度高：是鋁合金的1.3倍，鎂合金的1.6倍，不銹鋼的3.5倍，金屬材料中的冠軍。
熱強(qiáng)度高：使用溫度比鋁合金高幾百度，可在450～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作。
抗蝕性好：耐酸、耐堿、耐大氣腐蝕，對(duì)點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)。
低溫性能好：間隙元素極低的鈦合金TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性。
化學(xué)活性大：高溫時(shí)化學(xué)活性很高，輕易與空氣中的氫、氧等氣體雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硬化層。
導(dǎo)熱系數(shù)小、彈性模量?。簩?dǎo)熱系數(shù)約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約下降50％。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2。
三、鈦合金的分類及用途
鈦合金按用途可分為：耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金(鈦-鉬，鈦-鈀合金等)、低溫合金以及特殊功能合金(鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金)等。
盡管鈦及其合金應(yīng)用的歷史不長(zhǎng)，但由于它那超眾的性能，已經(jīng)獲得了多個(gè)光榮稱號(hào)。首先榮獲的稱號(hào)就是“空間金屬”。它重量輕、強(qiáng)度大又耐高溫，特別適于制造飛機(jī)和各種航天器。目前世界上生產(chǎn)的鈦及鈦合金，大約有四分之三都用于航空航天工業(yè)。許多原來用鋁合金的部件，都改用了鈦合金。
四、鈦合金的航空應(yīng)用
鈦合金主要用于飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)的制造材料，如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤和葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、排氣裝置等零件以及飛機(jī)的大梁隔框等結(jié)構(gòu)框架件。
展開 
TC6 鈦合金錘上自由鍛件心部清晰晶形成原因及解決方法
TC6鈦合金屬于金屬材料，自然符合該規(guī)律，變形程度過小將產(chǎn)生清晰晶。
應(yīng)變速率對(duì)清晰晶形成的影響
鈦合金變形抗力對(duì)應(yīng)變速率非常敏感。當(dāng)應(yīng)變速率由10s-1 減小到10-3s-1 時(shí)，變形抗力最多可降低至原來的1/10。例如TC4 材料在900℃、50%變形及10s-1 下的變形抗力為205MPa；而在10-3s-1 下，變形抗力降低至50MPa，僅為原來的1/4。應(yīng)變速率對(duì)鈦合金變形抗力的影響如圖6 所示。所以，應(yīng)變速率的增大不利于鈦合金的鍛造，而且會(huì)增加鍛造力。
圖6 應(yīng)變速率對(duì)鈦合金變形抗力的影響
應(yīng)變速率的增大還會(huì)極大地增加變形熱的產(chǎn)生，鈦合金導(dǎo)熱性又差，從而造成溫度不均勻，繼而引起變形不均勻或使局部溫度升高超出始鍛溫度，從而導(dǎo)致鈦合金清晰晶的產(chǎn)生。
設(shè)備噸位對(duì)清晰晶形成的影響
設(shè)備噸位過小所形成的打擊力不足以完全克服鈦合金材料的變形抗力，設(shè)備力量就傳遞不到鍛件心部，從而使得鈦合金心部變形程度過小而產(chǎn)生清晰晶。以普通結(jié)構(gòu)鋼為例，自由鍛錘的最大鍛造能力如表3 所示。
表3 自由鍛錘的最大鍛造能力
根據(jù)表3，750kg 自由鍛錘最大鍛造能力為結(jié)構(gòu)鋼35kg。首先，鈦合金密度僅為鋼的一半左右；其次，鈦合金本身的變形抗力約為鋼的兩倍；最后，由于鈦合金的變形抗力對(duì)變形溫度和應(yīng)變速率敏感，鍛造過程中的溫降和錘的快應(yīng)變速率將使鈦合金的變形抗力變?yōu)樵瓉淼膬杀丁＝?jīng)計(jì)算，750kg 自由鍛錘最大的鈦合金鍛造能力約為4.375kg。
該類清晰晶原因分析
根據(jù)原工藝統(tǒng)計(jì)，表2 中8 個(gè)產(chǎn)品的始鍛溫度、終鍛溫度及保溫時(shí)間均符合JHJS0306-2019《鍛造工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》，每火次變形程度均在30%～60%之間，同樣符合JHJS0306-2019《鍛造工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》。
展開 為什么鈦合金是一種難加工材料？
為什么我們認(rèn)為鈦合金是一種難加工材料？因?yàn)閷?duì)其加工機(jī)理和現(xiàn)象缺乏深刻的認(rèn)識(shí)。
1．鈦加工的物理現(xiàn)象
鈦合金加工時(shí)的切削力只是略高于同等硬度的鋼，但是加工鈦合金的物理現(xiàn)象比加工鋼要復(fù)雜得多，從而使鈦合金加工面臨巨大的困難。
大多數(shù)的鈦合金的熱導(dǎo)率很低，只有鋼的1/7，鋁的1/16。因此，在切削鈦合金過程中產(chǎn)生的熱量不會(huì)迅速傳遞給工件或被切屑帶走，而集聚在切削區(qū)域，所產(chǎn)生的溫度可高達(dá)1 000℃以上，使刀具的刃口迅速磨損、崩裂和生成積屑瘤，快速出現(xiàn)磨損的刀刃，又使切削區(qū)域產(chǎn)生更多的熱量，進(jìn)一步縮短刀具的壽命。
切削過程中產(chǎn)生的高溫同時(shí)破壞了鈦合金零件的表面完整性，導(dǎo)致零件幾何精度下降和出現(xiàn)嚴(yán)重減少其疲勞強(qiáng)度的加工硬化現(xiàn)象。
鈦合金的彈性對(duì)零件性能來說可能是有益的，但是在切削過程中，工件的彈性變形是產(chǎn)生振動(dòng)的重要原因。切削壓力使“彈性”的工件離開刀具和反彈，從而使刀具與工件之間摩擦現(xiàn)象大于切削作用。摩擦過程也會(huì)產(chǎn)生熱，加重了鈦合金導(dǎo)熱性不良問題。
加工薄壁或環(huán)形等易變形零件時(shí)，這個(gè)問題就更加嚴(yán)重，將鈦合金薄壁零件加工到預(yù)期的尺寸精度不是一件容易的事。因?yàn)殡S著工件材料被刀具推開時(shí)，薄壁的局部變形已經(jīng)超出彈性范圍而產(chǎn)生塑性變形，切削點(diǎn)的材料強(qiáng)度和硬度明顯增加。此時(shí)，按照原先確定的切削速度加工就變得過高，進(jìn)一步導(dǎo)致刀具急劇磨損。
“熱”是鈦合金難加工的“罪魁禍?zhǔn)住保?2. 加工鈦合金的工藝訣竅
在理解鈦合金加工機(jī)理的基礎(chǔ)上，加上以往的經(jīng)驗(yàn)，加工鈦合金的主要工藝訣竅如下：
(1) 采用正角型幾何形狀的刀片，以減少切削力、切削熱和工件的變形。
(2) 保持恒定的進(jìn)給以避免工件的硬化，在切削過程中刀具要始終處于進(jìn)給狀態(tài)，銑削時(shí)徑向吃刀量ae應(yīng)為半徑的30%。
展開 熱處理工藝對(duì)TC11鈦合金鍛坯組織性能及探傷水平的影響
TC11 鈦合金相當(dāng)于前蘇聯(lián)的BT9 鈦合金，名義成分為6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.25Si，屬高鋁當(dāng)量馬氏體型α+β 兩相鈦合金。該合金具有優(yōu)異的熱強(qiáng)性能，主要用于制作工作溫度在500℃以下的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤、葉片和葉輪等關(guān)鍵零部件，是目前航空工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的鈦合金之一。
由于TC11 鈦合金發(fā)動(dòng)機(jī)盤類鍛件標(biāo)準(zhǔn)要求探傷級(jí)別高(噪聲：φ0.8mm 平底孔不超過20%)，對(duì)鍛件組織均勻性提出了較高的要求。對(duì)于鈦合金材料的探傷，原材料的冶金質(zhì)量、探傷方法、組織均勻性和方向性是影響探傷結(jié)果的主要因素，而組織的不均勻性是影響鈦合金超聲波探傷雜波水平的最主要因素。本文利用熱處理工藝影響組織，而組織又與性能、探傷結(jié)果密切相關(guān)這一原理，通過選用不同的熱處理工藝參數(shù)，研究了TC11 鈦合金鍛坯的高倍組織、室溫力學(xué)性能、探傷結(jié)果的變化規(guī)律，進(jìn)而得到既能滿足探傷要求，又能使力學(xué)性能達(dá)到最佳的熱處理工藝參數(shù)。
試驗(yàn)材料及方法
試驗(yàn)材料
試驗(yàn)采用西部超導(dǎo)材料科技有限公司生產(chǎn)的φ230mm 規(guī)格TC11 鈦合金棒材，熔煉方式為真空自耗電弧爐三次熔煉。原材料經(jīng)過入廠復(fù)驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)滿足GJB 2218A-2018 標(biāo)準(zhǔn)要求。
用鋸床按工藝要求長(zhǎng)度對(duì)棒材進(jìn)行下料，隨后在高溫電爐中相變點(diǎn)β/(α+β)下30 ～40℃范圍內(nèi)加熱并保溫一定時(shí)間后，按鍛造工藝要求出爐鍛造。
試驗(yàn)方法
TC11 鈦合金鍛坯鍛造完成后，將4 件鍛坯按四種不同熱處理工藝進(jìn)行處理。4 種熱處理工藝如下：
⑴鍛坯A：一次退火950℃，保溫2h，空冷，二次退火530℃，保溫6h，空冷。
⑵鍛坯B：一次退火960℃，保溫2h，空冷，二次退火530℃，保溫6h，空冷。
⑶鍛坯C：一次退火970℃，保溫2h，空冷，二次退火530℃，保溫6h，空冷。
展開 為什么鈦合金是一種難加工材料？
為什么我們認(rèn)為鈦合金是一種難加工材料？因?yàn)閷?duì)其加工機(jī)理和現(xiàn)象缺乏深刻的認(rèn)識(shí)。
1．鈦加工的物理現(xiàn)象
鈦合金加工時(shí)的切削力只是略高于同等硬度的鋼，但是加工鈦合金的物理現(xiàn)象比加工鋼要復(fù)雜得多，從而使鈦合金加工面臨巨大的困難。
大多數(shù)的鈦合金的熱導(dǎo)率很低，只有鋼的1/7，鋁的1/16。因此，在切削鈦合金過程中產(chǎn)生的熱量不會(huì)迅速傳遞給工件或被切屑帶走，而集聚在切削區(qū)域，所產(chǎn)生的溫度可高達(dá)1 000℃以上，使刀具的刃口迅速磨損、崩裂和生成積屑瘤，快速出現(xiàn)磨損的刀刃，又使切削區(qū)域產(chǎn)生更多的熱量，進(jìn)一步縮短刀具的壽命。
切削過程中產(chǎn)生的高溫同時(shí)破壞了鈦合金零件的表面完整性，導(dǎo)致零件幾何精度下降和出現(xiàn)嚴(yán)重減少其疲勞強(qiáng)度的加工硬化現(xiàn)象。
鈦合金的彈性對(duì)零件性能來說可能是有益的，但是在切削過程中，工件的彈性變形是產(chǎn)生振動(dòng)的重要原因。切削壓力使“彈性”的工件離開刀具和反彈，從而使刀具與工件之間摩擦現(xiàn)象大于切削作用。摩擦過程也會(huì)產(chǎn)生熱，加重了鈦合金導(dǎo)熱性不良問題。
加工薄壁或環(huán)形等易變形零件時(shí)，這個(gè)問題就更加嚴(yán)重，將鈦合金薄壁零件加工到預(yù)期的尺寸精度不是一件容易的事。因?yàn)殡S著工件材料被刀具推開時(shí)，薄壁的局部變形已經(jīng)超出彈性范圍而產(chǎn)生塑性變形，切削點(diǎn)的材料強(qiáng)度和硬度明顯增加。此時(shí)，按照原先確定的切削速度加工就變得過高，進(jìn)一步導(dǎo)致刀具急劇磨損。
“熱”是鈦合金難加工的“罪魁禍?zhǔn)住保?2. 加工鈦合金的工藝訣竅
在理解鈦合金加工機(jī)理的基礎(chǔ)上，加上以往的經(jīng)驗(yàn)，加工鈦合金的主要工藝訣竅如下：
(1) 采用正角型幾何形狀的刀片，以減少切削力、切削熱和工件的變形。
(2) 保持恒定的進(jìn)給以避免工件的硬化，在切削過程中刀具要始終處于進(jìn)給狀態(tài)，銑削時(shí)徑向吃刀量ae應(yīng)為半徑的30%。
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