材料小论文钛合金.doc

特种材料——钛合金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枇界上许多国家如美国、 日木、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，得到了实际应用美国钛工业起步较早，其规模和技术口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，取得了举世眠 口的成就第一个实用的钛合金就是1954年美国研制成功的T1-6AL-4V合金， 由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物和容性均 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%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年代以來，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进-步发展耐热钛合金的使用温度已从50年代的400°C： 提高到90年代的600〜650°Ca 2 (Ti3Al)和Y (TiA 1)基合金的出现，使钛在 发动机的使用部位正由发动机的冷端(风扇和压气机)向发动机的热端(涡轮) 方向推进。

结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展 口前，美国航空航天用钛量最大，在20世纪80年代以后设计的各种先进军用 战斗机和轰炸机中，钛合金的用量已稳定在20%以上”】2钛合金的研究新进展近年來，齐国止在开发低成木和高性能的新型钛合金，努力使钛合金进入具 有巨大市场潜力的民用工业领域国内外钛合金材料的研究新进展主要体现在以 下几方面2.1咼温钛合金世界上第一个研制成功的高温钛合金使用温度仅为300〜35()°Co随后相继 研制出使用温度达400°C的IM155O, BT3-1等合金，以及使用温度为450〜500°C 的IMI679, IM685,Ti-6246, Ti-6242等合金口前已成功的应用在军用和民用飞 机发动机中的新型高温钛合金冇英国的IMI829, IMI834合金；美国的Ti-1100 合金；俄罗斯的BT18Y, BT36合金等美国麦道公司采用快速凝固/粉末冶金技 术成功研制出一种高纯度、高致密性钛合金，在760°C下其强度相当于目前室温 下使用的钛合金强度⑹2.2钛铝化合物为基的钛合金与一般钛合金相比，钛铝化合物为基的Ti3Al(a 2)和TiAl( Y )金属间化合物 的最大优点是高温性能好(最高使用温度分别为816°C和982°C、抗氧化能力强、 抗蠕变性能好和质量轻(密度仅为镰基高温合金的1/2),这些优点使其成为未來 航空发动机及飞机结构件最具竞争力的材料。

目前，已有两个Ti3Al为基的钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo 在美国开始批量生产，前者已用作高压压气机机闸、高圧涡轮支撑环、导弹尾翼 和燃烧室喷管密封片等，后者通过形变热处理可获得良好的强度和塑性⑺ 2.3高强高韧B型钛合金B型钛合金最早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的 B120VCA合金B型钛合金具冇良好的冷热加工性能，易锻造，可轧制、焊接, 可通过I占I溶•时效处理获得较高的力学性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性 的很好配合新型高强高韧B型钛合金最具代表性的冇以下几种：(1) TilO23是为适应损伤容限设计原则而研制的具有高的结构效益、可靠性、 低成本的可锻钛合金该合金与飞机结构件中常用的30CrMnSiA高强度结构钢 性能相当，具有优异的锻造性能，目前已在波音757, 737, A300, A320, F14,F18 上得到应用2) Til53合金冷加工性能比工业纯钛还好，可在固溶状态下进行各种复杂零 件的冷成型，时效后的室温抗拉强度可达lOOOMpa以上，目前已用于飞机短舱、 紧固件、液压管、弹簧、直升机旋翼等。

3) B 21S合金是由美国钛金屈公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、高强 钛合金，具有良好的抗氧化性能，冷热加工性能优良，其应用范围也非常广泛 2.4阻燃钛合金常规钛合金在特定的条件下有燃垸的倾向，这在很大程度上限制了其应用 针对这种情况，各国都展开了对阻燃钛合金的研究并取得一定突破美国研制出 的AlloyC(tli称为Ti-1720),名义成分为Ti-35V-15Cr,是一种对持续燃烧不敏感 的阻燃钛合金，具有较高的室温及高温强度、良好的室温及高温塑性、良好的抗 蠕变和疲劳性能，可制成板材、带材、棒材及锻件，目前己用于F119发动机⑻3钛合金在主要领域的发展及应用3.1钛合金在军事工业上的发展及应用钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金屈，其最早的应用，就是 为军事航空工业提供高性能材料钛在军事工业上使用，主要是基于钛及钛合金 具有的优异性能：质量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀性好，另外可与复合材料 结构匹配除上述特性外，钛还具有高韧性、高弹性、无磁等诸多优点这些都 为钛在军事工业小的应用提供了可选择的条件3.1.1钛合金在飞机上的应用钛合金是当代飞机和发射机的主要结构材料美国在20世纪80年代以 后设计的各种先进军用战斗机和轰炸机中，钛的用量已在20%以上。

如第3代F-15战斗机的钛合金用量占27%,而第4代F-22战斗机的钛合金用量占 41%,F-22战斗机是美国洛克西德公司、波咅公司和通用动力公司设计的战术战 斗机，是口前世界上具有代表性的第4代战斗机它首次将隐身、高机动性和 散捷性、不加力超咅速巡航等特性融于一体，将作为美国空军2000年以后的主 力制空机种另外在舰载飞机F/A-18 钛合金主要用于飞机的承力框纵梁、翼根和尾部结构等关键部位另外，为降低成本，提高材料利用率，在着陆拦阻 钩支架接头及发动机安装架述采用了热等静压的TJ-6A1-4V粉冶金制造3.1.2钛合金在舰船上的应用因为钛冇很强的耐酸碱腐蚀能力，在海水中浸5年不锈蚀，钢铁在海水中则 会腐蚀变质所以用钛合金为船只制造外壳，海水无法腐蚀它，制成的潜艇，既 能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%o同时，钛 无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监测作用一般钢铁潜艇下潜超过300m 就容易被水压压坏钛潜艇下潜深度超过300m不但不会被压坏，述能冇效的避 开深水炸弹的攻击，显示了“钛潜艇”的独特魅力和优异性能目前钛是深海领 域舰船用材不可替代的材料俄罗斯早在1968年便成功制造出全钛潜艇，从 20世纪60年代中期开始，俄罗斯先后生产了 6〜7艘双层高压壳“阿尔法”级 全钛潜艇,每艘潜艇用钛达3000to另外如“鲨鱼”级核潜艇、多用途的945型 及988型核潜艇等，其水下排水量大，水下航速快，极限潜水深度可达800m, 其耐压壳体就是用钛合金建造。

钛合金目前也广泛应用在鱼雷发射水缸、鱼雷发 射高压气瓶、危机冷却器上，用钛合金制作的泵、阀、管子、螺旋桨等，使用效 果良好，使用寿命大大延长⑼3.2钛合金在生物医学上的应用生物医用材料是材料科学的一个重要分支，是用于诊断、治疗或替代人体组 织、器官或增进其功能、具有高技术含量和高经济价值的新型载体材料，是材料 科学技术中一个止在发展的新领域近10多年以来，生物医用材料及制品的市场增长率一直保持在20%〜25% 左右，预计未來10〜15年内，包括生物医用材料在内的医疗器械产业将达到医 药制品市场规模，成为21世纪世界经济的支柱产业钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物和容性，是非常理想的医用金属材 料钛及其合金凭借优良的综合性能，成为人工关节（競、膝、肩、踝、肘、腕、 指关节等）、骨创伤用品（髓内钉、托板、螺钉等）、脊柱矫形内固定系统、牙种 植休、牙托、才侨形丝、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用内植入产品的 首选材料等等3.3钛合金在民用领域的应用3.3.1钛合金在自行车行业的应用作为制作高档自行车架的材料应具冇较高的强度和硬度，钛合金将是一种极 好的选择不仅其质量仅为钢的50%o,且强度质量比比馅钳钢高28.4%o钛合 金同时具备很好的抗疲劳性能，疲劳极限是钢的两倍，铝合金车架在使用较长时 间以后在这方面也无法和钛合金相比。

作为应用在自行车架上的高强度低密度的 钛合金材料，它不仅会让车架质量轻、强度高，而且会让车架更经久耐用3.3.2钛合金在汽车行业的应用钛制品应用势头发展迅猛的另一行业是汽车业目前，汽车发动机气门、连 杆、曲轴、排气管、悬簧、消音器、车体和紧固件等，都用上了钛或钛合金比 如气门，用上新近开发的钛铝合金后，可以大大改善发动机性能，比过去用的 鎳基合金相对密度小，抗蠕变强度大，具冇更好的耐濟性随着饮产品进一步开 发和应用，钛制零部件对提高汽车性能、档次、舒适性等将发挥越来越大的作用 特别是中高档轿车，对安全性、舒适性和长寿命的要求越来越高，给饮在汽车工 业中的应用提供了巨大发展机遇3.3.3钛合金在体育行业的应用钛在体育用品中的应用，从最早的网球拍、羽毛球拍到最近儿年广泛使用的 高尔夫球头、杆以及赛车等，使人们对钛的认识提高了一大步钛合金高尔夫球杆、球头市场在经历了前儿年的大幅调整后，目前仍是钛民 用领域的一大支柱，美国在高尔夫球等民用品方面的用钛量增长很快另外， 现在最常在市场出售的钛制品是网球球拍目前，钛在网球拍上，主要是将以纯 钛制的网埋入球拍框架内的方式來使用钛材最近，钛在利用其冋弹力增强击球 效果等新用途上备受关注I®。

4钛合金在我国的应用前景近年，随着我国国民经济的持续快速发展，人民生活水平不断提高，钛和钛 合金材料逐渐进入了民用领域由钛及钛合金板、管、带、丝、箔、饼、环等加 工材和多种金属复合材制成的钛产品，在医疗、体育及眼镜、手表、洗衣机等口 用消费品领域得到应用，受到市场的青睐，未来的市场十分巨大目前，世界上 能进行钛工业生产的只有美国、俄罗斯、□本、中国和欧洲的少数国家而我国 具有钛资源的优势，在全球，我国的钛资源占各国之首位据统计，我国已探明 拥有8.7亿吨的资源储量，是世界已探明储量的60%o左右所以，发展钛材制 品在我国有着得天独厚的有利条件由于民用领域对钛的需求逐年増长，使我国的钛工业得到较快发展目前， 研制的钛合金已达50多种，列入国家标准的钛和钛合金牌号近30个我国已经 成为世界上继美国、俄罗斯、□本之后，具有完整工业体系和生产能力的世界第 4大钛工业国参考文献[1]吴引江，罗建军，段庆文钛工业进展[J], 2003, ,20 (1)： 1[2]彭艳萍，曾凡昌，王俊杰等.材料工程[J], 1997, (10)： 3⑶ 赵树萍，吕双坤.钛工业进展[J], 2002.19⑹:18[4] 杨冠军•钛工业进展[J], 2001.18 (3)： 1[5] 钱九红•稀有金属[J], 2000,24 (3)： 218[6] 高静，姚丽.世界冇色金属[J], 2001, (2)： 5[7] 李东•世界有色金属[J] , 1999, (9)： 16[8] 陈军，赵永庆，常辉•材料导报[J], 2005, (6)： 75⑼ 陈丽萍，娄贯涛•舰船科学技术[J], 2005, (5)： 14[10]冯颖芳•钛工业进展[J], 2002,19 (3)： 9。