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航空用钛合金的发展概况

航空用钛合金的发展概况
航空用钛合金的发展概况

航空用钛合金的发展概况

航空用钛合金的发展概况 □北京航空材料研究院曹春晓 摘要:航空用钛合金近期工程化发展中呈现出一些技术创新的"亮点",其中工艺创新的亮点比成分创新的亮点更多一些。这些亮点包括阻燃钛合金、钛基复合材料、纤维钛层板、超塑性钛合金、特大整体结构件锻造工艺、金属型精铸工艺、大型整体结构件精铸工艺、激光成形工艺、摩擦焊工艺和β热处理工艺等。 关键词:钛合金飞机发动机热处理工艺 20世纪50年代,军用飞机进入了超声速时代,航空发动机相应地进入喷气发动机时代,原有的铝、钢结构已不能满足新的需求。钛合金恰恰在这个时候进入了工业性发展阶段,由于它具有比强度高、使用温度范围宽(-269~600℃)、抗蚀性好和其他一些可利用的特性,因此很快被选用于飞机及航空发动机。50年来的世界钛市场中最大的用户始终属于航空。当前,航空仍然占50%左右市场份额。 受2002年"9.11"事件影响,美国2003年钛工业产品发货量降至15625t(2002年为16071t),日本2003年钛加工材发货量则降至13838t(2002年为14481t),而中国从2000~2004年的钛加工材销售量却一直以很高的速度增长(见表1)。 1993年以后,几乎看不到新推出的工业性钛合金,而钛合金工艺方面的创新却屡见不鲜。这既与冷战时代的结束有关,也与工艺创新往往起到事半功倍之效有关。 一、钛合金在飞机及航空发动机上的用量不断扩大 . 飞机机体的钛用量 表2中列出的-18、A-22、F-35三大战斗攻击机和B-2轰炸机是美国在2015年前保持空中优势的4块"王牌"。由表2可知,总的发展趋势是钛在飞机机体上的用量不断扩大。-18在不断改型的过程中其钛用量也不断增多。 民用飞机的钛用量也在不断扩大(图1和表3)。 我国战斗机的钛用量也在不断扩大:20世纪80年代开始服役的歼八系列的钛用量为2%,两种新一代战斗机的钛用量分别为4%和15%,更新一代的高性能新型战斗机的钛用量将达25%~30%。 . 航空发动机的钛用量 从表4和图2可知,国外先进发动机上的钛用量通常保持在20%~35%的水平。 我国早期生产的涡喷发动机均不用钛,1978年开始研制并于1988年初设计定型的涡喷13发动机的钛用量达到13%。2002年设计定型的昆仑涡喷发动机是我国第一个拥有完全自主知识产权的航空发动机,钛用量提高至15%。即将设计定型的我国第一台拥有自主知识产权的涡扇发动机又进一步把钛用量提高到25%的水平。 二、航空用钛合金近期工程化发展中的一些"亮点" . 阻燃钛合金闪亮登场 为了避免"钛火",俄罗斯曾研制了含Cu高量的BTT-1和BTT-3阻燃钛合金,但由于其力学性能和熔铸性能差而未能工程化。美国发明的AlloyC(Ti-35V-15Cr)阻燃钛合金近期已成功地应用于F119发动机(-22战斗机的动力装置)的高压压气机机匣、导向叶片和矢量尾喷管。这是高温钛合金领域的最新亮点,也是钛发展史

钛合金在多领域的应用与发展

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

航空用钛合金挤压型材

文档从网络中收集,已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持. 航空用钛合金挤压型材 (GB/T ××××-××××) 编制说明 (预审稿) 2018年8月

《航空用钛合金挤压型材》 编制说明 一、工作简介 1.任务来源 根据国标委《国家标准委关于下达2016年第三批国家标准制修订计划的通知》(国标委综合[2016]76号)的精神,由宝钛集团有限公司等单位负责修订《航空用钛合金挤压型材》国家标准。项目计划编号:20161658-T-610,计划完成年限为2019年。 2.本标准所涉及的产品简况 钛合金型材是一种近终形的成品或半成品,具有结构效益高的特点,不需加工或经过少量加工后可直接做为构件使用。挤压成型可生产形式各异、截面复杂的型材,具有生产灵活、加工效率高等特点,并且是复杂断面、空腹、变断面型材的唯一加工方法。相对于板弯型材,挤压型材的刚度好。钛合金型材在飞机结构中主要做为长桁和次承力框、前机身、起落架、中机身结构使用,国内个别型号曾经应用了钛合金的挤压型材。 从2014年起,宝鸡钛业股份有限公司为我国航天大推力火箭研制并批量生产了三种规格的TC4型材500余支。2016年国内战车研制开始使用U型材作为车体的支撑梁,预计每年的需求量50吨以上。 3.起草单位简况 宝钛集团有限公司是我国“三五”期间为满足国防军工和尖端科技发展需要,以“902”为工程代号投资兴建的国家重点企业。现拥有“宝鸡钛业股份有限公司”、“南京钛业股份有限公司”和“上海远东公司”等10多个控股公司、5个全资子公司和宽厚板、复合板、装备设计制造等10多个二级单位。可生产钛、锆、铪、钨、钼、钽、铌、镍等有色金属及其合金达110多个牌号,产品类型包括:板、管、棒、丝、箔、铸件、锻件及复合材料共6000多种产品。经过四十多年的发展,目前已成为国内最大的以钛为主导产品的稀有金属材料专业化生产和科研基地,被誉为“中国钛城”。1999年,被国家科技部和中国科学院认定为“高新技术企业”。2001年首批获得国防科工委颁发的军工生产科研资格许可证。现隶属于陕西有色金属控股集团有限责任公司。

航空结构件用钛合金棒材规范-中国有色金属标准质量信息网

《钛及钛合金棒材》编制说明 (送审稿) (2006年12月)

钛及钛合金棒材 一、任务来源及计划要求 根据全国有色金属标准化技术委员会《关于下达2006~2008年有色金属国家标准修订计划的通知》(有色标委[2006]第13号)的要求,由宝钛集团有限公司、宝鸡钛业股份有限公司负责修订GB/T 2965-1996《钛及钛合金棒材》。按要求于2006年完成修订任务。 二、编制过程(包括编制原则、工作分工、征求意见单位、各阶段工作过程等) 1、编制原则 在现行标准的基础上,结合近些年来钛及钛合金棒材的研制成果及生产、使用的实际情况,参考宝钛集团有限公司与国内使用单位签订的相关的产品协议标准,并充分考虑现行标准在执行过程中产生的问题进行修订。 1)根据国家标准GB/T 3620.1《钛及钛合金牌号与化学成分》的修订情况,将工业纯钛棒材的牌号相应修订为TA1、TA2、TA3和TA4(分别对应ASTM标准的Gr.1、Gr.2、Gr.3和Gr.4);并新增TC4 ELI、TA13、TA15和TA19等钛合金牌号。 2)扩大了棒材的尺寸范围:最小直径或截面厚度从8mm降为>7mm;棒材的最大规格由200mm增大到230mm;退火态棒材的长度范围扩大为300mm~3000mm。 3)依据ASTM B348-06ε1标准,补充了TA1、TA2、TA3、TA4和TC4 ELI 的力学性能指标;根据相关协议标准,确定TA13、TA15和TA19钛合金棒材的力学性能指标。 4)增加了所有牌号钛棒材的规定非比例延伸强度R p0.2指标。 5)提高了棒材的直径或截面厚度的尺寸允许偏差要求。 6)增加了机加工棒材的表面粗糙度要求。 2、分工 本标准由宝钛集团有限公司和宝鸡钛业股份有限公司起草。 3、征求意见单位 本标准在中国有色金属标准计量质量研究所网站公开征求意见。 4、各阶段工作计划 2005年6月~2006年4月调研; 2006年5月~2006年7月提出标准草案; ~2006年11月标准征求意见,形成讨论稿并完成标准的预审; ~2006年12月完成标准送审稿。

航空航天钛合金研究现状

航空航天钛合金研究现状 摘要介绍了钛合金在航空航天领域中应用的进展情况和未来的发展趋势。关键词钛合金,航空航天,应用,发展 引言大量采用现金钛合金极其应用技术,提高钛合金用量,是新一代飞机和发动机先进性的显著标志之一,可大幅度提高结构减重效果和安全 可靠性。如美国第四代战斗机F/A-22的用钛量占结构的38.8%,其 中大部分零件是按照耐久性/损伤容限设计准则选用现金的Ti6Al4V ELI和Ti-6-22-22S损伤容限型钛合金制造的,真是“一代材料,一 代飞机”。同样,航空发动机结构的钛合金用量也在不断提高,如F100 的用钛量为25%。F119的用钛量达40%。 飞机结构钛合金在飞机上的应用可以取得良好的减重效益,满足军用飞机高机动性、高可靠性和长寿命的设计需要。早在世纪50年代初期,国外一些军用飞机上就开始用工业纯钛制造后机身的隔热板、机尾整流罩、减速板等受力不大的结构件。20世纪60年代,钛合金在飞机结构上的应用,进一步扩大到襟翼滑轨、承力隔框、中央翼盒型梁、起落架梁、直升机桨毂等主要受力构件。到20世纪70年代,钛合金在飞机结构上的应用又从战斗机扩大到军用大型轰炸机和运输机,而且在民用飞机上也开始大量采用钛合金构建。例如,波音747大型客机的起落架支承梁,是由Ti6Al4V合金制造的大型锻件。长6cm,质量1.8t。波音787大型客机的起落架转向架梁,是由TI-5553高强度钛合金制造的大型锻件,强度级别为1240MPa,质量约为2.0t。随着钛合金的研究和生产的发展,飞机上的用钛量也越来越大,美国第四代战斗机代表机型FA-22的用钛量已经占到飞机结构的38.8%。F/A-22飞机主要使用7个牌号的钛合金,分别是:中强度钛合金

钛合金在国防工业上的应用

“化学与国防”课程论文 授课学期2013 学年至2014 学年 第一学期 学院化学与药学学院 专业应用化学 学号201110901084 姓名韦利娜 任课教师刘延成 交稿日期 成绩 阅读教师签名 日期 广西师范大学学工部(处)制

钛合金在国防工业上的应用 学院:化学与药学学院专业:应用化学姓名:韦利娜学号:201110901084 摘要:钛合金在国防高技术和武器装备的发展中占有极为重要的地位。它能降低军用飞机的重量,改善机动性能从而极大地提高其战斗力和生存能力;提高航空发动机的推重比;提高舰船搜索、发现、跟踪和反监护能力以及减轻武器重量,延长使用寿命。正因如此,世界各军事强国在其先进的战机、导弹、核潜艇、兵器等武器装备上都大量使用钛合金,并有逐步增加的趋势。此外,钛合金有很好的应用前景。 关键词:钛合金、特点、国防、应用 一、钛合金的特点 (一)钛元素的发现 钛元素发现于1789年,1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白,1910年在试验室中第一次用钠法制得海绵钛,1948年美国杜邦公司(DUPONT)才用镁法成吨生产海绵钛,这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。反应过程如下: TiO2+Cl2 →TiCl4 TiCl4+Mg →Ti 可见钛材生产过程中涉及剧毒化学介质氯气(二战中的化学武器)和贵金属镁,而且反应过程需要大量的能量,这就是钛材昂贵的原因。这个过程冶炼出来的钛材还不能用于生产,因为它还是多孔疏松状的,形似海绵,称为海绵钛,海绵钛将被置于真空自耗电弧炉中冶炼出钛锭,用于板材、棒、管子及其他形式钛材的生产。 (二)钛合金的特性 钛合金具有很多优良性能,钛的比重为4.5g/cm3,仅为普通结构钢的56%,而其具有钛合金的强度高,很好的耐热和耐低温性能能在550℃高温下和零下250℃低温下长期工作而保持性能不变,很好的抗腐蚀能力,把钛合金放在海水中泡上几年,仍能保持光亮。此外,钛的导热系数小、无磁性,某些钛合金还具有超导性能、记忆性能和贮氢性能等功能。正因这些优点,钛金属被称为“太空金属”、“海洋金属”以及21世纪最有发展前景、继钢铁、铝之后的第三金属。目前,钛金属的造价昂贵,使用最多的是航空航天、舰船、兵器等军事工业部门,以用于国防[1]。

航空材料-钛合金

航空材料---钛合金 MASTER 一、钛的简介 1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛——这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。而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。 钛在地壳中含量较丰富,含量排第九位,远高于铜、锌、锡等常见金属。钛广泛存在于许多岩石中,特别是砂石和粘土中。 二、钛的特性 强度高:是铝合金的1.3倍,镁合金的1.6倍,不锈钢的3.5倍,金属材料中的冠军。 热强度高:使用温度比铝合金高几百度,可在450~500℃的温度下长期工作。 抗蚀性好:耐酸、耐碱、耐大气腐蚀,对点蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强。 低温性能好:间隙元素极低的钛合金TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。 化学活性大:高温时化学活性很高,轻易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应,生成硬化层。 导热系数小、弹性模量小:导热系数约为镍的1/4,铁的1/5,铝的1/14,而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2 。 三、钛合金的分类及用途 钛合金按用途可分为:耐热合金、高强合金、耐蚀合金(钛-钼,钛-钯合金等)、低温合金以及特殊功能合金(钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金)等。 尽管钛及其合金应用的历史不长,但由于它那超众的性能,已经获得了多个光荣称号。首先荣获的称号就是“空间金属”。它重量轻、强度大又耐高温,特别适于制造飞机和各种航天器。目前世界上生产的钛及钛合金,大约有四分之三都用于航空航天工业。许多原来用铝合金的部件,都改用了钛合金。 四、钛合金的航空应用 钛合金主要用于飞机及发动机的制造材料,如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、发动机罩、排气装置等零件以及飞机的大梁隔框等结构框架件。航天器主要利用钛合金的高比强度,耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人

航空航天用钛合金的切削加工现状及发展趋势

航空航天用钛合金的切削加工现状及发展趋势 钛合金在航空航天工业和其他工业部门有着广泛的应用前景。随着科学技术的不断进步和我国国民经济的快速发展,作为“崛起的第三代金属”钛工业必将大有作为。 航空航天用钛合金的特点及应用 作为航空航天领域不断兴起的材料,钛合金有以下优势[1-3]: (1)比强度高。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)高温性能优良。钛合金在高温下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。 (3)抗腐蚀性强。在550℃以下的空气中,钛表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,其耐蚀性优于大多数不锈钢。 在航空工业领域,钛合金主要用于制造喷气发动机的压气机盘、涡轮盘、叶片、机匣等,以及诸如大型主起落架支撑梁、机身后段及转向梁等结构件[4]。因钛合金具有比强度高和耐高温特点,用于制造飞机发动机和机体能够有效地提高发动机推重比和机体机构效率,有利于缓解热障现象[5]。近年来军用飞机上所用钛合金材料的比例正在不断增加[6],钛合金材料的应用水平已成为衡量飞机先进性的重要标志之一。美国第四代战斗机的F-22 的机体主要承力材料大量采用钛64(Ti-6Al-4V),约占机身总质量的36%,钛62222 主要用于发动机周围蒙皮机构及发动机框架,约占机身总质量的3%[7]。在民用飞机方面,钛合金的应用也较为广泛。在波音777 上大约采用了11%的钛结构,其平面钛箔的用量将达到12247 kg[8]。在航天工业领域,钛合金主要用于制造耐高温和低温零件[9]。如上海钢铁研究所的7 715D 用于DFH-3 卫星的FY-25 型远地点发动机喷注器;俄罗斯的BT37 合金广泛应用于宇航工业形状复杂的低温管路系统。 航空航天用钛合金的切削加工现状 航空航天用钛合金零部件主要有两类。一类是复杂曲面,如叶轮、涡轮盘和叶片等,实际生产中采用多轴数控加工。图1 中采用多轴铣削加工的钛合金涡轮即为复杂曲面。另一类是薄壁框型件,如大型框、梁和壁板等多采用铣削加工。图2 中采用立铣加工的钛合金壁板是典型的薄壁框型件。上述两种工件的加工都必须从整块坯料中去除大量的材料,而钛合金的切削加工性较差,其工件的加工成本占工件总成本的比重很大。切削加工困难是导致钛合金零件价格高昂的重要因素。

钛合金在军工领域的应用

钛合金在军工领域的应用 一.我国国防工业使用钛的情况无论是美国还是俄罗斯,其钛材主要应用于飞机制造业和造船业。近年来,我国这两个领域发展很快,不断有新型飞机量产,在研的项目也很多,估计这两个领域的用钛量将会大幅增加,而且也有报道说明我们的F10上也使用了较多的钛合金,前段时间还有网友在铁血网站上贴出了我国新型的钛合金发动机罩和强5战机的机翼钛合金连接件的图片。可见我国在钛合金使用上面早已成熟,假以时,我们的钛合金的应用也能让航空航天工业飞跃。在航天领域,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,钛合金在太空领域的应用前每种钛合金都有各自的用途。飞机制造和航天工业运用钛合金大家已经十分了解,在会生活及在机械业中的使用更是多多,象眼镜架啊,高尔夫球杆啊,超级运动自行车啊,等等。但在陆军和海军中的使用我们却是知之甚少,而且相关的文章和说明也不是很多,下面就列举一些我国高性能钛合金在国防工业的应用情况。1.发动机业: 钛5Al2.5Sn高强钛合金—齿轮套、发动机外壳、叶片罩钛8Al1Mo1V高钛合金—发动机叶片、陀螺仪导向罩、内蒙皮钛6Al4V(抗拉强度≥895MPa)热处理强化钛合金—核心机叶片及叶轮2.航空业: 钛6Al2Sn强化钛合金—紧固件、导向装置、重要结构钛4AlMo1V钛合金—飞机骨架钛Sn5Zr1Mo钛合金—起落架、飞机承重架、紧固件3.航天业钛合金1M1315—火箭机盘、导弹基座构件钛合金1M1550—导弹动力叶片套钛合金T-A6V—飞船主用材料4.陆军业我国已经研制成功了83-1型和83-2型两种迫击炮。83-1型82迫击炮广泛采用了钛合金,把全炮重量降低到18.1公斤,极其方便班、排这样的小单位的袭扰战的开展。钛A7D—新型装甲车辆力学分析锻件钛A6Z5W—反坦克火箭(导弹),地空导弹罩等抗蠕变性要求高的部件钛1M1551—某装甲车辆火力高速旋转部件 5.海军业LT41钛合金—舰船大面积蒙皮3.7114钛合金—可焊性优良,成型性好适合各种水密隔层钛V13CA钛合金—蜂窝状舰身,承重框架钛合金在舰船上使用是很有前途的。这跟钛合金的强度、韧性有关系,还有就是耐腐蚀性,海水中的钛是极其稳定的,基本上可以认为船体是不会腐蚀的,这样既可以减少维护的费用,也可以减轻船体的重量,对舰艇来讲是莫大的好处啊。除此之外,还有必要提及两点:第一个钛是无磁性的,对抗磁性探测有很大的帮助,至于什么磁性水雷啊,不值担心。二是跟先进的舰船复合材料涂层有天生的融合性,未来将使用的隐身复合材料有个缺点,就是跟以前舰船使用的高强特种钢起反应,由于电位差容易在海水中产生电偶,加快腐蚀,这种事情在052上曾经试验过,不用多久就会锈蚀斑斑,但这些涂料跟钛合金能完美整合。二.其他国家国防工业使用钛的情况世界上已经退役的,正在服役的或者在研武器装备中,很多都使用了钛及其合金的结构件,随着现代化战争模式的转变,要求现代化的军队的快速机动能力十分突出,所以对于陆军来说必须依仗运输机的能力来达到快速的机动,这就要求陆军本来粗重的装备尽量的轻型化,比如现在各国都希望自己的炮兵能快速有效的迅速转移到另外一个地方,达到战略或者战术上的目的,这必然使钛合金在火炮领域的发展前途一片光明,象美国的M777轻型榴弹炮,由于使用了钛合金外壳,战斗全重下降到了3.175吨,可以使用V22或者C130空运,达到快速机动的能力。类似的还有英国的UFH超轻型155毫米火炮,不到4吨的重量里面使用了1吨的钛合金。在空军和海军装备的领域则更是如此.

航空用钛合金的发展概况

航空用钛合金地发展概况 □北京航空材料研究院曹春晓 摘要:航空用钛合金近期工程化发展中呈现出一些技术创新地"亮点",其中工艺创新地亮点比成分创新地亮点更多一些.这些亮点包括阻燃钛合金、钛基复合材料、纤维钛层板、超塑性钛合金、特大整体结构件锻造工艺、金属型精铸工艺、大型整体结构件精铸工艺、激光成形工艺、摩擦焊工艺和β热处理工艺等. 关键词:钛合金飞机发动机热处理工艺 20世纪50年代,军用飞机进入了超声速时代,航空发动机相应地进入喷气发动机时代,原有地铝、钢结构已不能满足新地需求.钛合金恰恰在这个时候进入了工业性发展阶段,由于它具有比强度高、使用温度范围宽(-269~600℃)、抗蚀性好和其他一些可利用地特性,因此很快被选用于飞机及航空发动机.50年来地世界钛市场中最大地用户始终属于航空.当前,航空仍然占50%左右市场份额. 受2002年"9.11"事件影响,美国2003年钛工业产品发货量降至15625t(2002年为16071t),日本2003年钛加工材发货量则降至13838t(2002年为14481t),而中国从2000~2004年地钛加工材销售量却一直以很高地速度增长(见表1). 1993年以后,几乎看不到新推出地工业性钛合金,而钛合金工艺方面地创新却屡见不鲜.这既与冷战时代地结束有关,也与工艺创新往往起到事半功倍之效有关. 一、钛合金在飞机及航空发动机上地用量不断扩大 . 飞机机体地钛用量 表2中列出地-18、A-22、F-35三大战斗攻击机和B-2轰炸机是美国在2015年前保持空中优势地4块"王牌".由表2可知,总地发展趋势是钛在飞机机体上地用量不断扩大.-18在不断改型地过程中其钛用量也不断增多. 民用飞机地钛用量也在不断扩大(图1和表3). 我国战斗机地钛用量也在不断扩大:20世纪80年代开始服役地歼八系列地钛用量为2%,两种新一代战斗机地钛用量分别为4%和15%,更新一代地高性能新型战斗机地钛用量将达25%~30%. . 航空发动机地钛用量 从表4和图2可知,国外先进发动机上地钛用量通常保持在20%~35%地水平. 我国早期生产地涡喷发动机均不用钛,1978年开始研制并于1988年初设计定型地涡喷13发动机地钛用量达到13%.2002年设计定型地昆仑涡喷发动机是我国第一个拥有完全自主知识产权地航空发动机,钛用量提高至15%.即将设计定型地我国第一台拥有自主知识产权地涡扇发动机又进一步把钛用量提高到25%地水平. 二、航空用钛合金近期工程化发展中地一些"亮点" . 阻燃钛合金闪亮登场 为了避免"钛火",俄罗斯曾研制了含Cu高量地BTT-1和BTT-3阻燃钛合金,但由于其力学性能和熔铸性能差而未能工程化.美国发明地AlloyC(Ti-35V-15Cr)阻燃钛合金近期已成功地应用于F119发动机(-22战斗机地动力装置)地高压压气机机匣、导向叶片和矢量尾喷管.这是高温钛合金领域地最新亮点,也是钛发展史

航空用钛合金的发展概况

航空用钛合金的发展概况

航空用钛合金的发展概况 General Development Situation of Titanium Alloys for Aviation □北京航空材料研究院曹春晓 摘要:航空用钛合金近期工程化发展中呈现出一些技术创新的"亮点",其中工艺创新的亮点比成分创新的亮点更多一些。这些亮点包括阻燃钛合金、钛基复合材料、纤维/钛层板、超塑性钛合金、特大整体结构件锻造工艺、金属型精铸工艺、大型整体结构件精铸工艺、激光成形工艺、摩擦焊工艺和β热处理工艺等。 关键词:钛合金飞机发动机热处理工艺 20世纪50年代,军用飞机进入了超声速时代,航空发动机相应地进入喷气发动机时代,原有的铝、钢结构已不能满足新的需求。钛合金恰恰在这个时候进入了工业性发展阶段,由于它具有比强度高、使用温度范围宽(-269~6

00℃)、抗蚀性好和其他一些可利用的特性,因此很快被选用于飞机及航空发动机。50年来的世界钛市场中最大的用户始终属于航空。当前,航空仍然占50%左右市场份额。 受2002年"9.11"事件影响,美国2003年钛工业产品发货量降至15625t(2002年为16071t),日本2003年钛加工材发货量则降至13838t(2002年为14481t),而中国从2000~2004年的钛加工材销售量却一直以很高的速度增长(见表1)。 1993年以后,几乎看不到新推出的工业性钛合金,而钛合金工艺方面的创新却屡见不鲜。这既与冷战时代的结束有关,也与工艺创新往往起到事半功倍之效有关。 一、钛合金在飞机及航空发动机上的用量不断扩大 1. 飞机机体的钛用量 表2中列出的F/A-18E/F、F/A-22、F-35三大战斗/攻击机和B-2轰炸机是美国在2015年前保持空中优势的4块"王牌"。由表2可知,总的发展趋势是钛在飞机机体上的

我国航空用变形钛合金材料

第31卷第8期2012年8月 中国材料进展 MATERIALS CHINA Vol.31No.8Aug. 2012 收稿日期:2011-06-10 第一作者:张利军,男,1981年生,工程师 我国航空用变形钛合金材料 张利军1,薛祥义1,2 ,常 辉 1,2 (1.西安超晶科技发展有限责任公司,陕西西安710016)(2.西北工业大学凝固技术国家重点实验室,陕西西安710072 )张利军 摘 要:钛合金材料作为一种20世纪中叶出现并发展起来的新兴结构材料,因其具有优异的耐 腐蚀性、高的比强度以及无磁性等一系列独特的优点,在航空航天等高端工业部门获得了广泛应用,目前飞机机体结构中的隔框、大梁、起落架以及航空发动机压气机匣、轮盘、叶片等承力部件大量使用钛合金材料制造。在上世纪60年代,美国、英国、前苏联等工业发达国家就已经在飞机及航空发动机制造中大量使用钛合金材料。我国钛合金材料在航空工业中的应用起步较晚,上世纪80年代开始才陆续在飞机及航空发动机制造中少量使用钛合金材料,但是进入21世纪之后,我国航空工业钛合金材料的应用水平大幅度提升。对我国目前已经进入工业化生产并在航空工业中获得工程化应用的变形钛合金材料进行了系统阐述。 关键词:钛合金;航空;飞机;温度 中图法分类号:TG146.4文献标识码:A 文章编号:1674-3962(2012)08- 0040-07 Deformation of Titanium Alloy Materials for China Aircraft ZHANG Lijun 1,XUE Xiangyi 1,2,CHANG Hui 1, 2 (1.Xi'an Super Crystal Sci -Tech Development Co.,Ltd.,Xi'an 710016,China ) (2.State Key Laboratory of Solidification Processing ,Northwestern Polytechnical University , Xi'an 710072,China ) Abstract :Titanium alloy appears as a mid-twentieth century ,and developed new structural materials ,because of its ex-cellent corrosion resistance ,high specific strength and non-magnetic and a series of unique advantages ,such as high-end in the aerospace industry access to a wide range of applications ,the current structure of the airframe bulkheads ,beams ,landing gear and the aircraft engine compressor tray ,roulette ,blades and other parts of extensive use of titanium bearing materials.60s in the last century ,the United States ,Britain ,the former Soviet Union and other industrialized countries has been in the manufacture of aircraft and aero-engine heavy use of titanium material.Titanium alloy material of the ap-plication in the aviation industry started late 80's until the last century ,one after another in the manufacture of aircraft and aircraft engines use a small amount of titanium alloy materials ,but the 21st century ,China's aviation industry application level of a large titanium alloy Rate increase ,this article in China has entered the industrial production of and access to en-gineering applications in the aviation industry formulation of deformation of titanium alloy materials.Key words :titanium alloy ;aviation ;aeroplane ;temperature 1前言 材料科学与工程是现代科学技术的重要领域,航空材料则处于材料科学与工程最富有挑战性的研究前沿,是决定航空产品技术水平和发展的关键因素之一。航空产品设计和制造的先进性很大程度上取决于航空材料的 水平,因此航空材料是发展航空技术的物质基础和先导 [1] 。 钛及钛合金具有比强度高、抗腐蚀性好、耐高温等一系列突出优点,能够进行各种方式的零件成形、焊接和机械加工,50多年来,航空科研和生产发展与钛合金的推广应用有着紧密的联系。早在上世纪50年代初期,有一些军用飞机上就开始用工业纯钛制造后机身隔热板、机尾罩、减速板等受力不大的结构件。上世纪60年代开始,钛合金在飞机上的应用逐步扩大到承力

钛及钛合金的应用分析

钛及钛合金的应用分析 第一部分概述 1.1金属钛的物理性质 金属钛,原子序数为22,相对原子质量47.87,常温下不稳定,在自然界中只以化合态存在。 钛的密度小,4.51g/cm3 ,是最重的轻金属。钛的延展性能好,热稳定性很好,熔点为1668±4℃,沸点为3260±20℃,临界温度4350℃,临界压力1130大气压。 钛具有较好导热性,导电性能较差,近似或略低于不锈钢,具有超导性,纯钛的超导临界温度0.38-0.4K。 钛的硬度跟钢铁差不多,但是它的重量几乎只有同体积钢铁的一半,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%,但强度低,钛中杂志的存在对其机械性能影响极大,特别是间隙杂志(氧、氮、碳)可大大提高钛的强度,显着降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能,就是通过严格控制其中适当的杂志含量和添加合金元素而达到的。 1.2金属钛的化学性质 金属钛在高温环境中的还原能力极强,能与氧、碳、氮以及其他许多元素化合,还能从部分金属氧化物中夺取氧。常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜,这层氧化膜常温下不予绝大多数强酸、强碱反应,包括王水。它至于氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸反应,因此钛具有相当的抗腐蚀性。 1.3钛合金的分类及用途 通常将钛合金划分为α型、α+β型和β型合金。钛合金的力学性能主要取决于化学成分和相应的显微组织。 α合金主要应用于化工和加工工业,这些工业中首先要考虑的是合金必须具有优异的抗腐蚀性能和变形能力,而对高比强度性能的要求次之。含氧量是各种级别商业纯钛的主要差别。作为间隙型合金化元素,氧可以显着地提高合金的强度,同时降低塑性。商业纯钛为了达到要求的强度水平,只有氧是有意加入的合金化元素,而C和Fe等元素则是被看成制备过程进入合金的杂质元素。 近α合金是典型的高温合金,由于它兼具α合金优异的蠕变性能和(α+β)合金的高强度,高温应用选择这类合金很理想。 α+β合金中,Ti+6Al+4V合金应用最为广泛。目前使用的钛合金中有50%以上具有这种成分,它具有良好的综合性能,目前人们对它的研究最为深入而且接受了最多的检验,最大的应用领域在航空工业领域。 β钛合金是应用最为广泛的一类钛合金,β钛合金具有最高的强度/质量比,而且大横截面的钛合金零件具有非常优异的强度、韧性和抗疲劳性能。与α+β型合金相比,β合金的不足之处是密度大、加工范围相当小、成本较高等。β型合金目前主要应用在航空航天领域和井下装置(深油井和气井)以及外科植入合金。 1.4钛合金的力学性能 通常,提高钛合金性能的方式主要有三种,即合金化和加工工艺以及复合材料。 合金化是提高材料强度的基础(如固溶强化、时效强化),同时可以获得有序结构(如TiAl金属间化合物),也决定了合金的大多数物理性能(如密度、弹性模量、膨胀系数),并在很大程度上控制了材料的化学抵抗能力(如腐蚀、氧化)。 加工工艺可以使材料的性能达到很好的平衡。通过热加工处理,钛合金可以得到不

钛合金在多领域的应用与发展

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

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