航空用钛的发展及应用

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

钛合金的特性及其应用

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.wendangku.net/doc/6c8545829.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

钛合金在多领域的应用与发展完整版

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

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。

钛合金的应用现状及发展前景

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

近十年来国内外关于钛合金材料的研究

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。

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

高强高韧钛合金研究与应用进展_杨冬雨

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

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

钛及钛合金的研究

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。

钛合金的发展前景和方向

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

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。

国内外钛合金研究的发展现状及趋势-赵永庆

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