航空金屬材料

1、第八章第八章 航空材料航空材料 航空材料的分類(lèi)：航空材料的分類(lèi)： u按化學(xué)組成按化學(xué)組成(或基本組成或基本組成)分類(lèi)分類(lèi) u(1)金屬材料：金屬材料：由金屬元素或以金屬元素為主 體組成的具有金屬特性的材料。 u(2)無(wú)機(jī)非金屬材料：無(wú)機(jī)非金屬材料是由硅無(wú)機(jī)非金屬材料：無(wú)機(jī)非金屬材料是由硅 酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等原酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等原 料和料和(或或)氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、 硫化物、硅化物、鹵化物等原料經(jīng)一定的工藝硫化物、硅化物、鹵化物等原料經(jīng)一定的工藝 制備而成的材料。制備而成的材料。它與廣義的陶瓷材料有等同 的含義

2、。 u高分子材料高分子材料(聚合物聚合物)： u由一種或幾種簡(jiǎn)單低分子化合物經(jīng)聚合而組成由一種或幾種簡(jiǎn)單低分子化合物經(jīng)聚合而組成 的分子量很大的化合物。的分子量很大的化合物。 u橡膠、纖維、塑料和膠粘劑等。橡膠、纖維、塑料和膠粘劑等。 u復(fù)合材料：復(fù)合材料：由兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)或組織結(jié)由兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)或組織結(jié) 構(gòu)不同的材料組合而成。構(gòu)不同的材料組合而成。 u復(fù)合材料既能保持原組成材料的重要特色，又通過(guò)復(fù)合效復(fù)合材料既能保持原組成材料的重要特色，又通過(guò)復(fù)合效 應(yīng)使各組分的性能互相補(bǔ)充，獲得原組分不具備的許多優(yōu)應(yīng)使各組分的性能互相補(bǔ)充，獲得原組分不具備的許多優(yōu) 良性能。良性能。 u 2

3、004年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)：年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)： u高性能炭高性能炭/炭航空制動(dòng)材料的制備技術(shù)炭航空制動(dòng)材料的制備技術(shù)(中南大學(xué)黃伯云院中南大學(xué)黃伯云院 士等士等) u耐高溫長(zhǎng)壽命抗氧化陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)耐高溫長(zhǎng)壽命抗氧化陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)(西北工業(yè)大西北工業(yè)大 學(xué)張立同院士等學(xué)張立同院士等) 第一節(jié)第一節(jié) 航空金屬材料航空金屬材料 一、金屬材料及影響其性能的因素：一、金屬材料及影響其性能的因素： u金屬材料分為：金屬材料分為：純金屬和合金。純金屬和合金。 u金屬特性：金屬特性：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性、光澤導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性、光澤 性、正的電阻溫度系數(shù)。例如：鋼、鐵、銅、

4、性、正的電阻溫度系數(shù)。例如：鋼、鐵、銅、 鋁等。鋁等。 u影響其性能的因素：影響其性能的因素： u化學(xué)成分：化學(xué)成分：組成物質(zhì)的基本元素及其含量。組成物質(zhì)的基本元素及其含量。 化學(xué)成分主要由冶煉和鑄造控制，特別是靠化學(xué)成分主要由冶煉和鑄造控制，特別是靠 冶煉來(lái)保證。冶煉來(lái)保證。 u化學(xué)成分不同，金屬材料的性能不同?；瘜W(xué)成分不同，金屬材料的性能不同。 u結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：原子在空間有規(guī)律排列的形式原子在空間有規(guī)律排列的形式( (原子原子 集合體中各原子的具體組合狀態(tài)集合體中各原子的具體組合狀態(tài)) )。 u例如：石墨和金剛石。例如：石墨和金剛石。 u結(jié)構(gòu)不同，性能不同。結(jié)構(gòu)不同，性能不同。 u組織：組織

5、：用肉眼和借助于不同放大倍數(shù)的顯微用肉眼和借助于不同放大倍數(shù)的顯微 鏡觀察到的金屬材料內(nèi)部各種相的晶粒大小、鏡觀察到的金屬材料內(nèi)部各種相的晶粒大小、 形態(tài)和分布。形態(tài)和分布。 u不同成分具有不同的組織；不同成分具有不同的組織； u同種成分不同的加工、處理工藝可獲得不同同種成分不同的加工、處理工藝可獲得不同 的組織。的組織。 u組織不同，性能也不同。組織不同，性能也不同。 左圖為左圖為AlSi合金合金 的共晶組織的共晶組織 金屬鑄錠組織金屬鑄錠組織 成分成分- -結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -性質(zhì)性質(zhì)- -工藝過(guò)程之間關(guān)系示意圖工藝過(guò)程之間關(guān)系示意圖 合成與制備過(guò)程合成與制備過(guò)程 使用性能使用性能 性質(zhì)性質(zhì) 成

6、成 分分 與與 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) (化學(xué)化學(xué)) (工程工程) (物理學(xué)物理學(xué)) 金屬材料的成分不同，結(jié)構(gòu)組織不同，金屬材料的成分不同，結(jié)構(gòu)組織不同， 性能不同。性能不同。 u改變金屬材料的性能：改變金屬材料的性能： u內(nèi)在因素內(nèi)在因素成分、結(jié)構(gòu)、組織成分、結(jié)構(gòu)、組織 u外在因素外在因素各種加工處理工藝各種加工處理工藝( (外在因素外在因素 通過(guò)改變內(nèi)在因素改變材料的性能通過(guò)改變內(nèi)在因素改變材料的性能) ) 二、金屬材料的性能：二、金屬材料的性能： 零件的加工過(guò)程：零件的加工過(guò)程： 冶煉冶煉 下料下料( (鍛件、鑄造件鍛件、鑄造件) ) 預(yù)先熱預(yù)先熱 處理處理 機(jī)加工機(jī)加工 最終熱處理最終熱處理 磨削

7、磨削 裝配裝配 使用使用 對(duì)金屬材料性能要求：對(duì)金屬材料性能要求： 工藝性能，使用性能。工藝性能，使用性能。 u工藝性能：能適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)工藝要求的能力。在工藝性能：能適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)工藝要求的能力。在 于能不能保證生產(chǎn)、制作。于能不能保證生產(chǎn)、制作。 包括：包括： 鑄造性能鑄造性能流動(dòng)性，收縮性，偏析等；流動(dòng)性，收縮性，偏析等； 鍛造性能鍛造性能固態(tài)流動(dòng)性，冷變形硬化能力等；固態(tài)流動(dòng)性，冷變形硬化能力等； 以及切削加工性能，熱處理性能，焊接性能。以及切削加工性能，熱處理性能，焊接性能。 u使用性能：在使用中應(yīng)具備的性能。在于保證能使用性能：在使用中應(yīng)具備的性能。在于保證能 不能應(yīng)用。不能應(yīng)用。 包

8、括：包括： 物理性能，化學(xué)性能，機(jī)械性能物理性能，化學(xué)性能，機(jī)械性能( (強(qiáng)度、強(qiáng)度、 硬度、塑性、韌性硬度、塑性、韌性) ) 1、金屬鍵的、金屬鍵的“自由電子自由電子”模型模型 金屬原子的最外層價(jià)電子脫離原子核的束縛，金屬原子的最外層價(jià)電子脫離原子核的束縛， 形成形成“自由電子自由電子”或稱(chēng)或稱(chēng)“離域電子離域電子”。這些電子。這些電子 與正離子吸引形成金屬晶體。金屬的這種結(jié)合力與正離子吸引形成金屬晶體。金屬的這種結(jié)合力 成為成為金屬鍵金屬鍵。 金屬的一般特性金屬的一般特性 都是和金屬中存在這種都是和金屬中存在這種“自自 由電子由電子”模型。模型。 三、金屬的結(jié)構(gòu)理論三、金屬的結(jié)構(gòu)理論 固體能

9、帶理論是關(guān)于晶體的量子理論對(duì)于固體能帶理論是關(guān)于晶體的量子理論對(duì)于 金屬中的能帶，常用金屬中的能帶，常用 “緊束縛近似（緊束縛近似（TBA）”模模 型，型， 它它相當(dāng)于分子中相當(dāng)于分子中LCAO-MO在晶體中在晶體中的推廣的推廣： 2 2、固體能帶理論、固體能帶理論 分分 子子 軌軌 道道 能能 級(jí)級(jí) 演演 變變 成成 能能 帶帶 的的 示示 意意 圖圖 根據(jù)能帶的分布和電子填充情況，能帶根據(jù)能帶的分布和電子填充情況，能帶 有不同的性質(zhì)和名稱(chēng)：有不同的性質(zhì)和名稱(chēng)： 充滿(mǎn)電子的能帶叫充滿(mǎn)電子的能帶叫滿(mǎn)帶滿(mǎn)帶 部分能級(jí)充滿(mǎn)的能帶叫部分能級(jí)充滿(mǎn)的能帶叫導(dǎo)帶導(dǎo)帶 能級(jí)最高的滿(mǎn)帶和導(dǎo)帶總稱(chēng)能級(jí)最高的滿(mǎn)帶

10、和導(dǎo)帶總稱(chēng)價(jià)帶價(jià)帶 完全沒(méi)有電子的能帶叫完全沒(méi)有電子的能帶叫空帶空帶 各能帶間不能填充電子的區(qū)域叫各能帶間不能填充電子的區(qū)域叫帶隙帶隙， 又稱(chēng)又稱(chēng)禁帶禁帶 單價(jià)金屬單價(jià)金屬Na的能帶結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu) 導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)特征是導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)特征是 具有導(dǎo)帶具有導(dǎo)帶 Na的能帶結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu): 1s、2s、 2p能帶都是滿(mǎn)帶，而能帶都是滿(mǎn)帶，而3s能帶能帶 中只填充了其中中只填充了其中 N2個(gè)軌道，個(gè)軌道， 是部分填充電子的能帶，即是部分填充電子的能帶，即 導(dǎo)帶導(dǎo)帶 3s 2p 2s 1s Mg的的3s能帶雖已填滿(mǎn)，但與能帶雖已填滿(mǎn)，但與3p空帶重空帶重 疊，總體看來(lái)也是導(dǎo)帶疊，總體看來(lái)也是導(dǎo)帶 3s與

11、與3p 金屬金屬M(fèi)g的能帶結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu) 絕緣體絕緣體 Eg 5 eV 只有滿(mǎn)帶和空帶，只有滿(mǎn)帶和空帶， 且且Eg超過(guò)超過(guò)5 eV, 在一般在一般 電場(chǎng)條件下難以將滿(mǎn)帶電場(chǎng)條件下難以將滿(mǎn)帶 電子激發(fā)入空帶，因此電子激發(fā)入空帶，因此 不能形成導(dǎo)帶不能形成導(dǎo)帶. Eg 3 eV 只有滿(mǎn)帶和空帶，但只有滿(mǎn)帶和空帶，但Eg小于小于3 eV易受光或熱激易受光或熱激 發(fā)使?jié)M帶中部分電子躍遷到空帶，形成導(dǎo)帶而導(dǎo)電發(fā)使?jié)M帶中部分電子躍遷到空帶，形成導(dǎo)帶而導(dǎo)電 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 金屬單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單金屬單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單, 這與金屬鍵這與金屬鍵 密切相關(guān)密切相關(guān): 由于金屬鍵沒(méi)有方向性和飽和性，大由于金屬鍵沒(méi)

12、有方向性和飽和性，大 多數(shù)金屬元素按照等徑圓球密堆積的幾何方式多數(shù)金屬元素按照等徑圓球密堆積的幾何方式 構(gòu)成金屬單質(zhì)晶體，主要有立方面心最密堆積、構(gòu)成金屬單質(zhì)晶體，主要有立方面心最密堆積、 六方最密堆積和立方體心密堆積三種類(lèi)型六方最密堆積和立方體心密堆積三種類(lèi)型. 3 3、球的密堆積、球的密堆積 等徑圓球以最密集的方式排成一列（密等徑圓球以最密集的方式排成一列（密 置列），進(jìn)而并置成一層（密置層），再疊置列），進(jìn)而并置成一層（密置層），再疊 成兩層（密置雙層），都只有一種方式：成兩層（密置雙層），都只有一種方式： 3.1 等徑圓球最密堆積等徑圓球最密堆積 請(qǐng)請(qǐng) 點(diǎn)點(diǎn) 擊擊 按按 鈕鈕 打打 開(kāi)

13、開(kāi) 晶晶 體體 模模 型型 密置層如何疊起來(lái)形成密堆積密置層如何疊起來(lái)形成密堆積? 先考察一個(gè)密置層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：先考察一個(gè)密置層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 等徑圓球的密堆積等徑圓球的密堆積 從一個(gè)密置層上，可以看出這樣幾點(diǎn)：從一個(gè)密置層上，可以看出這樣幾點(diǎn)： 1. 層上有層上有3個(gè)特殊位置個(gè)特殊位置: 球的頂部球的頂部A、上三角凹坑上三角凹坑B和下三角凹坑和下三角凹坑 C. 以該層為參照層，稱(chēng)為以該層為參照層，稱(chēng)為A層層; 2. 疊加到疊加到A層上的第二層各個(gè)球只能置于凹坑層上的第二層各個(gè)球只能置于凹坑B或或C. 由于上下三角由于上下三角 只是相對(duì)而言只是相對(duì)而言, 故稱(chēng)第二層為故稱(chēng)第二層為B層層; 3.

14、第三層疊加到第二層第三層疊加到第二層B上時(shí)，只可能是上時(shí)，只可能是C或或A層層; 4. 無(wú)論疊加多少層，最多只有無(wú)論疊加多少層，最多只有A、B、C三種三種, 最少有最少有A、B兩種兩種(因?yàn)橐驗(yàn)?相鄰層不會(huì)同名相鄰層不會(huì)同名); 5. 若以后各層均按此方式循環(huán)若以后各層均按此方式循環(huán), 每三層重復(fù)一次，或每?jī)蓪又貜?fù)一每三層重復(fù)一次，或每?jī)蓪又貜?fù)一 次，就只會(huì)產(chǎn)生兩種結(jié)構(gòu)：次，就只會(huì)產(chǎn)生兩種結(jié)構(gòu)： 這兩種最密堆積是金屬單質(zhì)晶體的典型結(jié)構(gòu)這兩種最密堆積是金屬單質(zhì)晶體的典型結(jié)構(gòu). （2）ABABAB, 即每即每 兩層重復(fù)一次兩層重復(fù)一次, 稱(chēng)為稱(chēng)為A3 (或或A3) 型型, 從中可取出六方晶胞。從中

15、可取出六方晶胞。 （1）ABCABC, 即即 每三層重復(fù)一次每三層重復(fù)一次, 這種結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu) 稱(chēng)為稱(chēng)為A1 (或或A1)型型, 從中可以從中可以 取出立方面心晶胞取出立方面心晶胞; A3堆積：堆積：ABAB 請(qǐng)點(diǎn)擊按鈕打開(kāi)晶體模型請(qǐng)點(diǎn)擊按鈕打開(kāi)晶體模型 3.2 小結(jié)小結(jié): : 幾種典型的金屬單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)幾種典型的金屬單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu) 四、鈦及其合金四、鈦及其合金 鈦及其合金的發(fā)展歷程鈦及其合金的發(fā)展歷程 鈦及其合金的分類(lèi)鈦及其合金的分類(lèi) 鈦合金在航空航天中應(yīng)用鈦合金在航空航天中應(yīng)用 1.1 1.1 鈦的發(fā)現(xiàn)鈦的發(fā)現(xiàn) n鈦元素于鈦元素于17911791年被英國(guó)年被英國(guó) 人格雷戈?duì)柺紫劝l(fā)現(xiàn)人格雷戈?duì)?/p>

16、首先發(fā)現(xiàn), ,工工 業(yè)礦是業(yè)礦是金紅石金紅石( (TiO2TiO2) )和和鈦鈦 鐵礦。鐵礦。( (含量含量60%)60%) 地殼中未發(fā)現(xiàn)過(guò)地殼中未發(fā)現(xiàn)過(guò)純鈦。純鈦。 鈦及其合金的發(fā)展歷程鈦及其合金的發(fā)展歷程 1.21.2、鈦的制備與發(fā)展、鈦的制備與發(fā)展 n鈉還原法原理鈉還原法原理 TiClTiCl4 4 + 4Na Ti + 4NaCl (1) + 4Na Ti + 4NaCl (1) 19321932年年KrollKroll使用使用 CaCa代替了鈉制備鈦代替了鈉制備鈦 TiClTiCl4 4 + 2Ca Ti + 2CaCl + 2Ca Ti + 2CaCl2 2 (2) (2) 被譽(yù)為

17、被譽(yù)為“鈦工業(yè)之父鈦工業(yè)之父 ” n鎂還原法原理鎂還原法原理 TiClTiCl4 4 + 2Mg Ti + 2MgCl + 2Mg Ti + 2MgCl2 2 這種方法有兩個(gè)過(guò)程：這種方法有兩個(gè)過(guò)程：還原還原和和蒸餾蒸餾, ,制制 得海綿鈦，奠定了金屬鈦生產(chǎn)的工業(yè)基礎(chǔ)得海綿鈦，奠定了金屬鈦生產(chǎn)的工業(yè)基礎(chǔ) 。 n19481948年，美國(guó)杜邦公司年，美國(guó)杜邦公司首先首先商業(yè)化生產(chǎn)商業(yè)化生產(chǎn)金金 屬鈦屬鈦。但由于制純鈦。但由于制純鈦難度大難度大，鈦的，鈦的價(jià)格非價(jià)格非 常高常高。 n中國(guó)繼美、日、前蘇聯(lián)之后，于中國(guó)繼美、日、前蘇聯(lián)之后，于19581958年開(kāi)年開(kāi) 始鈦的生產(chǎn)。始鈦的生產(chǎn)。 還原過(guò)程還

18、原過(guò)程 1.3 鈦合金的發(fā)展鈦合金的發(fā)展 n2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代年代, , 第一個(gè)鈦合金第一個(gè)鈦合金B(yǎng)120 VCA B120 VCA 。合金。合金(Ti-13V-11Cr-6Al)(Ti-13V-11Cr-6Al)由美國(guó)由美國(guó)CruciblCrucibl 鋼鐵公司研制出來(lái)。鋼鐵公司研制出來(lái)。 n第一個(gè)商業(yè)鈦合金，第一個(gè)商業(yè)鈦合金，由德國(guó)由德國(guó)Rem CruRem Cru公司公司 研制出來(lái)的研制出來(lái)的 SR-71 “ SR-71 “黑鳥(niǎo)黑鳥(niǎo)”飛機(jī)飛機(jī) 機(jī)體重量的機(jī)體重量的93%為鈦合金為鈦合金 n19681968年，年， 鈦合金鈦合金Ti-5Al Ti-5Al -2Sn-2Zr-4Mo

19、- 4Cr-2Sn-2Zr-4Mo- 4Cr可可 以作為高強(qiáng)度鍛件；以作為高強(qiáng)度鍛件； n2020世紀(jì)世紀(jì)70 70 年代初期年代初期 ，此合金作中溫，此合金作中溫( (低于低于 425 425 ) )范圍的范圍的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 盤(pán)盤(pán) n2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代中期，用于年代中期，用于B-1BB-1B轟炸機(jī)轟炸機(jī)上上 B-1BB-1B轟炸機(jī)轟炸機(jī) n19901990年，普惠公司的年，普惠公司的Ti-35V-15CrTi-35V-15Cr鈦合金鈦合金 ，具有，具有抗燃燒性抗燃燒性 1.4、我國(guó)研究現(xiàn)狀、我國(guó)研究現(xiàn)狀 “九五九五”期間研制出期間研制出超高強(qiáng)超高強(qiáng)鈦合金鈦合金2121( (TB8T

20、B8) ) 鈦合金鈦合金 “十一五十一五”期間研制期間研制高強(qiáng)度亞穩(wěn)高強(qiáng)度亞穩(wěn)鈦合金鈦合金Ti-B20Ti-B20 抗拉強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度：1200 1200 1500 1500 MPaMPa； 延伸率：延伸率：8%8%18%18% n 鈦：熔點(diǎn)鈦：熔點(diǎn)低低于于882882， 呈呈密排六方晶格密排六方晶格(h.c.p)(h.c.p)結(jié)結(jié) 構(gòu)，稱(chēng)為構(gòu)，稱(chēng)為 鈦；鈦； 鈦及其合金的分類(lèi)鈦及其合金的分類(lèi) n 鈦：熔點(diǎn)鈦：熔點(diǎn)高高于于882882， 呈呈體心立方晶格體心立方晶格(b.c.c)(b.c.c)結(jié)結(jié) 構(gòu)，稱(chēng)為構(gòu)，稱(chēng)為 鈦。鈦。 構(gòu)構(gòu) 型型 2.1 鈦的分類(lèi)鈦的分類(lèi) 鈦鈦 鈦鈦 2.2 鈦的基本性

21、質(zhì)鈦的基本性質(zhì) u鈦及鈦合金的高速發(fā)展，是與航空和航天技術(shù)的發(fā)鈦及鈦合金的高速發(fā)展，是與航空和航天技術(shù)的發(fā) 展以及其本身特有的優(yōu)異性能分不開(kāi)的展以及其本身特有的優(yōu)異性能分不開(kāi)的;美國(guó)注重美國(guó)注重宇宇 航航用鈦合金及其他各方面應(yīng)用，同時(shí)開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用用鈦合金及其他各方面應(yīng)用，同時(shí)開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用 領(lǐng)域；日本則注重發(fā)展領(lǐng)域；日本則注重發(fā)展非宇航非宇航領(lǐng)域用新型鈦合金。領(lǐng)域用新型鈦合金。 u在在400500間的間的耐熱性耐熱性遠(yuǎn)比遠(yuǎn)比Al合金和合金和Mg合金高合金高; u有與有與18-8不銹鋼相比媲美的不銹鋼相比媲美的耐蝕性耐蝕性，特別是在海水，特別是在海水 和含氨介質(zhì)中的抗蝕性幾乎與空氣中相同和含氨介質(zhì)

22、中的抗蝕性幾乎與空氣中相同; u鈦及鈦合的鈦及鈦合的強(qiáng)度強(qiáng)度與優(yōu)質(zhì)鋼相近，但密度只有鋼的一與優(yōu)質(zhì)鋼相近，但密度只有鋼的一 半，比強(qiáng)度最高半，比強(qiáng)度最高; u化學(xué)活性極高，與化學(xué)活性極高，與Cl, O, S, C, N等強(qiáng)烈反應(yīng)等強(qiáng)烈反應(yīng)(高溫下高溫下)， 液態(tài)下幾乎同液態(tài)下幾乎同ThO2以外的所有坩堝起反應(yīng)，只能用以外的所有坩堝起反應(yīng)，只能用 真空電耗電弧爐熔煉；真空電耗電弧爐熔煉； u鈦的鈦的低溫性能低溫性能很好很好 ; u可焊性好可焊性好；具有良好的沖壓性能；但耐磨性較差；具有良好的沖壓性能；但耐磨性較差； u彈性模量較低彈性模量較低(120GPa)，約為鐵的，約為鐵的54% ; u導(dǎo)熱系

23、數(shù)及線脹系數(shù)均較低導(dǎo)熱系數(shù)及線脹系數(shù)均較低。其導(dǎo)熱系數(shù)比鐵低。其導(dǎo)熱系數(shù)比鐵低4.5倍，使倍，使 用時(shí)易產(chǎn)生溫度梯度及熱應(yīng)力。用時(shí)易產(chǎn)生溫度梯度及熱應(yīng)力。 u鈦的導(dǎo)磁率近乎為鈦的導(dǎo)磁率近乎為1.0，非磁性，非磁性(嚴(yán)格說(shuō)為順磁性嚴(yán)格說(shuō)為順磁性)。制成的制成的 潛艇，既能抗海水腐蝕，又能抗深層壓力，其下潛深度比潛艇，既能抗海水腐蝕，又能抗深層壓力，其下潛深度比 不銹鋼潛艇增加不銹鋼潛艇增加80%。同時(shí)，由于鈦無(wú)磁性，不會(huì)被水雷。同時(shí)，由于鈦無(wú)磁性，不會(huì)被水雷 發(fā)現(xiàn)，具有很好的反監(jiān)護(hù)作用。發(fā)現(xiàn)，具有很好的反監(jiān)護(hù)作用。 u鈦對(duì)超聲波的阻抗較小，透聲系數(shù)較高，鈦對(duì)超聲波的阻抗較小，透聲系數(shù)較高，適于做

24、聲納導(dǎo)流適于做聲納導(dǎo)流 罩之類(lèi)材料。罩之類(lèi)材料。 u鈦具有優(yōu)良的生物相容性且無(wú)毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高，鈦具有優(yōu)良的生物相容性且無(wú)毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高，是非常是非常 理想的醫(yī)用金屬材料，可用作植入人體的材料。理想的醫(yī)用金屬材料，可用作植入人體的材料。 2.3 2.3 生產(chǎn)方法生產(chǎn)方法 n鎂熱法生產(chǎn)海綿鈦鎂熱法生產(chǎn)海綿鈦 TiOTiO2 2+ C + Cl+ C + Cl2 2TiClTiCl4 4 ( (液態(tài) 液態(tài))+ 2CO )+ 2CO Mg + TiCl Mg + TiCl4 4 = MgCl = MgCl4 4+Ti+Ti 純度可達(dá)純度可達(dá)99.5%99.5%。海綿鈦是多孔金屬，易吸收空。海綿鈦是

25、多孔金屬，易吸收空 氣中水分、氧氣及氮?dú)?，因此海綿鈦必須用鐵桶氣中水分、氧氣及氮?dú)猓虼撕＞d鈦必須用鐵桶 密封包裝。密封包裝。 n碘化法鈦碘化法鈦( (高純鈦高純鈦) ) 分解分解TiITiI4 4生產(chǎn)的，純度可達(dá)生產(chǎn)的，純度可達(dá)99.9%99.9%。 n海綿鈦：通過(guò)熱還原法生產(chǎn)海綿鈦：通過(guò)熱還原法生產(chǎn) 出來(lái)的出來(lái)的海綿狀海綿狀金屬鈦；金屬鈦； n鈦材：海綿鈦通過(guò)鈦材：海綿鈦通過(guò)高溫熔化高溫熔化 成液體，成液體，錠鑄成材。錠鑄成材。 形形 狀狀 2.42.4分類(lèi)、牌號(hào)與用途分類(lèi)、牌號(hào)與用途 鈦合金鈦合金 l性能：性能：?jiǎn)蜗嗪辖饐蜗嗪辖? , 組織穩(wěn)定組織穩(wěn)定，耐磨耐磨性性高高于純于純 鈦，鈦，

26、抗氧化抗氧化能力能力強(qiáng)強(qiáng)。500500600600下，其下，其 強(qiáng)度強(qiáng)度和和抗蠕變抗蠕變性不變，但性不變，但不能不能進(jìn)行進(jìn)行熱處理強(qiáng)熱處理強(qiáng) 化，室溫強(qiáng)度不高化，室溫強(qiáng)度不高，塑性不高，塑性不高。 l牌號(hào)牌號(hào)：TA1-TA8TA1-TA8。 TA1-TA3TA1-TA3為工業(yè)純鈦。為工業(yè)純鈦。 l組織組織： 相，含有相，含有相穩(wěn)定元素相穩(wěn)定元素(Al)及一些中性強(qiáng)化元及一些中性強(qiáng)化元 素素(Zr, Sn)。 當(dāng)加入少量當(dāng)加入少量相穩(wěn)定元素時(shí)，可以得到近相穩(wěn)定元素時(shí)，可以得到近-鈦鈦 合金，顯微組織上除合金，顯微組織上除相基體外，還有少量相基體外，還有少量 相。典型的鈦合金有相。典型的鈦合金有T

27、i-8Al-1Mo-lV等。等。 l用途用途 航空工業(yè)中最常用的一種航空工業(yè)中最常用的一種-Ti-Ti合金，多以合金，多以 板、棒材等制造在板、棒材等制造在350350以下工作的零件，以下工作的零件， 用于飛機(jī)、船舶、化工以及海水淡化裝置等。用于飛機(jī)、船舶、化工以及海水淡化裝置等。 TA4-TA6 TA4-TA6： 作鈦合金的焊絲材料；作鈦合金的焊絲材料； TA7TA7： 500500以下長(zhǎng)期工作零件，如飛機(jī)以下長(zhǎng)期工作零件，如飛機(jī) 蒙皮、航空模鍛件。蒙皮、航空模鍛件。 TA8TA8：室溫與高溫強(qiáng)度較室溫與高溫強(qiáng)度較TA7TA7高，可作發(fā)高，可作發(fā) 動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤(pán)、葉片等。動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤(pán)、葉片等。

28、 表一表一 鈦合金的牌號(hào)與成分鈦合金的牌號(hào)與成分 鈦合金鈦合金 l性能：性能：?jiǎn)蜗嗪辖饐蜗嗪辖?未熱處理未熱處理具有具有較高的強(qiáng)較高的強(qiáng) 度度，優(yōu)良的，優(yōu)良的斷裂韌性斷裂韌性,塑性塑性加工性能優(yōu)異加工性能優(yōu)異, 淬火、時(shí)效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫淬火、時(shí)效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫 強(qiáng)度可達(dá)強(qiáng)度可達(dá)13721666 MPa；但；但熱穩(wěn)定熱穩(wěn)定性性 較較差，差，工作溫度低于工作溫度低于200200度。度。 l牌號(hào)：牌號(hào)： TB l組織：組織：目前有兩種：目前有兩種： 退火態(tài)：穩(wěn)定退火態(tài)：穩(wěn)定 淬火后：形成介穩(wěn)定相淬火后：形成介穩(wěn)定相 ，在工業(yè)上常用；，在工業(yè)上常用； l用途：用途：適用于制造螺

29、栓、鉚釘、冷軋板材、適用于制造螺栓、鉚釘、冷軋板材、 帶材等，用于宇航工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料，帶材等，用于宇航工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料，廣泛用廣泛用 于航空航天領(lǐng)域。于航空航天領(lǐng)域。 表二表二 鈦合金的牌號(hào)與主要化學(xué)成分鈦合金的牌號(hào)與主要化學(xué)成分 + 鈦合金鈦合金 l性能：性能：雙相合金雙相合金，具有良好的綜合性能，具有良好的綜合性能， 組織穩(wěn)定性好，有良好的組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性韌性、塑性塑性和和高高 溫變形溫變形性能，能較好地進(jìn)行性能，能較好地進(jìn)行熱壓力加工熱壓力加工， 能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合金強(qiáng)化，但焊接性能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合金強(qiáng)化，但焊接性 能較差。能較差。 l牌號(hào)牌號(hào) 用用TCTC表示，表示，TC1

30、-TC10TC1-TC10 l組織：組織：含有較多的含有較多的相穩(wěn)定元素和相穩(wěn)定元素和相穩(wěn)定相穩(wěn)定 元素。這些相的金相形態(tài)和數(shù)量依成分、熱元素。這些相的金相形態(tài)和數(shù)量依成分、熱 加工變形和熱處理方式而異。這類(lèi)合金可經(jīng)加工變形和熱處理方式而異。這類(lèi)合金可經(jīng) 處理得到很高的強(qiáng)度水平，典型例子有處理得到很高的強(qiáng)度水平，典型例子有Ti- 6Al-4V。 Ti-6Al-4V(TC4)合金至今仍是使用最廣泛合金至今仍是使用最廣泛 的鈦合金。的鈦合金。 TC1，TC2：Ti Al - Mn系系 TC3，TC4，TC10： Ti Al - V系系 l用途：可用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、航空發(fā)動(dòng)用途：可用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外

31、殼、航空發(fā)動(dòng) 機(jī)的壓氣機(jī)盤(pán)和結(jié)構(gòu)鍛件與緊固件。機(jī)的壓氣機(jī)盤(pán)和結(jié)構(gòu)鍛件與緊固件。 鈦合金在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用鈦合金在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用 3.1. 具有阻燃性能的具有阻燃性能的鈦合金鈦合金 Ti-35V-15Cr Ti-35V-15Cr( (美國(guó)美國(guó)) ) BTT-1/BTT-3 BTT-1/BTT-3( (俄羅斯俄羅斯) ) Ti-25V-15Cr-0.2Si Ti-25V-15Cr-0.2Si( (中國(guó)中國(guó)) ) Ti-1Al-13Cr-0.2Si Ti-1Al-13Cr-0.2Si( (中國(guó)中國(guó)) ) F22F22戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)斗機(jī) 3.2 Ti-1023(Ti-10V-2Fe-3Al)鈦合金鈦合金 Ti1023合金的合金的拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度、斷裂韌性斷裂韌性和和疲疲 勞性能勞性能相當(dāng)優(yōu)異，同時(shí)這種合金具有優(yōu)相當(dāng)優(yōu)異，同時(shí)這種合金具有優(yōu) 異的異的鍛造性能鍛造性能，在，在760可進(jìn)行等溫鍛可進(jìn)行等溫鍛 造，提供各種近凈型加工鍛件。造，提供各種近凈型加工鍛件。 波音波音757 757 波音波音777 777 3.3. Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(Ti-15-3) 鈦合金鈦合金 優(yōu)良的優(yōu)良的鑄造性鑄造性、氫抗力氫抗力及及損傷抗力損傷抗力。由。由 于可以于可以冷軋帶材冷軋帶材，隨著薄板或帶材的減，