《航空材料無(wú)損檢測(cè)》課件-航空金屬材料-鈦及鈦合金

航空金屬材料-鈦及鈦合金航空材料無(wú)損檢測(cè)壓氣機(jī)01鈦及鈦合金02α相、α+β相和β相鈦合金03變形鈦合金和鑄造鈦合金04鈦合金制備特點(diǎn)目錄CONTENTS05鈦合金在航空工業(yè)中的應(yīng)用鈦及鈦合金PART–01一、鈦及鈦合金鈦的元素符號(hào)為Ti，原子序數(shù)22，原子量47.9。鈦的熔點(diǎn)為1690℃，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)為882℃。鈦具有兩種晶體結(jié)構(gòu)，882℃以下為密排六方晶體結(jié)構(gòu)（稱α相）；882℃以上為體心立方晶體結(jié)構(gòu)（稱β相）。鈦密度小、比強(qiáng)度高、又耐腐蝕，是一種很好的結(jié)構(gòu)材料。鈦包括鈦單晶和工業(yè)純鈦。工業(yè)純鈦可制成板、棒、絲、管材和鍛件、鑄件等。鈦鐵礦密排六方體心立方一、鈦及鈦合金鈦合金的主要特點(diǎn)是：在-253℃~600℃范圍內(nèi)，比強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度/密度）高，抗拉強(qiáng)度可達(dá)1200MPa~1400MPa，而密度僅為鋼的60%；耐熱性好，耐熱鈦合金最高使用溫度已達(dá)600℃；耐蝕性能優(yōu)異，耐海水腐蝕性能可與白金相比；低溫性能良好。鈦合金首先在航空、航天等對(duì)減輕重量有緊迫要求的技術(shù)領(lǐng)域獲得應(yīng)用；隨后又?jǐn)U大到兵器、船舶和醫(yī)療、體育器械等領(lǐng)域。鈦合金根據(jù)存在于它們組織中的相可分成三類：α相。α+β相和β相鈦合金；根據(jù)工藝方法可分為變形鈦合金、鑄造鈦合金和粉末冶金鈦合金；按使用性能可分為結(jié)構(gòu)鈦合金、耐熱鈦合金、耐蝕鈦合金、低溫鈦合金和功能鈦合金等。鈦合金是以鈦為基，含有其他合金元素和雜質(zhì)的合金。一、鈦及鈦合金鈦合金是以鈦為基，含有其他合金元素和雜質(zhì)的合金。鈦合金中典型的α+β相顯微組織形態(tài)α相、α+β相和β相鈦合金PART–02二、α相、α+β相和β相鈦合金含有α穩(wěn)定劑（如Al、Sn等），在室溫穩(wěn)定狀態(tài)下基體為α相的鈦合金。α相鈦合金具有良好的耐熱性和組織穩(wěn)定性，是發(fā)展耐熱鈦合金的基礎(chǔ)。缺點(diǎn)是變形抗力大，不能熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度中等（抗拉強(qiáng)度大多在1000MPa以下）。α相鈦合金密度小焊接性能好，低溫性能也優(yōu)于其他類型的鈦合金。典型代表是Ti-5A1-2.5Sn合金。（一）α相鈦合金近α相鈦合金α型鈦合金中加入少量β穩(wěn)定劑，在室溫穩(wěn)定狀態(tài)β相含量一般低于10%的鈦合金。如Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-2Cu等。具有一定的熱處理強(qiáng)化能力。Ti-5A1-2.5SnTi-2Cu二、α相、α+β相和β相鈦合金（一）α相鈦合金Ti-6A1-4V單向活門二、α相、α+β相和β相鈦合金含有較多的β穩(wěn)定劑（如V、Mo等），在室溫穩(wěn)定狀態(tài)由α和β相所組成的鈦合金。α+β型鈦合金耐熱性一般不如α相鈦合金，最高使用溫度450℃~500℃；熱加工性能良好，變形抗力較小，但合金的組織和性能對(duì)工藝參數(shù)十分敏感；應(yīng)用范圍廣泛。典型代表是Ti-6A1-4V合金。（二）

α+β相鈦合金二、α相、α+β相和β相鈦合金含有足夠的β穩(wěn)定劑，在適當(dāng)冷卻速度下能使其室溫組織全部為β相的鈦合金。包括熱力學(xué)穩(wěn)定β相合金和亞穩(wěn)定β相合金。前者在鈦中加入足量的β穩(wěn)定元素，通過(guò)淬火和某些情況下的空冷，可得到室溫時(shí)的β組織；后者合金元素只需高于臨界濃度，通過(guò)淬火處理，就可獲得單一的亞穩(wěn)定β組織，穩(wěn)定型β合金只作為耐蝕材料使用，如Ti-32Mo：而作為結(jié)構(gòu)材料主要應(yīng)用亞穩(wěn)定相β鈦合金。β相鈦合金具有良好的工藝塑性，便于加工成形，時(shí)效處理后強(qiáng)度可達(dá)1289~1380MPa。（三）β相鈦合金Ti-32Mo變形鈦合金和鑄造鈦合金PART–03三、變形鈦合金和鑄造鈦合金可進(jìn)行壓力加工的鈦合金。能制成半成品，如板。棒、絲、帶、箔、管、型材、鍛件或鍛坯等，是目前普遍應(yīng)用的鈦合金。其組織類型有α相、α+β相和β相。我國(guó)變形鈦合金的牌號(hào)有20多個(gè)。鈦合金牌號(hào)由字母T和A、或B、或C及數(shù)字組成，其中的T代表鈦，A、B、C分別代表α相、β相和α+β相合金，數(shù)字為合金順序號(hào)，如TA7、TB2、TC4等。（一）變形鈦合金三、變形鈦合金和鑄造鈦合金能澆注成一定形狀鑄件的鈦合金。大部分變形鈦合金（如TA7、TC4、TC9等）具有較好的鑄造性能，均可用于鑄造。多用真空凝殼爐和石墨型熔鑄。使用溫度一般為度300℃~400℃鑄造鈦合金牌號(hào)由Z和主要合金化元素符號(hào)以及表明合金化元素名義百分含量的數(shù)字組成,如ZTiA15Sn2.5等;鑄造鈦合金代號(hào)由字母ZT加A、B或C（分別表示α相、β相和α+β相）及順序號(hào)組成，順序號(hào)與同類型的變形鈦合金的表示方法相同，如ZTA7等。（二）鑄造鈦合金三、變形鈦合金和鑄造鈦合金（二）鑄造鈦合金鈦合金牌號(hào)鈦合金制備特點(diǎn)PART–04四、鈦合金制備特點(diǎn)鈦合金制備是制取鈦材料一板材、棒材、管材、絲材、鍛件、鑄件和粉末冶金制品一的工藝過(guò)程。采用熔煉和塑性加工的方法可制造各種半成品，而真空鑄造和粉末冶金方法可制成各種鑄件和粉末冶金制品。由于鈦合金的特性，其制備有一些特點(diǎn)。四、鈦合金制備特點(diǎn)鈦合金熔煉是熔化鈦原料和添加料，制取鈦和鈦合金致密錠坯的過(guò)程。由于鈦具有活性高、熔點(diǎn)高和對(duì)間隙元素極為敏感的特性，熔煉只能在真空或惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，通稱真空熔煉。占主導(dǎo)地位的方法是真空自耗電弧熔煉（VAR，以下簡(jiǎn)稱自耗熔煉），其原理是將海綿鈦和添加料制備成電極，在真空室內(nèi)，利用電極和水冷銅坩堝之間的電弧放電產(chǎn)生的高溫，將電極熔化后滴落入坩堝中冷凝成錠坯。自耗爐主要由爐體、電極驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、水冷銅坩堝、真空系統(tǒng)、主直流電源和控制臺(tái)等組成。此外，還有電子束、真空等離子弧、等離子束、旋轉(zhuǎn)電極非自耗、真空電渣和冷爐床熔煉等。一般鈦材料經(jīng)二次自耗熔煉制取，航空等重要用途的某些鈦合金需經(jīng)三次熔煉。（一）鈦合金熔煉真空電弧爐四、鈦合金制備特點(diǎn)鈦合金塑性加工是用塑性變形方法將鈦合金鑄錠加工成半成品的過(guò)程。工業(yè)上常用的工藝如鍛造、軋制、擠壓、拉伸等已能生產(chǎn)出各種規(guī)格的板、棒、線、管和鍛件。鈦材料塑性加工的特點(diǎn)是：變形抗力大，常溫塑性低，屈服極限和強(qiáng)度極限的比值高，變形回彈大，變形過(guò)程中易與模具粘結(jié)等。鍛造是將鑄錠加工成中間坯料的必經(jīng)工序，一般稱開(kāi)坯鍛造。同時(shí)，鍛造還作為獨(dú)立工序用于生產(chǎn)棒材、鍛件和模鍛件等產(chǎn)品。擠壓法可生產(chǎn)管、棒和型材。軋制可生產(chǎn)板、帶、箔、管和型材：板、帶、箔軋制有熱軋、溫軋和冷軋3種方法；厚壁管材可用擠壓和斜軋法生產(chǎn)，小直徑薄壁無(wú)縫管材需再經(jīng)冷軋或拉伸制得；型材軋制可生產(chǎn)棒材和簡(jiǎn)單斷面型材。拉拔可生產(chǎn)小直徑棒材和絲材。（二）鈦合金塑性加工四、鈦合金制備特點(diǎn)（二）鈦合金塑性加工鈦鍛件鈦合金板材四、鈦合金制備特點(diǎn)在真空或保護(hù)氣氛下，將鈦合金進(jìn)行熔煉、澆鑄成鑄件的過(guò)程。熔鑄鈦合金的主要設(shè)備是自耗電弧凝殼爐。其原理是：在爐體內(nèi)，采用鈦材料鑄錠或鍛棒作為母材料電極（負(fù)極），水冷銅坩堝充當(dāng)正極，在真空氣氛下，輸入低壓（25V~40V）大電流，兩極接近起弧后，熔化鈦材料自耗電極端部，滴入坩堝內(nèi)形成熔池，在水冷作用下，銅坩堝壁與熔池間形成一層凝殼，保護(hù)坩堝不受浸蝕，鈦液不受污染。當(dāng)坩堝內(nèi)熔池增長(zhǎng)至足夠量時(shí)，停電斷弧，快速提升電極，翻轉(zhuǎn)坩堝，將熔融鈦水注入靜止的或離心轉(zhuǎn)動(dòng)的鑄型中即可獲得所需的鑄件。（三）鈦合金鑄造四、鈦合金制備特點(diǎn)通過(guò)加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使鈦合金的工件達(dá)到原子結(jié)合的方法?？捎糜诤附逾伜辖鸬暮附臃椒ㄓ校憾栊詺怏w保護(hù)焊、真空電子束焊、埋弧焊、電渣焊、高頻焊、電阻焊、摩擦焊和釬焊等。用得最多的是惰性氣體（主要是氬氣）保護(hù)焊，也稱氬弧焊。焊縫中最常見(jiàn)的缺陷是氣孔和冷裂。（四）鈦合金焊接焊接鈦合金TC4熱處理四、鈦合金制備特點(diǎn)通過(guò)加熱、保溫和冷卻的方法，來(lái)改變鈦合金半成品和零件的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到改善性能的過(guò)程。鈦合金的熱處理可以分為普通退火、特種退火（包括等溫退火、多重退火和β退火）和強(qiáng)化熱處理（固溶處理+時(shí)效）。（五）鈦合金熱處理鈦合金在航空工業(yè)中的應(yīng)用PART–05五、鈦合金在航空工業(yè)中的應(yīng)用鈦合金是飛機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料，用于飛機(jī)機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)中要求強(qiáng)度高、熱強(qiáng)性好的部位。重要的使用零件有：噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)葉片、盤、內(nèi)環(huán)、壓氣機(jī)匣、中間機(jī)匣、增壓器葉輪、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、排氣罩、軸承殼體及支座等；飛機(jī)機(jī)身用結(jié)構(gòu)鍛件、緊固件和高溫區(qū)蒙皮等。鈦合金在國(guó)內(nèi)航空產(chǎn)品上已獲廣泛應(yīng)用，例如：TA15用于飛機(jī)主承力框鍛件和模鍛件，TA11用于發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片；TC4用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)鍛件、板材、棒材，TC11用于發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤和葉片，TC17用于發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤，TC18、TC21用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件，TC16用于飛機(jī)緊固件，TC1、TC2用于制造薄板和薄壁管材；TB6、TB8用于需要高強(qiáng)度和韌性的飛機(jī)緊固件，如直升機(jī)槳轂：ZTC4用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中介機(jī)匣等。五、鈦合金在航空工業(yè)中的應(yīng)用增壓器