第一篇：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。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机 也都使用钛合金板材焊接件。合金系和类型 工业纯钛 代号 TA1、TA2、TA3 TA6 TC4、TC10 TC5
产品种类 板、带、管、棒、线、铸件 板、棒、管、铸件 板、棒、管 厚板、棒、锻件
主要用途
飞机骨架、蒙皮、发动机部件 飞机蒙皮、骨架零件、压气 机壳体、叶片等
飞机结构零件、起落支架等 支架结构、气动导管等 钛铝合金 钛铝钒合金 钛钒铬合金
1950年美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。70年代起，民用机开始大量使用钛合金，如波音747客机用钛量达3640公斤以上占机重28%。随着加工工艺技术的发展，在火箭、人造卫星和宇宙飞船上，也用了大量的钛合金。
飞机越先进，使用的钛越多。美国F—14A战斗机使用的钛合金，约占机重的25%；F—15A战斗机为25.8%； 美国第四代战斗机用钛量为41%，其F119 发动机用钛量为39%，是目前用钛量最高的飞机。
钛合金材料飞机起落架零件
五、钛合金在航空中被大量应用的原因
现代飞机的航行最高时速已达到音速的2.7倍以上。这么快的超音速飞行，会使飞机与空气摩擦而产生大量的热。当飞行速度达到音速的2.2倍时，铝合金就经受不住了。必须采用耐高温的钛合金。
当航空发动机的推重比从4～6提高到8～10，压气机出口温度相应地从200～300℃增加到500～600℃时，原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就必须改用钛合金。
近年来科学家们对钛合金性能的研究工作，不断取得新的进展。原来由钛、铝、钒组成的钛合金，最高工作温度为550℃～600℃，而新研制的钛化铝（TiAl）合金，最高工作温度已提高到1040℃。
用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片，可以减轻结构重量。飞机每减轻重10%，可节省燃料4%。对火箭来说，每减轻1kg的重量，就可增加15km的射程。
第二篇：钛合金的特性
钛合金的特性
钛合金具有电、磁、声、光、热等方面的特殊性质，或在其他作用下表面处理特殊功能的材料。
1、密度小，比强度高
金属钛的密度为4.51g/cm³，高于铝和镁，而低于钢、铜、镍，但比强度高于铝合金和高强合金钢。
2、弹性模量低
钛的弹性模量在常温时为106.4GPa，为钢的57%，而且与人体骨骼的弹性模量接近。
3、导热系数小
金属钛的导热系数小，是低碳钢的1/5，铜的1/25。
4、抗拉强度与其屈服强度接近
钛的这一性能能说明了其屈强比高，表示了金属钛材料在成型时塑性变形差。由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大，使钛成型时的回弹能力大。、5、无磁性、无毒性
钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相容性，所以被医疗界所采用。
6、抗阻尼性能强
金属钛收到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。利用钛的这一性能可做音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。
7、耐热性好
新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。
8、耐低温性能好
钛合金TA7，TC4和半TA18等为代表的低温钛合金，其强度随温度的降低而提高，但塑性变化却不大。在-196℃~253℃低温下保持较好的延展性及韧性，避免了金属冷脆性，是低温容器和存储等设备的理想材料。
9、吸气性能
钛是一种化学性质非常活泼的金属，在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛的吸气性主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。
10、耐腐蚀性能
钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介子中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介子中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介子中式耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧介子中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械膜层也会很快自愈或重新再生。“卡乐钛制品”经营产品有：
1、建筑装饰用纯色抛光钛板、双色拼接钛板、炫彩钛板、各种花纹彩色钛及钛合金装饰板；蚀刻钛板，精雕各种花纹图像，支持定制。
2、金属钛装饰品有彩色钛壁画与壁饰、各色彩色钛制器皿与餐具、金属钛首饰；
3、定制高端金属钛制名片、标牌、挂牌等；
4、钛及钛合金制品表面抛光、着色、硬化处理代加工服务。
第三篇：常州钛合金超声波探伤检测
常州钛合金超声波探伤检测 石敏1-7-7-1-5-8-2-8-7-0-7
超声检测是无损检测质量控制的一种重要手段。对于钛合金材料中可能存在的冶金缺陷（如夹杂）、工
艺缺陷（如过热、变形不足、裂纹等）和组织缺陷，生产厂和航空厂都用超声探伤检测进行质量控制，通过超声检测，可以及时淘汰不合格的原始坯料，防止不合格坯料进入加工工序，降低生产过程中的工
作量。同时，超声检测还可以对在役的钛合金工件进行检测，及时监控钛合金工件的状态，从而减少因
钛合金工件失效断裂导致的灾难性事故的发生。
JB/T4730-2005《承压设备无损检测》是由国家发展和改革委员会发布的行业推荐标准。用于指导承压设
备无损检测及验收方法。该标准分为6部分，其中第三部分超声检测规定了承压设备采用A型脉冲反射式
超声波探伤仪器检测工件缺陷的超声检测方法和质量分级要求。该部分适用于金属材料制承压设备用原
材料、零部件、和焊接接头的超声检测，也适用于金属材料制在用承压设备的超声检测。
第四篇：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。2.钛合金的性质及优越性
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。2.1 热强度高
使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。2.2 抗蚀性好
钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。2.3 低温性能好
钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。2.4 化学活性大
钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15 mm，硬化程度为20%～30%。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。2.5 导热系数小、弹性模量小.3 钛合金的发展史
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，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%～85%。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。
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年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）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。
另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。
目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-
3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。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172 5℃，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。4 目前国内外钛合金的研究 4.1 国内
4.1.1高温钛合金
近10年及将来5~10年高温钛合金研发主要集中 在600e高温钛合金。600e高温钛合金研究对象主要是Ti60和Ti600。Ti60合金是以中科院金属所为主研。Ti600是西北有色金属研究院独家研制的,Ti600 合金的研制达到中试试验规模,国外一公司已正式订购。Ti60钛合金名义成分为Ti2515Al24Sn22ZrMo2013Si21Nd20105C,是在Ti55基础上改进研制的, 是一种用稀土金属Nd强化的综合性能良好的近A型热强钛合金。该合金长时间工作温度可达600e,用于航空发动机高压段的压气机盘、鼓筒和叶片等零件。金属所在Ti60金基础上又研制出Ti60A合金(Ti2518Al2410Sn2315Zr2014Mo2014Si2014Nb2014Ta20105C)。4.1.2 高强钛合金
高强钛合金研究主要集中在TB8(B21s),TC18(BT22)高强钛合金,TC21高强高韧损伤容限型钛合金]等。4.2 国外 4.2.1船用
美国Tmiet公司与美国海军联合开发了一种具有强度适中、韧性高、焊接性能好的近A钛合金,命名为Tmietal5111,其名义化学成分为Ti25Al21Zr21Sn21V2018Mo2011Si[3]。该合金的突出特点是具有良好的断裂韧性及抗应力腐蚀性能,同时又具有良好的室温蠕变性能。其冲击韧性约为Ti26Al24V的3倍,并且易焊接,可以进行大规格型材的焊接,主要用于舰船制造和海洋工程。在Tmietal5111合金基础上添加0105%P,它3创制出了Tmietal5111Pt合金，主要为了提高耐缝隙腐蚀性能,以达到一种合金多种用途的目的。除船用外,该合金还可以向石油化工及氯碱工业推广应用。4.2.2生物医用
最新开发的生物钛合金主要有:Ti25Al23Mo24Zr,Ti26Al27Nb,Ti213Nb213Zr,Ti235Zr210Nb等。
4.2.3 飞机
钛合金是当代飞机和发射机的主要结构材料之 一，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、波音公司和通用动力公司设 计的战术战斗机，是目前世界上具有代表性的第 4 代战斗机。它首次将隐身、高机动性和敏捷性、不 加力超音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。
F-22的发动机上还采用了美国新发展的阻燃钛 合金 Alloy C，E，用于高压压气机机匣、加力燃烧 室筒体及尾喷管上。
在舰载飞机 F/A-18 中，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。所用钛 合金主要有 Ti-6Al-4V 和 Ti-15-3(Ti-15Mo-3Al-3Sn-3Cr)。机身和机翼接头均采用 β 退火的 Ti-6Al-4V，而制动器扭力管用 Ti-6Al-4V 铸 件。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还采用了热等静压 的 Ti-6Al-4V 粉冶金制造。
其他如联合攻击战斗机（JSF）是一种低成本、多用途战术攻击战斗机，将取代美国空军现役的 F-16C 和 A-
10、海军的 F/A-18E/F、海军陆战队的 F/A-18 和 AV-8B 等机型。V-22 是美国贝尔直升机 公司为海军陆战队研制的运输型倾转旋翼机，具有 直升机能垂直起降、悬停等优点，又增强了固定翼 飞机高速飞行与远航的优点。V-22 倾转悬翼机是能 与喷气发动机或直升机相媲美的技术。其中风档密 封框架、发动机短舱主结构、主防火墙等使用了钛 合金，而作为转子系统、发动机主要支承件的传动 接头，则由 Howmet 公司用一个整体钛铸件取代了 原有的 43 个元件和 536 个紧固件。5 结束语
目前，钛及钛合金在各个领域里都发挥了举足轻重的作用。随着时代的发展，科技的进步，钛合金必将有广阔的前景和发展空间，它将为人们提供更大的便利，创造更大的经济和社会效益。参考文献
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第五篇：钛合金在船舶海水管系的应用
钛合金在船舶海水管系的应用
船舶海水管路是船舶推进保障系统、发电机保障系统和辅助系统的重要组成部分，对保障船舶动力装置、辅助机械和设备的正常工作具有重要作用。管系的漏损对船舶的影响近次与主机，占第二位。
多年以来，我国的船舶海水管系以铜制设计为主，从2000年以来，耐腐蚀性能优良的B10合金替代原来的紫铜在船舶海水管系中大量应用，大大改善了我国船舶海水管系的腐蚀破损问题。但随着我国远洋战略的实施和船舶行业的发展，海水管系的腐蚀问题依然严峻。B10合金的极限设计流速为3.6m/s，无法满足现代船舶高海水流速的要求。B10合金海水管路设计时不同海水系统对应有不同的流速限制，而部分管道关闭造成局部管道实际流速超出设计流速的情况时有发生。另外在海水管系方向发生改变的部位，管路内海水实际流速通常也会超出设计流速。同时，随着世界经济的发展，工业对海水造成的污染也不断加剧，对海水管路的耐腐蚀性能提出了更高的要求。以上几种情况导致海水管系的腐蚀问题依然突出。
钛合金具有优良的耐海水腐蚀性能，被称为“海洋金属”。具有低比重、力学性能优良等特点。同时钛合金具有优良的耐冲刷腐蚀性能（见图1），作为海水管系使用，服役期限不少于40年。
图1 不同海水流速下材料耐腐蚀性能
由于钛合金同时具有较高的强度，可以使管材的壁更薄，从而减轻管系的重量。世界各国都非常重视钛合金在海水管路上的应用研究工作。俄罗斯和美国已成功将钛合金应用于各类动力的潜艇、水面舰船。如美国海军对薄壁钛合金管从费效角度进行评价，作为水面舰船海水管系的候选管材，钛合金可以减轻管路的腐蚀和冲刷破坏，但钛合金与其它材料的电偶不匹配，材料之间的电绝缘造价较高。
钛合金在海水中的腐蚀电位较高，容易造成与之相连的其它金属的加速腐蚀，因此，钛合金在海水管路中使用时，必须加强电绝缘防护。以避免海水管系中、海水管系与船体间的电偶腐蚀发生。通常采用的方法是电绝缘连接，即用各种惰性材料（包括密封材料）制成垫片、套管，插入法兰连接中，使两法兰阴极之间的导电通路被断开。近年来，钛合金的绝缘防护技术不断发展，如热氧化、阳极氧化、微弧氧化等技术已有较好的技术积累和应用经验。这些新技术的发展和应用为钛合金在海水管路的应用提供了有力的技术支持。
钛合金具有良好的生物兼容性，在海水管系的应用时，易生长海生物造成管径减小，甚至堵塞（如图2），从而影响系统运行。针对这一问题，国内已有单位开展系统的研究工作。目前常用的有涂防污漆、电解铜铝防污和电解氯气防污等手段。因目前国内采用钛合金海水管系的船舶较少，以上几种方法的应用实践较少。其中电解氯气防污在滨海电厂的钛合金管路得到较多应用，使用效果良好。
图2 被海生物堵塞的钛合金管路
钛合金在海水管系的应用是一个系统的工程，除了管材材料规格齐全和电绝缘技术成熟，还要有防污技术、泵阀、管件材料制备技术、成熟的焊接技术等配套产品的工艺技术储备。目前，国内已制备了钛合金管件的国标和船用标准，也有部分厂家具备了多种规格钛合金管件的供货能力，国内船舶海水管路中采用钛合金阀门的型号仅有很少的小型船只，应用经验较少，相关的设计和研究工作开始也较晚，尚无法为大规模应用提供足够的技术和供货保障。钛合金海水管系所需的焊接技术已经比较完善，可以满足几乎所有工况的应用。
总之，钛合金是船舶海水管系材料未来的发展方向。目前国内相关应用经验较少，材料配套能力尚需进一步提升。
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