工程材料--钛及钛合金

1、第三节第三节 钛及钛合金钛及钛合金 一、概述一、概述 纯钛密度小，熔点高。882.5发生同素异构转变 -Ti -Ti, 由体心立方-Ti转变为密排六方-Ti。 纯钛比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好。 工业纯钛中含有氢、碳、氧、铁、镁等杂质元素。 工业纯钛按杂质含量不同分为TA1、TA2、TA3，编号 越大，杂质含量越多。 美美F-22战机约战机约36%重量的零重量的零 件用钛合金制造件用钛合金制造 纯钛主要用于 350 以下工作、强度要求不 高的零件，如石油化工 用热交换器、反应器， 海水净化装置及舰船零 部件。 钛钢复合反应釜钛钢复合反应釜 钛管换热器钛管换热器 钛制蒸馏塔钛制蒸馏塔 二、

2、钛合金的分类及热处理二、钛合金的分类及热处理 （一）钛合金的分类（一）钛合金的分类 纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有铝。铝能 提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度。 （a）表示添加Al、Ni、O等元素形成的相稳定型相 图； （b）表示添加Mo、V等元素形成的相稳定型相图； （c）表示添加Cu、Ag、Si等元素形成的共析型相 图； （d）表示添加Zr等元素与Ti完全固溶，对同素异构 转变影响不大。 按退火组织，钛合金可分为型钛合金、型钛合金和 +型钛合金三类，它们的牌号分别用TA、TB、TC 加顺序号表示 。如TA5、TB2、TC4等。其中 TA1TA3为工业纯钛。 （二）、钛合金的

3、热处理（二）、钛合金的热处理 1、退火 去应力退火 再结晶退火（650850） 2、HT强化（淬火时效） TA类不能HT强化 TB类 TC类 均可HT强化 b稍有 1 1、 型钛合金型钛合金 主加元素为铝，还有 锡、硼等。 不能热处理强化，通 常在退火状态下使用， 组织为单相固溶体。 强度低于另两类钛合金， 但高温强度、低温韧性 及耐蚀性优越。 钛合金氢泵钛合金氢泵 诱导轮诱导轮 钛合金氢泵壳体钛合金氢泵壳体 三、常用钛合金牌号及应用三、常用钛合金牌号及应用 常用牌号有TA5、TA7等 主要用于制造500以下工作的 零件，如飞机压气机叶片、导弹 的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机 匣及飞船上的高压低

4、温容器等。 钛合金卫星框架钛合金卫星框架钛合金液下泵钛合金液下泵 -Ti合金组织合金组织 B-1B-1轰炸机轰炸机 波音757客机 2 2、 型钛合金型钛合金 加入的合金元素有钼、 铬、钒、铝等。 经淬火加时效处理后， 组织为相基体上分布着 细小的相粒子。 这类合金强度高，但冶 炼工艺复杂，难于焊接, 应用受到限制。 钛合金管钛合金管 钛合金管应用钛合金管应用 常用常用型钛合金有TB1、 TB2两个牌号。 主要用于350以下工 作的结构件和紧固件, 如飞机压气机叶片、轴、 弹簧、轮盘等。 钛合金棒钛合金棒 钛合金眼镜架钛合金眼镜架 钛离心泵钛离心泵 3 3、 + + 型钛合金型钛合金 加入的合

5、金元素有铝、钒、 锰等。 可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好 的热强性、耐蚀性和低温韧性。 钛合金列管式换热器钛合金列管式换热器 +型钛合金共有九个牌号，其 中以TC4应用最广、用量最大， 其经过淬火加时效处理后，组织 为+时效析出的针状。 +钛合金组织钛合金组织 +钛合金组织（电镜）钛合金组织（电镜） +型钛合金主要用 于制造400以下工 作的飞机压气机叶片、 火箭发动机外壳、火 箭和导弹的液氢燃料 箱部件及舰船耐压壳 体等。 生物医生物医 用材料用材料 飞机压气机叶片飞机压气机叶片 仿真手臂仿真手臂 人工关节 “自行车发烧友自行车发烧友” 的首选的首选 钛结构自行车架 微机械微机械

6、 四、钛合金在舰船上的应用四、钛合金在舰船上的应用 可以制造深潜器、水翼船、耐空泡腐蚀的船用 螺旋桨及耐海水腐蚀的管系、阀门等许多重要部 件。 国外舰船汽轮机用冷凝管和部分海水管路系统早 已选用钛合金。 第四节第四节 滑动轴承合金滑动轴承合金 制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承 合金。滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑 作用的重要部件，由轴承体 和轴瓦两部分组成。 l与滚动轴承相比滑动轴承具 有承载面积大，工作平稳， 无噪音及拆装方便等优点。 一、组织性能要求一、组织性能要求 当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受 轴颈施加的交变载荷和冲击力。 对轴承合金的性能要求： 足够

7、的强韧性，以承受轴颈施加的交变冲击载荷. 较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，以 防止轴与轴瓦之间咬合。 较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性，以减 少轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合。 （4）容易制造，价格便宜。 为满足上述性能要求，轴承合金的组织应 是软的基体上分布着硬的质点或硬的基体上分 布着软的质点。 当轴旋转时，软的基体（或质点）被磨损而凹 陷，减少了轴颈与轴瓦的接触面积，有利于储 存润滑油和轴与轴瓦间的磨合，而硬的质点 (基体)则支撑着轴颈，起承载和耐磨作用。 软基体 (或质点)还能起嵌藏外来硬杂质颗粒的 作用, 以避免擦伤轴颈。 1 1、锡基轴承合金、锡基轴承合金 是以锡为主

8、并加入少 量锑、铜等元素组成 的合金，熔点较低， 是软基体硬质点组织 类型的轴承合金。 二、常用轴承合金二、常用轴承合金 工业上常用的是锡基、铅基轴承合金, 又称巴氏合金。 典型牌号为ZchSnSb11-6。 (其组织为基体+白亮块状SnSb+星状Cu6Sn5) 锡基轴承合金具有较 高的耐磨性、导热性、 耐蚀性和嵌藏性，摩擦 系数和热膨胀系数小， 但疲劳强度较低，工作 温度不超过 150 ， 价格高。 巴氏合金轴瓦巴氏合金轴瓦 广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和内燃 机等大型机器的高速轴瓦。 2 2、铅基轴承合金、铅基轴承合金 是以铅为主加入少量锑、 锡、铜等元素的合金， 也是软基体硬质

9、点型轴 承合金。 典型牌号为 ZchPbSb16Sn16Cu2。 ZPbSb16Sn16Cu2合金的显微组织合金的显微组织 ( + )共晶基体共晶基体+方块状方块状SnSb+针状针状 Cu6Sn5 铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不 如锡基轴承合金，但其成本低，高温强度好，有自 润滑性。 常用于低速、 低载条件下工 作的设备,如汽 车、拖拉机曲 轴的轴承等。 内燃机轴瓦内燃机轴瓦 锡基和铅基轴承合金强度比较低，为提高其承载 能力和使用寿命，生产上常采用离心浇注法，将 它们镶铸在低碳钢轴瓦上，形成一层薄而均匀的 内衬，成为双金属轴承。 表面保护层表面保护层 减磨层减磨层 镍栅层镍栅层

10、轴承合金轴承合金 衬背衬背 3 3、铜基轴承合金、铜基轴承合金 常用的铜基轴承合金有ZQPb30和ZQSn10-1。 ZQPb30 显微组织为硬的基体（铜）中分布着大 量软的质点（铅）。 具有很好的疲劳强度、高的导热性、低的摩擦系 数。 在高速、高负荷、大马力的发动机上得到了广泛 的应用。如航空发动机、高速柴油机的轴承等。 ZQSn10-1 在ZQSn10的合金成分中，再加入0.8 1.2P，组织为+Cu3P。 具有高的强度，适用于高速、高负荷的柴油机 轴承。 4、铝基轴承合金、铝基轴承合金 （1）铝锑镁轴承合金 其成分为3.54.5Sb和0.30.7Mg，其余 为铝。室温显微组织为Al+。 适用于载荷不超过2000MN/m2和滑动速