学年论文,高强度钛合金14材化程立轩033(1).

1、编号：149060241033内蒙古民族大学化学化工学院本科生学年论文横线长短不一致,难看题 目：高强度钛合金专 业： 材 料 化 学 年级： 2014级 姓 名：程立轩指导教师： 国大旺 完成日期： 2016 年 4 月 20 日 高强度钛合金摘要 钛合金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，其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。像钛这样的金属材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类社会进步的标志和里程碑，是社会不断进步

2、的先导，是国家实现可持续发展的支柱。然而，地球金属材料的矿藏是有限的，而且需要桉采集大量的能源进行复杂的提炼、处理，防止产生大量污染，才能生产成为人类有用的材料，所以，材料是宝贵的，需要学会利用和认真保护。关键词：材料；合金；钛合金；高强度金属正文： 钛合金是一种比强度大的金属，强度大说明材料在静力作用下不容易变形，也不容易断裂（裂开）；多数情况下硬度、耐磨性也比较好。所以生产实际中那些受力比较大，要求硬度、耐磨性较高的零件或器具都用强度大的金属材料去制作。但是目前高强度金属材料通常是钢铁及高温合金（硬质合金等），这类材料比强度（强度与密度之比）却较低，反而不如有色金属（镁合金，铝合金等）的比

3、强度高，所以在汽车、航空航天领等域，往往更追求比强度高，达到低能耗、轻量化等要求。钛合金是以钛为基础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钛，882以上为体心立方的钛。合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：稳定相、提高相转变温度的元素为稳定元素,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。稳定相、降低相变温度的元素为稳定元素，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。对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金

4、属，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。随着科技的发展，钛合金可应用在：不通顺1. 航空航天领域，舰艇及兵器等军品制造中2. 汽车制造业3. 化学和能源4. 医疗5. 体育6. 生活1. 钛合金的发展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作是Ti-6Al-4V合金的改型。 世界上已研制出

5、的钛合金有数百种，最著名的合金有2030种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr等。 半个多世纪特别是改革开放兰十多年来，我国材料的研究、开发、应用有了快速的发展，水泥、钢铁、有色金属、稀土材料、织物等许多材料的产量多年居世界第一0我国已经成为世界上材料的生产、销售和消费大国。中国材料，伴随着中国制造的产品，遍布全球；伴随着中国建造”的工程项目，遍布全国乃至世界上很多国家。材料支撑我国国民经济，连练30多年GDP年均10%左右的高速发展， 使我国成为全球第二大经济体。 据相关统计数据，2012年我国化工行业用钛量达2.5万吨，比2011年有所减少。这是自20

6、09年以来，我国化工用钛市场首次出现负增长。近些年来，化工行业一直是钛加工材最大的用户，其用量在钛材总用量的占比一直保持在50%以上，2011年占比高达55%。但随着经济陷入低迷期，化工行业不但新建项目明显减少，同时还将面临产业结构调整，部分产品新建产能受到控制，落后产能也将逐步淘汰的境地。受此影响，其对钛加工材用量的萎缩也变得顺理成章。在此之前，便有业内人士预测化工行业用钛量在20132015年间达到峰值。以当前市场表现看来，2012年整体经济的疲软有可能使得化工用钛的衰退期提前。2. 钛合金的性能钛是一种新型金属，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

7、%，但其强度低、塑性高。99.5%工业纯钛的性能为：密度业纯钛的性能立方厘米，熔点为1725，导热系数导热系数熔点为：密度、氮、，抗拉强度抗拉强度熔点为：，伸长率伸长率度，断面收缩率断面收缩，弹性模量E=1.078为：密度、氮、，硬度HB195。2.1比强度高钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，纯钛的密度才接近普通钢的密度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。2.2热强度高使用温度比铝合金高几百度

8、，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450500的温度下长期工作这两类钛合金在150500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。2.3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。2.4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。2.5导热弹

9、性小钛的导热系数的导热系数定的塑（m.K）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，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的23倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。3.钛合金的分类 钛是同素异构体，熔点为1668，在低于882时呈密排六方晶格结构，称为钛；在882以上呈体心立方晶格结构，称为钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（titanium alloys）。室温下，钛合金有三种基体组织

10、，钛合金也就分为以下三类：合金,(分为以下合金和合金。（1）钛合金：它是相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500600的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。（2）钛合金 它是相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达13721666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。（3）但热钛合金 它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。

11、热处理后的强度约比退火状态提高50%100%；高温强度高，可在400500的温度下长期工作，其热稳定性次于钛合金。 三种钛合金中最常用的是钛合金和合金钛合金；钛合金的切削加工性最好，合金钛合金次之，钛合金最差。钛合金代号为TA，钛合金代号为TB，B金钛合金代号为TC。 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。4.钛合金的应用钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。钛的工业化生

12、产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约 8%的增长速度发展。世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。4.1航空航天工业上的应用钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和

13、使用温度介于铝和钢之间，但比铝、钢强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。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。钛合金在军用飞机中的用量迅速增加，达到飞机结构重量的20%25%。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。马赫数大于 2.5的飞机用钛主要是为了代替钢，以减轻结构重量。又如，美国SR-71 高空高速侦察机(飞行马赫数为3，飞行高度26212米)，钛占飞机结构重量的93%，号称“全钛”飞机。当

14、航空发动机的推重比从46提高到810，压气机出口温度相应地从200300机出增加到500600机出时，原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就必须改用钛合金，或用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片，以减轻结构重量。70年代，钛合金在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20%30%，主要用于制造压气机部件，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、铸钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。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。4.2军事上的应用钛合金比强度高，极耐海水长期

15、腐蚀，又有适当的成形性、可焊性、加工性，适于做潜艇壳体材料，钛无磁性，不易受磁性水雷攻击，敌方反潜装置难以 发现；钛合金的透声系数高，适于做声呐导流罩，可提高潜艇的侦察能力，提高 可靠性和减少维修成本。俄罗斯在建造钛合金核潜艇研究和制造技术上处于国际领先地位，也是用钛合金最先建造耐压壳体的国家。从20世纪60年代起，俄罗斯研制的核潜艇已有4代，世界第一艘K162号全钛核潜艇于1968年12月下水，已运行了30多年，到过各大洋和海域，经受了不同载荷和环境考核，从未出现过任何事故。4.3汽车工业上的应用钛合金具有质量轻、比强度高、耐腐蚀性好等优点，故被广泛应用在汽车工业中，应用钛合金最多的是汽车发

16、动机系统。利用钛合金制造发动机零件有很多好处。钛合金的密度低，可以降低运动零件的惯性质量，同时钛气门弹簧可以增加自由振动，减弱车身的振颤，提高发动机的转速及输出功率。减小运动零件的惯性质量，从而使摩擦力减小，提高发动机的燃油效率。选择钛合金可以减轻相关零件的负载应力，缩小零件的尺寸，从而使发动机及整车的质量减轻。零部件惯性质量的降低，使得振动和噪声减弱，改善发动机的性能。 钛合金在其他部件上的应用可提高人员的舒适度和汽车的美观等。在汽车工业上的应用，钛合金在节能降耗方面起到了不可估量的作用。钛合金零部件尽管具有如此优越的性能，但距钛及其合金普遍应用在汽车工业中还有很大的距离，原因包括价格昂贵、

17、成形性不好及焊接性能差等问题。阻碍钛合金普遍应用于汽车工业的最主要原因还是成本过高。6.钛合金的循环利用像钛这样的金属材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类社会进步的标志和里程碑，是社会不断进步的先导，是国家实现可持续发展的支柱。然而，地球金属材料的矿藏是有限的，而且需要桉采集大量的能源进行复杂的提炼、处理，防止产生大量污染，才能生产成为人类有用的材料，所以，材料是宝贵的，需要学会利用和认真保护。 “材料寿命”是指对材料及其制品在服役环境作用下出现腐蚀、老化、磨损和断裂而导致的过早进行预防和控制，以尽可能提高其水平，质量，延长寿命。目标是节约资源、能源，减少对环境的污染，支持国家可持续性发展。 我国在“材料延寿与可持续发展”方面，做过大量的研究，取得了显著的