《航空材料无损检测》课件-航空金属材料-钛及钛合金

航空金属材料-钛及钛合金航空材料无损检测压气机01钛及钛合金02α相、α+β相和β相钛合金03变形钛合金和铸造钛合金04钛合金制备特点目录CONTENTS05钛合金在航空工业中的应用钛及钛合金PART–01一、钛及钛合金钛的元素符号为Ti，原子序数22，原子量47.9。钛的熔点为1690℃，同素异构转变点为882℃。钛具有两种晶体结构，882℃以下为密排六方晶体结构（称α相）；882℃以上为体心立方晶体结构（称β相）。钛密度小、比强度高、又耐腐蚀，是一种很好的结构材料。钛包括钛单晶和工业纯钛。工业纯钛可制成板、棒、丝、管材和锻件、铸件等。钛铁矿密排六方体心立方一、钛及钛合金钛合金的主要特点是：在-253℃~600℃范围内，比强度（抗拉强度/密度）高，抗拉强度可达1200MPa~1400MPa，而密度仅为钢的60%；耐热性好，耐热钛合金最高使用温度已达600℃；耐蚀性能优异，耐海水腐蚀性能可与白金相比；低温性能良好。钛合金首先在航空、航天等对减轻重量有紧迫要求的技术领域获得应用；随后又扩大到兵器、船舶和医疗、体育器械等领域。钛合金根据存在于它们组织中的相可分成三类：α相。α+β相和β相钛合金；根据工艺方法可分为变形钛合金、铸造钛合金和粉末冶金钛合金；按使用性能可分为结构钛合金、耐热钛合金、耐蚀钛合金、低温钛合金和功能钛合金等。钛合金是以钛为基，含有其他合金元素和杂质的合金。一、钛及钛合金钛合金是以钛为基，含有其他合金元素和杂质的合金。钛合金中典型的α+β相显微组织形态α相、α+β相和β相钛合金PART–02二、α相、α+β相和β相钛合金含有α稳定剂（如Al、Sn等），在室温稳定状态下基体为α相的钛合金。α相钛合金具有良好的耐热性和组织稳定性，是发展耐热钛合金的基础。缺点是变形抗力大，不能热处理强化，强度中等（抗拉强度大多在1000MPa以下）。α相钛合金密度小焊接性能好，低温性能也优于其他类型的钛合金。典型代表是Ti-5A1-2.5Sn合金。（一）α相钛合金近α相钛合金α型钛合金中加入少量β稳定剂，在室温稳定状态β相含量一般低于10%的钛合金。如Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-2Cu等。具有一定的热处理强化能力。Ti-5A1-2.5SnTi-2Cu二、α相、α+β相和β相钛合金（一）α相钛合金Ti-6A1-4V单向活门二、α相、α+β相和β相钛合金含有较多的β稳定剂（如V、Mo等），在室温稳定状态由α和β相所组成的钛合金。α+β型钛合金耐热性一般不如α相钛合金，最高使用温度450℃~500℃；热加工性能良好，变形抗力较小，但合金的组织和性能对工艺参数十分敏感；应用范围广泛。典型代表是Ti-6A1-4V合金。（二）

α+β相钛合金二、α相、α+β相和β相钛合金含有足够的β稳定剂，在适当冷却速度下能使其室温组织全部为β相的钛合金。包括热力学稳定β相合金和亚稳定β相合金。前者在钛中加入足量的β稳定元素，通过淬火和某些情况下的空冷，可得到室温时的β组织；后者合金元素只需高于临界浓度，通过淬火处理，就可获得单一的亚稳定β组织，稳定型β合金只作为耐蚀材料使用，如Ti-32Mo：而作为结构材料主要应用亚稳定相β钛合金。β相钛合金具有良好的工艺塑性，便于加工成形，时效处理后强度可达1289~1380MPa。（三）β相钛合金Ti-32Mo变形钛合金和铸造钛合金PART–03三、变形钛合金和铸造钛合金可进行压力加工的钛合金。能制成半成品，如板。棒、丝、带、箔、管、型材、锻件或锻坯等，是目前普遍应用的钛合金。其组织类型有α相、α+β相和β相。我国变形钛合金的牌号有20多个。钛合金牌号由字母T和A、或B、或C及数字组成，其中的T代表钛，A、B、C分别代表α相、β相和α+β相合金，数字为合金顺序号，如TA7、TB2、TC4等。（一）变形钛合金三、变形钛合金和铸造钛合金能浇注成一定形状铸件的钛合金。大部分变形钛合金（如TA7、TC4、TC9等）具有较好的铸造性能，均可用于铸造。多用真空凝壳炉和石墨型熔铸。使用温度一般为度300℃~400℃铸造钛合金牌号由Z和主要合金化元素符号以及表明合金化元素名义百分含量的数字组成,如ZTiA15Sn2.5等;铸造钛合金代号由字母ZT加A、B或C（分别表示α相、β相和α+β相）及顺序号组成，顺序号与同类型的变形钛合金的表示方法相同，如ZTA7等。（二）铸造钛合金三、变形钛合金和铸造钛合金（二）铸造钛合金钛合金牌号钛合金制备特点PART–04四、钛合金制备特点钛合金制备是制取钛材料一板材、棒材、管材、丝材、锻件、铸件和粉末冶金制品一的工艺过程。采用熔炼和塑性加工的方法可制造各种半成品，而真空铸造和粉末冶金方法可制成各种铸件和粉末冶金制品。由于钛合金的特性，其制备有一些特点。四、钛合金制备特点钛合金熔炼是熔化钛原料和添加料，制取钛和钛合金致密锭坯的过程。由于钛具有活性高、熔点高和对间隙元素极为敏感的特性，熔炼只能在真空或惰性气体保护下进行，通称真空熔炼。占主导地位的方法是真空自耗电弧熔炼（VAR，以下简称自耗熔炼），其原理是将海绵钛和添加料制备成电极，在真空室内，利用电极和水冷铜坩埚之间的电弧放电产生的高温，将电极熔化后滴落入坩埚中冷凝成锭坯。自耗炉主要由炉体、电极驱动机构、水冷铜坩埚、真空系统、主直流电源和控制台等组成。此外，还有电子束、真空等离子弧、等离子束、旋转电极非自耗、真空电渣和冷炉床熔炼等。一般钛材料经二次自耗熔炼制取，航空等重要用途的某些钛合金需经三次熔炼。（一）钛合金熔炼真空电弧炉四、钛合金制备特点钛合金塑性加工是用塑性变形方法将钛合金铸锭加工成半成品的过程。工业上常用的工艺如锻造、轧制、挤压、拉伸等已能生产出各种规格的板、棒、线、管和锻件。钛材料塑性加工的特点是：变形抗力大，常温塑性低，屈服极限和强度极限的比值高，变形回弹大，变形过程中易与模具粘结等。锻造是将铸锭加工成中间坯料的必经工序，一般称开坯锻造。同时，锻造还作为独立工序用于生产棒材、锻件和模锻件等产品。挤压法可生产管、棒和型材。轧制可生产板、带、箔、管和型材：板、带、箔轧制有热轧、温轧和冷轧3种方法；厚壁管材可用挤压和斜轧法生产，小直径薄壁无缝管材需再经冷轧或拉伸制得；型材轧制可生产棒材和简单断面型材。拉拔可生产小直径棒材和丝材。（二）钛合金塑性加工四、钛合金制备特点（二）钛合金塑性加工钛锻件钛合金板材四、钛合金制备特点在真空或保护气氛下，将钛合金进行熔炼、浇铸成铸件的过程。熔铸钛合金的主要设备是自耗电弧凝壳炉。其原理是：在炉体内，采用钛材料铸锭或锻棒作为母材料电极（负极），水冷铜坩埚充当正极，在真空气氛下，输入低压（25V~40V）大电流，两极接近起弧后，熔化钛材料自耗电极端部，滴入坩埚内形成熔池，在水冷作用下，铜坩埚壁与熔池间形成一层凝壳，保护坩埚不受浸蚀，钛液不受污染。当坩埚内熔池增长至足够量时，停电断弧，快速提升电极，翻转坩埚，将熔融钛水注入静止的或离心转动的铸型中即可获得所需的铸件。（三）钛合金铸造四、钛合金制备特点通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使钛合金的工件达到原子结合的方法。可用于焊接钛合金的焊接方法有：惰性气体保护焊、真空电子束焊、埋弧焊、电渣焊、高频焊、电阻焊、摩擦焊和钎焊等。用得最多的是惰性气体（主要是氩气）保护焊，也称氩弧焊。焊缝中最常见的缺陷是气孔和冷裂。（四）钛合金焊接焊接钛合金TC4热处理四、钛合金制备特点通过加热、保温和冷却的方法，来改变钛合金半成品和零件的内部组织结构，从而达到改善性能的过程。钛合金的热处理可以分为普通退火、特种退火（包括等温退火、多重退火和β退火）和强化热处理（固溶处理+时效）。（五）钛合金热处理钛合金在航空工业中的应用PART–05五、钛合金在航空工业中的应用钛合金是飞机的关键结构材料，用于飞机机体和发动机中要求强度高、热强性好的部位。重要的使用零件有：喷气发动机的风扇叶片、压气机叶片、盘、内环、压气机匣、中间机匣、增压器叶轮、发动机罩、排气罩、轴承壳体及支座等；飞机机身用结构锻件、紧固件和高温区蒙皮等。钛合金在国内航空产品上已获广泛应用，例如：TA15用于飞机主承力框锻件和模锻件，TA11用于发动机压气机叶片；TC4用于飞机结构锻件、板材、棒材，TC11用于发动机压气机盘和叶片，TC17用于发动机压气机盘，TC18、TC21用于飞机结构件，TC16用于飞机紧固件，TC1、TC2用于制造薄板和薄壁管材；TB6、TB8用于需要高强度和韧性的飞机紧固件，如直升机桨毂：ZTC4用于航空发动机中介机匣等。五、钛合金在航空工业中的应用增压器