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关于钛合金与铝合金的区别

发布日期:2018-02-28 作者: 点击:

关于

上几篇文章都介绍了钛合金的特点,性能,自然有相当大的区别。

铝合金:

铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的,如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能:易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类,各种类均有各自的使用范围,并有各自的代号,以供使用者选用。

铝合金仍然保持了质轻的特点,但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面:一是作为受力构件;二是作为门、窗、管、盖、壳等材料;三是作为装饰和绝热材料。利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点,制成各种装饰品。铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工,制成各种装饰板材、型材,作为装饰材料。

钛合金:

概念定义: 以钛为基加入其他合金元素组成的合金称作钛合金。钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、工艺性能好等优点'是较为理想的航天工程结构材料。

研究范围: 钛合金可分为结构钛合金和耐热钛合金'或α型钛合金、β型钛合金和α+β型钛合金。研究范围还包括钛合金的成形技术、粉末冶金技术、快速凝固技术、钛合金的军用和民用等。


(一) 发展过程

50年代初~70年代初

需求动力: 为满足航空工业对材料的需求'钛合金受到重视并得以发展'技术基础主要是冶金学和工艺学。

主要特点: 该阶段的特点是从材料的探索研究逐步转向应用。主要材料有Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn等'主要用于航空发动机、航天用压力容器、发动机壳体等。

典型成果和产品:典型材料:Ti-6Al-4V' Ti-5Al-2.5Sn


70年代~90年代

需求动力: 钛合金应用领域的扩大'使钛工业得到迅速发展'新工艺和新技术推动钛合金成形工艺的发展。

主要特点: 该阶段的特点:(1)钛在航空航天工业应用量不断增加'在其它行业如海洋工程、化工、电力、冶金、医疗等方面的应用也日趋增多'成为第三金属。(2)新型钛合金不断问世'如高强钛合金、耐热钛合金等。(3)采用新工艺技术如超塑成形、快速凝固技术和等温锻造等。(4)为扩大应用而重视降低成本问题。

典型成果和产品:典型材料: Ti-1100' Ti-1023' IMI834' Timetal62S' SP-700等

(二) 现有水平及发展趋势

  钛合金是航空航天工业应用较广的一种金属材料'按用途可分为结构钛合金和高温钛合金(使用温度>400℃)。

结构钛合金以Ti-6Al-4V为代表'该合金已广泛用于飞机、导弹上'并已由次承力结构件转为主结构件。为适应更高强度和韧性的要求(如强度提高至1275~1373MPa'比强度提高至29~33'弹性模量提高至196GPa)'近年研制了许多新型钛合金'如美国的Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al;Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr(β-C)'Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo-0.23Si'Ti-4.5Al-1.5Cr;英国的Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si(IMI500)、日本的SPF00、CR800、SP700和前苏联的BT22等。其中Ti-15-333铸件和β-C可取代沉淀硬化不锈钢和镍基合金'Ti-6-22-22在美国先进战术战斗机(ATF)的样机F-22A中的用量占22%(重量)。日本的SP700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)'不仅强度高'而且在755℃达超塑性'延伸率可达2000%'成形性好'加工成本低'可取代Ti-6Al-4V'已用于航天构件。

高温钛合金近年来取得一定进展'在该领域中'美国和英国占据优势。但两国采用的开发方法和侧重点则截然不同。英国采用的是以α相固溶强化为提高蠕变强度的必要手段而无需β相共存的方法'侧重于研究近α型合金'即开发以提高蠕变强度为主的Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si(使用温度400℃)、Ti-11Sn-2.25Al-5Zr-1Mo-0.2Si(IMI679'使用温度450℃)、Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si(IMI685)合金和以改善疲劳强度为主的Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si(IMI829)和Ti-5.5Al-4.5Sn-4Zr-0.4Mo-0.8Nb-0.4Si(IMI834)。

美国则采用通过牺牲疲劳强度来提高蠕变强度的方法'侧重研究钼含量较高的合金'如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo(6242'使用温度470℃)、6242S(使用温度500℃)合金。随后'又研究开发了Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si合金(Ti-1100)'其使用温度提高到600℃。

最近美国又研制了Timetal21S(Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si)(又称β21S)'使用温度704℃'可用于制造高温导管及压力管'被优选为美国国家空天飞机(NASP)机体用金属基复合材料的基体材料。目前'这些新型高温钛合金均尚未进入实用化阶段。

目前高强度钛合金超塑性成形技术发展很快'其发展趋势是气压成形等温锻造和真空成形法。

  美国在钛合金的研制和应用方面'一直处于领先水平'据统计在美国的航空工业中'钛的消费比例为70%'美国在钛合金的成形方面'主要采用了超塑性条件下的等温锻造和板材成形。为降低成本'扩大应用'美国推出新牌号的合金'如Timetal62S(Ti-6Al-2Fe-0.1Si)'以铁代钒在成本上优于Ti-6Al-V'而且性能与之相当。

前苏联钛工业已有35年以上的历史'它的发展过程平稳'没有大的起伏。生产了大量的与Ti-6Al-4V及Ti-5Al-2.5Sn类似的合金以及一系列高温高强合金'并研究了特种耐蚀钛合金'如4200、4210、4207等'在航天工业中'前苏联广泛采用超塑性条件下钛合金的气压成形工艺。

英国在耐热钛合金的研究和应用方面同美国各占优势'但其侧重研究近α型合金'即大力开发以提高蠕变强度为重点的合金'如Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si、Ti-11Sn-2.25Al-5Zr-1Mo-0.2Si(IMI879)、Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si(IMI685)等'其中IMI685在欧洲已获得广泛应用。

近年来'日本在钛合金的研究方面也取得了较大进展'如为降低成本开发了SP-700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)合金'该合金的成形性能优于Ti-6Al-4V。日本采用低应变率的超塑性真空成形工艺。

(三) 主要研究机构

美国钛金属公司(American Titanium Metal Company),主攻技术及工程:钛合金

苏联全苏轻合金研究所(ВИЛС),主攻技术及工程:主攻技术: 钛合金


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