作者： mingsenjinshu

钛合金是普遍运用于航空航天的高性能材料，钛合金具有重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀等特性，其中耐腐蚀性能是其最显著的特性。 对于制造汽车业来说，在众多的金属资料中钛合金是唯一同时具有高强度、低密度，极好的抗疲倦和耐腐蚀性能，以及较低的弹性模量的材料。 因而它是制造汽车非常理想的的材料。        此外钛合金也普遍地应用于医疗器械、化工设备、军工（军用TC4钛棒、钛板）及运动器材（钛高尔夫球杆）等应用领域。 由于加工工艺复杂，所以钛材料价钱昂贵，这是成品产品价钱较高的主要缘由。        钛合金和很多其他合金金属一样，也是由钛与一些有用的金属成份组成，以满足对材料性能的要求，但其主要成份中钛占到90%以上。 在航空航天技术中得到普遍应用的是两种合金，即Ti6AL4V（6％铝，4％钒，90％钛）和Ti3AL2.5V（3％铝，2.5％钒，94.5％钛）        TC4钛合金具有良好的室温及高温力学性能，被广泛用于制造航空结构件和航空发动机的风扇、鼓筒等，已占到航空用钛合金总量的50%以上。 飞机的诸多承力结构件，尤其是变截面结构件要求原材料钛棒具有很好的缺口应力断裂性能，目的在于保证零件在高应力集中的状态下具有较强的抑制裂纹萌生和扩展的能力，而不致于断裂失效。国内相关技术标准中该类型TC4钛合金棒材规格的上限为(；>220mm。        目前，未见国内外关于要求缺口应力断裂性能的TC4钛合金棒材制备工艺研究的公开报道。一般认为，TC4钛合金中的氢含量较高或者组织均匀性较差会降低其室温缺口应力断裂性能⑴。在工业化批量生产中，因工艺不当导致此类棒材的缺口应力断裂性能不合格的现象也较为常见。        当中下辊过料时，轧制力对中辊不断冲击，使斜楔的防松装置迅速失效，中辊固定的稳定状态被破坏；调整好的孔型，随着中辊同定稳定状态被破坏而发生变化，影响钛棒尺寸的稳定性，最终影响成品质量；在轧制过程中，为了防止胶木瓦结构发热磨损，盅要浇注冷却水对胶木乩进行冷却和润滑，冷水往往会喷飕到轧辊表面上，使得坯料表而溢降很快，特别是轧制钛及钛合金时，由于钛及钛合金导热性差，坏料内外温度相差会更大，不利于坯料的均匀变形，轧制精度得不到保证；斜楔侧面固定方式摩擦阻力大，轧制时的电能消粍也大，即便是采用630kW的电机也会经常发生闷车现象，影响生产。        250轧机由胶木瓦结构改为轴承结构后轧制的钛及钛合金棒材尺寸稳定，外表面质量提高，成品率提高。        按照现有技术标准提供超规格范围的直径350mmTC4钛合金棒材，在保证力学性能指标不变的前提下，要求超声波探伤水平由原较小规格棒材的GB/T5193中的B级提高至A级，因此开展了特殊需求的大规格TC4钛合金棒材制备的相关工艺研究。        采用两种工艺制备的<^50mm TC4钛合金棒材锻造态的低倍组织。        可以看出，采用工艺1制备的TC4钛合金棒材的低倍组织均匀性较差，呈现从边缘部位的模糊晶逐渐向中心部位的半清晰晶过渡的现象；采用工艺2制备的棒材低倍组织均匀性良好，整个试样均为模糊晶状态。        这说明采用工艺1进行锻造，铸锭和中间坯料心部组织被破碎和细化的程度不够，这与其总变形量较小直接相关,由于钛合金变形抗力较大，加之大规格钛棒坯料的体积大，单一直拔变形也很难保证坯料心部变形充分。而工艺2充分利用4500t快锻机的大吨位锻造压力，使大规格坯料在两相区经过镦拔变形，保证了坯料的锻透性，且利用型砧拔长减少了坯料变形“死区”，使坯料不同部位均得到了充分变形，获得了破碎细化良好且一致性较好的组织。 (1)采用p相区开坯和两相区镦拔+直拔的锻造工艺，可制备出组织、性能和探伤水平均满足供货技术要求的杏350mm大规格TC4钛合金棒材。 (2)初生a相等轴化良好的组织有利于提高室温缺口应力断裂性能，方向一致性较强的短棒状a相组织会降低缺口应力断裂性能。...

钛在轮船和军舰的应用 一、综合性能优异的声纳导流罩        在前苏联，过去生产的舰船纳声流罩是用玻璃钢（FRP）制造的，后来大多改用钛合金， 使用证明：钛合金声纳导流罩具有优秀的综合性能，它们生产的“库尔斯克”号声纳系统是用钛合制造的。中国采购的K877艇、K636艇、956艇、“辽宁”航母等的声纳导流罩全是钛合金制的。 中国早些年建造的舰艇声纳导流罩根据水下、水面应用的要求不同，有的用不锈钢制造，有的用玻璃钢制造，“九五”期间对钛合金导流罩作了深入的全面研究，取得了丰硕的成果，现在逐步改用钛合金的。 二、舰船螺旋浆 舰船螺旋浆对材料的要求是：强度高，对海水的有强的抗疲劳性能，耐冲刷和空泡腐蚀。 钛螺旋浆寿命比铜合金的长5倍余。 就现有的材料来说，钛合金是能满足这些要求的首选材料。 美国海军率先在水翼艇上使用直径为1500mm、四叶可拆式超空泡钛合金螺旋浆。 1972年中国研制成水翼快艇钛合金螺旋浆，至2014年估计已生产直径450mm~1500mm的各种这种浆约800件，质量最大的超过160kg。不过长期使用与运转表明，钛合金螺旋浆及其轴在制造成本方面的优势还未充分显现出来，所以钛合金螺旋浆的应用还未达到普遍实用化阶段，有待进一步研发与推广。 在钛螺旋浆类部件中还包括船舵与轴承座等。 三、发动机排气冷却管及消声器 在中型快艇中，发动机排放的气体温度高达500℃，通过船内的管道从船尾排气，一方面需向管内（双重冷却管）通以冷却海水，使废气降温，另方面要装设消声器（Silencer），使排气噪声降到60dB以下，钛材是制造消声器的良好材料：在高温下的耐久性比铝合金的强和长，密度比不锈的低，还有良好的消声效果。 日本消声装置中的变频器（混合器minxing）大都已全部换成钛制的，选用钛材制造混合器的理由是：高温端的温度高达500℃，要求材料有良好的高温持久强度；低温端的温度虽不高，在100℃左右，但是与海水接触，需要有高的抗腐蚀性能。当前中型高速舰船的变频装置大都是铝制的，但铝的高温性能不好，易在焊缝部位及热影响区开裂，低温端易受海水腐蚀；如用不锈钢制造，焊接部分会发生应力腐蚀开裂。它们的使用期限为5a~10a，期间需进行多次维修。 钛比铝的强度高，在等强度时，用的钛材厚度比铝板的薄得多，比不锈钢的薄40%左右。另外，在成品价格方面，钛制品的价格为铝制品及不锈钢制品的2倍左右。如果考虑维修费用及更换新零部的费用，采用钛制零部件无疑要合算得多。日本海上保安厅2002年提出，舰船上的海水与排放废气混合装置一律改用钛材制造。 四、舰船上的泵、阀及管道系统 舰船上的泵、阀、配管如发动机冷却水及消防海水的管道系统工作条件非常恶劣，过去都是用铜制造的，也有用内涂防腐层钢管与不锈钢管制造的，但它们的服役期限都不长，只有2a~5a，如果改用钛泵、钛阀、钛管路则寿命长达25a~30a，不但总的费用大大下降，而且在运行期间安全可靠，不会发生腐蚀、泄漏及其他安全方面的事故。 前苏联-俄罗斯的标准规定，钛管路寿命为3个年限：第一个年限为8a~9a，下水到首次进坞维修；第二次服役寿命应不短于15a；第三次为5a~10a。要求所用等级舰船应于25a~30a期间可靠运行。当前在所有的结构材料中只有钛及钛合金能满这一要求，也是在方面性价比最高的材料。...