钛合金独特的性能与特点解析

自从1790年发现钛元素以来,人类为了获得它超凡的性能,而开展了长达百年的艰辛探索。1910年人类第1次制得金属钛,但钛合金的应用之路艰辛漫长,直到40年后的1951年才实现工业化生产。 我国自20世纪60年代开始钛合金加工的研制与应用工作。      钛合金具有比强度高、耐腐蚀、耐高温、抗疲劳等特点。同样大小的钛合金重量只是钢的60%,但是却比合金钢的强度高。钛合金由于良好的特性,经常应用于医疗领域,如人工关节、骨固定器件,义齿等等。 钛合金被广泛用于飞机结构零部件和耐热零部件上,是当代飞行器和发动机的主要结构材料之一,被誉为“空间金属”。      但是钛合金就象是一匹烈性的千里马,必须驯服它的烈性,才能实现日行千里的目标,那么如何才能“驯服”钛合金呢?      钛合金导热差、硬度高、易回弹。导热差体现在钛合金定制加工过程中由于摩擦产生的热量非常大,如果是其他金属会很快传到整体上,比如我们平时用的锅。但是钛合金导热差,会把热量不断聚集起来,使得钛合金变黏,使刀具受热变脆、磨损严重,甚至损坏刀具,就仿佛在用刀切橡皮糖一样。      钛合金硬度大,同样用在飞机上的铝合金材料加工起来就显得简单一些:加工1米钛合金材料的时间可以加工25米铝合金材料,而且还更省刀,但铝合金强度难以达到要求,因此钛合金加工虽然难,但是非常必要。而且钛合金回弹严重,影响零件加工精度,尤其是对于薄壁、外形复杂的零件,其加工难度更大 。      随着钛合金加工技术日趋成熟,加工设备、刀具等不断改进、提高,现已能够实现超大型结构件和精密复杂零件的稳定加工,其加工精度可稳定在0.2毫米,局部能够达到0.1毫米,也就是一张A4纸的厚度,甚至更为精细,加工效率也显著提升。      强力铣、浅切高速铣等使得钛合金零件加工更加快速、稳定。钛合金钣金加工的超塑成形法,化铣处理的压缩空气搅拌,焊接的小电流快速焊等方法都是我们研究出来驯服这匹烈马的。      钛合金这匹千里马才能被我们用于航空装备制造,相信随着航空工业广大科技工作者的不断研究、探索,我们对钛合金的了解逐渐加深,对于驯服钛合金这匹千里马,我们会拥有了更多的手段,它将会为我国的航空事业做出更大的贡献!...
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多次加热成形对TA15钛合金复杂锻件组织性能的影响

研究了TA15 钛合金复杂锻件多次加热成形时,小变形/无变形区的组织性能变化。结果表明,同一温度下,随加热次数增加,试验件强度塑性略有下降,加热次数对拉伸性能的影响不明显;加热温度对试验件性能影响明显,温度增高,强度降低。多次加热时,变形量大的试验件强度低于变形量小的试验件。为保证大型复杂锻件组织性能均匀性,多次锻造加热温度不宜高。    为了提高结构可靠性,减少甚至取消焊缝是钛合金结构件的发展趋势之一,换言之,钛合金锻件的大型化、整体化已成为先进飞机用材的重要发展方向。随着锻件质量越来越重、尺寸越来越大,形状也可能变得越来越复杂。复杂形状锻件,有些部位如腹板变形量大,有些部位如高筋则变形量小,即在锻件成形过程中,存在着变形不均匀性问题。要得到高质量的钛合金大型整框、异形变截面、宽厚大截面等复杂锻件,必须突破锻件成形控制和组织性能均匀性控制等关键技术,即实现大型复杂锻件的精确控形、精确控性及精确控构(微观组织) 。    在普通模锻条件下,如果锻件复杂程度增加,锻造火次则会增加,锻造火次的增加,对组织性能将产生怎样的影响,特别是难或易变形区出现的多火次—小变形/无变形对组织性能的影响,是人们关心的问题。研究表明,影响力学性能的组织参数主要包括初生α 比例、晶粒尺寸大小D、α 集束尺寸d、α 片厚度等,而这些组织参数与加热温度、冷却方式以及锻造过程中的变形量等工艺参数有密切关系。针对相变组织性能的关系以及热处理的基本规律已比较清楚,但多火次条件下的工艺参数研究工作却甚少。    本文针对这些问题进行探讨,选取TA15 钛合金两种典型变形量的试验件,分别代表大型锻件中易变形区(变形量大) 和难变形区(变形量小) 的情况。着重研究多火次锻造过程中,TA15 钛合金两种变形量试验件在小变形/无变形区组织性能的变化规律,研究工作对钛合金大型复杂锻件组织性能均匀性控制及锻造工艺参数的优化具有重要的指导作用。    1、试验材料及方法    试验材料为航空航天上应用广泛的TA15 钛合金。    TA15 钛合金的化学成分    为模拟大型复杂锻件的不均匀性变形,选取TA15钛合金两种变形量的试验件,即20% 以下小变形量锻件,代号为SX,代表大型锻件中难变形区;40%以上大变形量锻件,代号为SD,代表易变形区。为研究锻造加热温度的影响,锻造温度选取两个典型温度950 ℃,970 ℃,分别代表相变点下约40 ℃、20 ℃。多火次锻造试验后,试样均经过800 ℃ × 1 h 空冷退火。拉伸性能在Instron-4507 型电子拉力试验机上进行,组织观察和定量分析均在Leica DMLM 上进行。    3、结论    1) 970 ℃多火次加热时,TA15 钛合金小变形量试验件的强度明显高于大变形量试验件,塑性则相反。    2) TA15 钛合金无论前期变形量大小,火次对小变形/无变形区抗拉强度的影响均不太明显;在终锻温度区间,TA15 钛合金小变形/无变形区多火次锻造的抗拉强度随锻造温度提高而下降;为了防止大锻件易变形区性能下降,多火次锻造加热温度不宜高。...
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钛棒及钛合金加工件的抛光方法有哪些?

(1)细研磨。 即采用常规的各类金刚砂橡皮轮对钛棒及含钛合金加工件表面进行研磨。研磨时需注意的问题仍然是勿使加工件产热,不能造成加工件表面的研磨伤,并使整个表面达到平整光滑。 (2)桶研磨法。 所谓桶研磨法是将被加工件、研磨料、水及添加剂放入桶式研磨槽内,研磨桶产生旋转和振动,使研磨料的混合物和被加工件之间产生摩擦,将钛加工件表面研磨光滑、平整。 其特点是不产生粉尘污染,劳动强度低,不会发生常规研磨过程中的产热现象。 目前,日本已有商品化的桶研磨机及用于对钛及含钛合金加工件、其它金属铸件及塑料等研磨用的研磨料出售。 (3)机械抛光法。 使用不同规格的软布轮或黑毛刷,蘸以钛及含钛合金专用抛光膏对钛及钛合金表面抛光的方法。 在对钛铸件进行抛光时,必须做到完全清楚铸件表面污染层及未发生新的研磨硬化层,将无法达到理想的抛光效果。 宝鸡铭森金属,认为抛光时仍采用高转速、轻压力的方式。我们也曾试验过使用绿抛光膏对钛及含钛合金件进行抛光,取得了较为理想的抛光效果。经抛光后的钛及含钛合金件不能立即进入水洗,一定要是表面氧化膜完全成形后方可进行水洗,否则其表面会产生变暗的现象。...
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钛合金锻造工艺

根据室温显微组织,钛合金可分为三种类型:α型合金、α+β型合金和β型合金,其中α和α+β型合金的热塑性与变形速度关系不大,而β型合金有良好的可锻性但温度过低可能引起α相沉淀。 钛合金的锻造工艺按锻造温度与β转变温度的关系,分为常规锻造与高温锻造。 常规锻造 常用变形钛合金通常都是在β转变温度以下锻造的,称为常规锻造。根据坯料在(α+β)相区加热温度的高低,可细分为上两相区锻造与下两相区锻造。 上两相区锻造 它是在β/(α+β)相变点以下10-15℃的温度下始锻。其变形后的最终组织含有较多的β转变组织,可提高组织的蠕变性能和断裂韧性;使钛合金塑性、强度、韧性兼得。 下两相区锻造 下两相区锻造一般是在β转变温度以下40~50℃加热锻造,此时初生α相和β相同时参与变形。变形温度愈低,参与变形的α相数量愈多。与β区变形相比,在下两相区域β相的再结晶过程急剧加快,再结晶形成的新的β晶粒不仅沿变形的原始β晶界上析出,而且在β晶界内和α片层间的β中间层内出现。经这种工艺生产的锻件强度很高,塑性较好,但其断裂韧性与蠕变性能还有很大潜力。 钛合金的高温锻造 高温锻造也称为“β锻”,分为两种:        第一种是坯料在β区加热,在β区开始并完成锻造的工艺方法;第二种是坯料在β区加热,在β区开始锻造,并控制很大变形量在两相区完成锻造的工艺方法,简称为“亚β锻”。与两相区锻造相比,β锻造能得到较高的蠕变强度和断裂韧性,还有利于钛合金周疲劳性能的提高。 钛合金的等温模锻 该种工艺利用了材料的超塑性及蠕变机理来生产较复杂锻件,要求模具预热并保持在760~980℃的范围内;液压机以预定的值施加压力,压力机的工作速度由毛坯的变形抗力自动调节。由于模具改为加热的,不需要采用那么快的活动横梁去避免急冷。飞机上用的许多锻件都具有薄壁和肋高的特征,故在航空制造中该种工艺得到了应用,如国产某型机的TB6钛合金等温精模锻件工艺。        钛合金的锻造工艺已经广泛应用于航空、航天制造业领域;等温锻造工艺已用于生产飞机发动机零件和飞机等航天器结构件上; 同时在汽车、电力和舰船等工业也得到广泛的应用。...
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