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钛合金的特性及其应用
作者:周 扬  时间:2009/2/5 16:51:00  来源:论文天下论文网

  [摘 要]综述了钛合金材料的应用及研究现状,着重介绍了钛及钛合金的主要特性,加工性能及其在航空航天、军事工业和汽车制造方面的应用,并在此基础上展望了钛合金的发展方向。
  [关键词]钛合金 特性 加工性能 应用领域
  
  Ti在地壳中的丰度为0.56%(质量分数,下同),在所有按元素中居第9位,而在可作为结构材料的金属中居第4位,仅次于Al、Fe、Mg,其储量比常见金属Cu,Pb,Zn储量的总和还多。我国钛资源丰富,储量为世界第一。钛合金的密度小,比强度、比刚度高,抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好,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,海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的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。
  
  一、钛及钛合金的特性
  钛及钛合金具有许多优良特性,主要体现在如下几个方面:
  1.强度高。钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686—1176MPa,而密度仅为钢的60%左右,所以比强度很高。
  2.硬度较高。钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。
  3.弹性模量低。钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10-1.176×10MPa,约为钢和不锈钢的一半。
  4.高温和低温性能优良。在高温下,钛合金仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽,目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃;在低温下,钛合金的强度反而比在常温时增加,且具有良好的韧性,低温钛合金在-253℃时还能保持良好的韧性。
  5.钛的抗腐蚀性强。钛在550℃以下的空气中,表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中,其耐蚀性优于大多数不锈钢。
  
  二、钛及钛合金的加工性能
  1.切削加工性能
  钛合金强度高、硬度大,所以要求加工设备功率大,模具、刀具应有较高的强度和硬度。切削加工时,切屑与前刀面接触面积小,刀尖应力大。与45钢相比,钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4,可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3),所以刀具切削刃承受的应力反而更大,刀尖或切削刃容易磨损;钛合金摩擦因数大,而热导率低(分别仅为铁和铝的1/4和1/16);刀具与切屑的接触长度短,切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发,这些因素使得钛合金的切削温度很高,造成刀具磨损加快并影响加工质量。由于钛合金弹性模量低,切削加工时工件回弹大,容易造成刀具后刀面磨损的加剧和工件变形;钛合金高温时化学活性很高,容易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应,生成硬化层,同时进一步加剧了刀具的磨损;钛合金切削加工中,工件材料极易与刀具表面粘结,加上很高的切削温度,所以刀具易于产生扩散磨损和粘结磨损。
  2.磨削加工性能
  钛合金化学性质活泼、在高温下易与磨料亲和并粘附,堵塞砂轮,导致砂轮磨损加剧,磨削性能降低,磨削精度不易保证。砂轮磨损同时也增大了砂轮与工件之间的接触面积,致使散热条件恶化,磨削区温度急剧升高,在磨削表面层形成较大的热应力,造成工件的局部烧伤,产生磨削裂纹。钛合金强度高、韧性大,使磨削时磨屑不易分离、磨削力增大、磨削功耗相应增加。钛合金热导率低、比热小、磨削时热传导慢,致使热量积聚在磨削弧区,造成磨削区温度急剧升高。

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[本文关键字] 钛合金 特性 加工性能 应用领域
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