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钛及钛合金按用途分类有哪些呢?

—— 钛及钛合金按用途分类

[ 信息发布:本站 | 发布时间:2020-07-31 | 浏览:1338 ]


  • 工业纯钛


工业纯钛是钛含量不低于99%,并含有少量铁、碳、氧、氮与氢等杂质的致密金属钛。杂质对纯钛的力学性能影响最明显的是氧、氮和铁,尤其是氧。氢与钛的反应是可逆的,氢对钛的性能影响主要表现为“氢脆”,通常规定氢含量不得超过0.015%,一般含有0.15%~0.3%的氧和0.03%~0.05%氮。工业纯钛在常温虽是密排六方晶格(a),但其轴比小(c/a=1.587),有较好的可加工性。纯钛的成型性能和焊接性能好,对热处理不敏感。

工业纯钛作为外科植入物金属材料已经列人ISO5832-2-1999国际标准。满足长期植入物的材料应有下列基本要求:抗腐蚀、生物相容、优越的抗拉强度、耐疲劳和有良好的韧性、弹性模量、抗磨损以及令人满意的价格。


钛钢复合板

耐蚀钛合金(corrosion resistant titanium alloy)适合于在强腐蚀性介质中应用,主要为低强合金。在非宇航领域中主要是利用耐蚀性能好这一优点。耐蚀钛合金提高了工业纯钛在还原性介质中(如盐酸、硫酸、磷酸、草酸和甲酸等)的耐腐蚀能力,目前比较成熟的有钛钼、钛钯、钛钼镍、钛镍、钛钽等合金。
钛钼合金是研究最早(1952年)的,它在还原性的盐酸中具有优异的耐蚀性;Ti-30Mo合金在沸腾的5%盐酸、沸腾的5%硫酸、沸腾的10%磷酸、沸腾的10%醋酸和沸腾的50%甲酸中一般最大的腐蚀率为0.0254~0.0508mm/a。而纯钛在93.3℃的10%硫酸溶液中的腐蚀率达到38.1~50.8mm/a;Ti-30Mo合金在氧化性介质中耐蚀性较差。由于加入高密度的钥给合金的熔炼、加工和焊接带来一定的困难。由钛钼合金又派生出了钛钼铌、钛钼锆、钛钼钯等耐蚀钛合金。
钛钯合金(TA9)在氧化性介质中具有优良的耐蚀性。对还原性介质也有一定的耐蚀能力,尤其能改善其在高氯离子浓度介质中的抗缝隙腐蚀能力。含0.2%钯的钛钯合金在5%沸腾硫酸中,可以使腐蚀率从48.26mm/a(工业纯钛)降低到0.508mm/a,耐腐蚀能力提高约95倍。该合金具有良好的加工、成型和焊接性能,但含有贵金属钯,成本高。
钛钼镍合金(TA10)名义成分为Ti-0.3Mo-0.8Ni,是20世纪70年代中期美国研究开发的Ti-12合金,是一种抗缝隙腐蚀的钛合金。该合金在300℃的抗拉强度比纯钛高一倍,抗还原性介质的腐蚀能力明显提高,在150~200℃的氯化物中不发生缝隙腐蚀。钛镍合金(T1-2Ni)在高温脱盐装置中的使用温度可达200℃左右。
钛钽合金(T1-5Ta)是俄罗斯以4204合金牌号、日本神户制钢以KSSOTa牌号生产的抗硝酸腐蚀的a型钛合金。该合金具有良好的工艺性能和焊接性能,在100~200℃流动的硝酸中腐蚀率低于0.1mm/a。已在硝酸回收装置和核燃料后处理工序得到了应用。
  • 结构钛合金
按强度分类的低强度钛合金主要用于耐蚀环境,其他钛合金用于结构件,称结构钛合金(structure titanium alloy)。普通强度钛合金(约500MPa),主要包括工业纯钛、Ti-2A1-1.5Mn(TC1)和Ti-3A1-2.5V(TA18),获得了广泛的应用。由于加工成型性能和可焊性好,合金用于制造各种航空用板材零件和液压管等,以及自行车民用产品。中等强度钛合金(约900MPa)的典型合金是Ti-6A1-4V(TC4),广泛用于宇航工业。板材高强度钛合金是室温抗拉强度在1100MPa以上,由近B钛合金和亚稳定B钛合金组成,主要用来代替飞机结构中常用的高强度结构钢,其典型合金有了Ti-13V-11Cr-3A1、Ti-15V-3Cr-3A1-3Sn和Ti-10V-2Fe-3A1合金等。
  • 耐热钛合金
耐热钛合金(heatresistan titanium alloy)是适合于在较高温度下长期工作的钛合金。它在整个工作温度范围内具有较高的瞬时和持久强度。室温下有较好的塑性、较好的蠕变抗力和良好的热稳定性。在室温与高温下均有好的抗疲劳性能。主要用来制造压气机中的盘、叶片、进气机厘以及飞机结构件。已得到应用的耐热钛合金有固溶强化的a+B型和近a型钛合金。能在500℃以下长期工作的a+B型耐热钛合金,它们都含有较多的a稳定元素,铝当量都在6以上。加入适当的B稳定元素,使合金在高温下不仅显示高的瞬时强度,而且具有足够的塑性。典型的合金有TC4(Ti-6A1-4V),TC6(Ti-6A1-2.5Mo-2Cr-0.5Fe-0.3Si)和TC11(Ti-6.5A1-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)。在500℃以下长期工作的a型耐热钛合金,它们都含有少量a稳定元素。铝当量几乎都在7以上,在平衡状态下合金有更多的a相,因此这些合金在500℃以上具有更高的蠕变抗力和更好的抗疲劳性和断裂韧度。由于近a型合金具有这些优良的综合性能,而使其成为耐热合金的主要体系。典型的合金有Ti-8A1-1Mo-1V(美国Ti-811)、Ti-6A1-2Zr-1Mo-1V(俄罗斯BT20)、Ti-6A1-2Sn-4Zr-2Mo(美国Ti-6242)和Ti-5.5A1-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si(英国IMI-829)。
发展使用温度高于500℃的耐热合金,主要是解决合金热强性与热稳定性之间的矛盾。目前国外在500~600℃使用的耐热钛合金有英国的IMI-834(Ti-6A1-4.5Sn-4Zr-1Nb-0.5Mo-0.4S-0.02Fe-0.05℃),其最高使用温度可达600℃,正在进行评价的有美国的Ti-1100(Ti-6A1-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si-0.02Fe)。用于温度为600℃的耐热钛合金,是Timet公司1988年研制的近a钛合金。
人们期望采用具有高损伤容限性能Ti3A1、TiAl为基体的金属间化合物新型耐热钛合金。Ti3A1合金室温塑性低,有代表性的合金为Ti-14A1-21Nb、Ti-14A1-21Nb-3V-2Mo合金和Ti-24A1-10Nb、Ti-25A1-8Nb-2Mo-2Ta、Ti-25A1-10Nb-3V-1Mo以及Ti-22A1-27Nb合金。
  • 低温钛合金
低温钛合金(crgogenic titanium alloy)是适合于低温下使用的a和a+B钛合金。该类合金强度随温度的降低而增加、韧性随温度的降低而很少下降,可作低温结构件。低温钛合金发展趋势是将氧含量由0.2%(普通级)降至0.12%,形成极低间隙级钛合金。能在超低温下使用。

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