钛合金的品牌和品种很多,有100多种。 工业上有40-50种,最常用的有10种以上。 包括各种口味的工业纯钛和精选的钛合金,例如ti-6al-4v,ti-5al-2.5sn,ti-2al-1.5mn,ti-3al-2.5v,ti-6al-2sn-4zr-2mo ,ti-6al-2sn-4zr-6mo,ti-8al-1mo-1v,ti-13v-11cr-3al,ti-15v-3cr-3al-sn和ti-10v-2fe-3al和ti-0.20pd,ti-0.3mo-0.8ni等。但是,对于大多数国家/地区来说,前两种重要合金(ti-6al-4v; ti-5al-2.5sn)是最典型的合金,并且在所有国家中都得到认可。 世界。
1。 按组织分类
钛合金通常根据其组织命名,即α钛合金(包括近乎α钛合金),β钛合金和( α+β)钛合金。 在中国国家标准中,以ta,tb,tc为前缀来表示钛合金的类型,然后以数字表示合金序列号,例如ta代表α型钛合金,ta7钛合金为ti5al- 2.5sn合金; tb代表β钛合金,tb2代表ti-5mo-5v-8cr-3al合金; tc代表α+β型合金,例如tc4钛合金是ti-6al-4v合金。
alpha钛合金主要包含α稳定元素。 在室温下,它们基本上是α相钛合金,例如工业纯钛(ta0,ta1,ta2,ta3)和ta7(ti-5al-5sn)。 α钛合金主要用于化工,石化和加工行业。 在这些行业中,首先要考虑的是合金的耐腐蚀性和可加工变形性。 优选工业纯钛(ta0-ta3四种),含钯合金的ta9钛合金(ta9钛钯合金)和少量钼和镍合金(ta10钛钼镍合金)。
接近α的钛合金,这种钛合金中添加了少量的β稳定元素。 在室温下处于稳定状态时,退火后的结构包含少量的β相或金属间化合物,通常不超过10%,例如ta11(ti-8al-1mo-1v),这是一种在2011年开发的钛合金。 美国在高温条件下使用,但高铝含量会引起热盐效应腐蚀问题; ta15(ti-6.5al-1mo-1v-2zr)是在俄罗斯开发的bt20合金。 ta11钛合金和ta15钛合金是类似的合金。 后者降低了铝含量并增加了锆,从而保持了耐热性并改善了热盐效应腐蚀。 α+复合合金ta13(ti-2.5cu)是在英国开发的imi230合金。
α+β钛该合金包含更多的β稳定元素。 它是由在室温下处于稳定状态的α和β相组成的钛合金。 β含量通常为10%-50%。 α+β钛合金强度中等,可以通过热处理进行强化,但焊接性能较差。 根据钼当量的不同,这种合金可分为马氏体型和过渡型。 其中,水城军械厂于1954年开发的典型ti-6al-4v合金已广泛用于航空航天工业。 该合金产品占钛合金产量的55%-65%,可用于生产各种大型航空锻件和零件,ti-6al-4v合金具有优异的综合性能,经过最深入的研究, 使用时间最长,应用范围最广。 因此,该合金自诞生半个世纪以来一直保持着旺盛的生命力。 中国品牌为tc4,美国钛金属公司的timet部门品牌为ti-6al-4v,美国活性金属公司为rmi6al4v,英国钛金属公司为imi318,俄罗斯为bt6,日本住友为st-al40,法国 是ta6v。 德国是lt31。
第二,按强度分类
钛 合金添加元素,以钼当量[mo1] ep和铝当量[al] ep表示:α和接近α的钛合金[mo1] ep为12-13,[al] ep为5-8; α+β钛合金[mo1] ep为5-12,[al] ep为6-30; β钛合金(易熔合金)[mo1] ep为12-25,[al] ep为5-8。 设计者更适合按强度分类,可以分为低强度,正常强度,中等强度,高强度和最高强度。
3。 按用途分类
1。 工业纯钛
工业纯钛是一种致密金属钛,其钛含量不少于99%,并且铁,氧, 碳,氮,氢和其他杂质。 杂质对纯钛机械性能的最明显影响是氧气,氮气和铁,尤其是氧气。 氢和钛之间的反应是可逆的。 氢对钛性能的影响主要表现为“氢脆”。 通常规定氢含量不超过0.03%-0.05%氢。 工业纯钛在室温下密集包装六边形晶格(α),但轴向比小(c / a = 1.587),并且具有较好的切削性。 纯钛具有良好的成型性能和焊接性能,并且对热处理不敏感。
工业纯钛作为外科植入物的金属材料已被列入iso5832-2-1999国际标准中,可以长期满足要求 植入物材料具有以下基本要求:耐腐蚀性,生物相容性,优异的拉伸强度,耐疲劳性和良好的韧性,弹性磨具,耐磨性和令人满意的价格。
2,耐腐蚀钛合金
耐腐蚀 钛合金适用于高腐蚀性介质,主要是低强度合金。 在非航空航天领域,主要使用具有良好耐腐蚀性的优点。 耐腐蚀钛合金提高了工业纯钛在还原介质(例如盐酸,硫酸,磷酸,草酸和甲酸)中的耐腐蚀性。 目前成熟的钛钼,钛钯,镍钛钼,钛镍,钛钽等合金。
钛钼合金是最早的研究(1952年),在还原盐酸中具有出色的耐腐蚀性,ti-30mo合金在沸腾5%的碳中 酸,沸腾5%硫酸,沸腾10%磷酸,沸腾10%乙酸和沸腾50%甲酸,一般最大腐蚀速率为0.0254-0.0508mm / a。 而纯钛在93.3℃下在10%硫酸溶液中的腐蚀速率达到38.1-50.8mm / a; ti-30mo合金在氧化介质中的耐腐蚀性很差。 高密度钼-合金的冶炼,加工和焊接带来一定的航空灾难。 钛-钼-铌,钛-钼-锆,钛-钼-钯等耐腐蚀钛合金衍生自钛-钼合金。
ta9钛钯合金在氧化介质中具有优异的耐腐蚀性。 它还对还原性介质具有一定的耐蚀性,特别是在高氯离子浓度介质中提高其缝隙耐蚀性。 ta9钛合金包含0.2%的钯。 在5%沸点硫酸中的ta9钛钯合金可以将腐蚀速率从48.26mm / a(工业纯钛)降低到0.508mm / a,并将耐蚀性提高约95倍。 该合金具有良好的加工,成形和焊接性能,但含有贵金属钯,高成本。
β-钛合金,这种钛合金包含足够的β稳定元素,室温下的结构都是β相。 适当的冷却速度通常可以分为热处理β钛合金(亚稳态β钛合金)和稳定的β钛合金。 可以热处理β钛合金,在淬火条件下具有非常好的加工塑性,可以板材冷成型,并且可以通过时效处理获得高达1300-1400mpa的室温拉伸强度。
ta10钛-钼-镍合金的标称成分为ti-0.3mo-0.8ni,这是一种已开发的ti-12合金 由美国在1970年代中期制造。它是一种耐缝隙腐蚀的钛合金。 该合金在300℃下的抗拉强度是纯钛的两倍。 还原介质的耐蚀性明显提高。 在150-200℃的氯化物中不会发生缝隙腐蚀。 。
钛盐镍合金(ti-2ni)在高温脱盐设备中的使用温度可达到200℃左右。
钛-钽合金(ti-5ta)是由俄罗斯生产的4204合金等级,日本神户制钢的耐硝酸腐蚀α型。 ks50ta级。 钛合金。 该合金具有良好的工艺性能和焊接性能,在100-200°c的硝酸中流动的腐蚀速率低于0.1mm / a。 它已用于硝酸回收设备和核燃料后处理程序中。
3。 结构钛合金
低强度分类高强度钛合金主要用于耐腐蚀环境,其他钛合金也用于结构零件 ,称为结构钛合金。 普通强度的钛合金(约500mpa),主要包括工业纯钛,ti-2al-1.5mn(tc1)和ti-3al-2.5v(ta18),已得到广泛使用。 由于其良好的加工性能和可焊性,该合金可用于制造各种航空板材零件和液压管,以及自行车和民用产品。 典型的中等强度钛合金(约900mpa)是ti-6al-4v(tc4),广泛用于航空航天钛合金行业。 板材高强度钛合金的室温拉伸强度为1100mpa以上,由近β钛合金和亚稳β钛合金组成。 它主要用于替代飞机结构中常用的高强度结构钢。 其典型合金包括ti-13v-11cr-3al,ti-15v-3cr-3al -3sn和ti-10v-2fe-3al合金等。
4。 耐热钛合金
耐热钛合金它是适合长期在高温下工作的钛合金。 在整个工作温度范围内,它具有很高的瞬时强度和持久强度。 它在室温下具有良好的可塑性,良好的抗蠕变性和良好的热稳定性。 在室温和高温下具有良好的抗疲劳性。 它主要用于制造压缩机中的圆盘,叶片,进气口接收器和飞机部件。 已经使用的耐热钛合金是固溶强化的α+β和近α钛合金。 可以在500°c以下长时间工作的α+β耐热钛合金,它们都包含更多的α稳定元素,并且铝当量高于6。添加适当的β稳定元素会使合金不 不仅在高温下显示出高的瞬时强度,而且还具有足够的可塑性。 典型的合金是tc4(ti-6al-4v),tc6(ti-6al-2.5mo-2cr-0.5)fe-0.3si)和tc11(ti-6.5al-3.5mo-1.5zr-0.3si)。 在500℃以下可长期工作的alpha型耐热钛合金,都含有少量的α稳定元素。 几乎所有铝当量都在7以上,并且合金在平衡状态下具有更多的α相,因此这些合金在500°c以上时具有较高的抗蠕变性,较好的抗疲劳性和断裂韧性。 由于近α合金具有这些优异的综合性能,因此它已成为耐热合金的主要体系。 典型的合金是ti-8al-1mo-1v(美国的ti-811),ti6al-2zr-1mo-1v(俄罗斯的bt20),ti-6al-2sn-4zr-2mo(美国的ti-6242) )和ti-5.5al -3.5sn-3zr-1nb-0.3mo-0.3si(uk imi-829)。
5,低温钛合金
低温钛合金 适用于低温使用的Α和α+β钛合金。 这类合金随温度降低而增加,而其韧性很少随温度降低而降低。 可用作低温结构件。 低温钛合金的发展趋势是将氧含量从0.2%(普通级)降低到0.12%,以形成极低间隙级的钛合金(eli)。 它可以在超低温(