钛合金、镁合金和铝合金的特点以及典型合金的相关资料

先进金属结构材料课堂作业 学生姓名：曹中原 学 号：ZY1301101 授课老师：李树索老师 专业导师：宫声凯老师 一、镁合金 1.镁合金特点 （1）重量轻：镁合金的比强度要高于铝合金和钢铁、但略低于比强度最高的纤维增强塑料；其比刚度与铝合金和钢铁相当，但却远远高于纤维增强塑料。比强度（强度/密度之比值）、比耐力（耐力/密度之比值）则比铝、铁都要高。在实用金属结构材料中其比重最小（密度为铝的2/3，钢的1/4）。这一特性对于现代社会的手提类产品减轻重量、车辆减少能耗以及兵器装备的轻量化具有非常重要的意义。     （2）高的阻尼和吸震、减震性能：镁合金具有极好的吸收能量的能力，可吸收震动和噪音，保证设备能安静工作。镁合金的阻尼性比铝合金大数十倍，减震效果很显著，采用镁合金取代铝合金制作计算机硬盘的底座，可以大幅度减轻重量（约降低70%），大大增加硬盘的稳定性，非常有利于计算机的硬盘向高速、大容量的方向发展。   （3）良好的抗冲击和抗压缩能力：其抗冲击能力是塑料的20倍；当镁合金铸件受到冲击时，在其表面产生的疤痕比铁和铝都要小的多。   （4）良好的铸造性能：在保持良好的部件结构条件下，镁合金铸造制品的壁厚可以小于0.6 mm，这是塑胶制品在相同强度条件下无法达到的，就是铝合金制品也只能在1.2～1.5 mm范围内才可与镁制品相媲美。   （5）尺寸稳定性：在100℃以下，镁合金可以长时间保持其尺寸的稳定性；不需要退火和消除应力就具有尺寸稳定性是镁合金的一个很突出的特性，其体积收缩仅为6%，是铸造金属中收缩量最低的一种；在负载情况下，还具有良好的蠕变强度，这种性能对制作发动机零件和小型发动机压铸件具有重要意义。     （6）铸模生产率高：与铝合金相比，镁合金的单位热含量更低，这意味着它可在模具内能更快速地凝固。一般地，镁合金的生产率比铝压铸高出40%～50%，最高可达压铸铝的2倍。   （7）良好的机械加工性能：镁合金的切削阻力小，约为钢铁的1/10，铝合金的1/3，其切削速度大大高于其他金属；易进行切削加工而且加工成本低，加工能量仅为铝合金的70%。不需要机械磨削和抛光，不使用切削液也能得到优良的表面光洁度，在一次切削后即可获得，并极少出现积屑瘤。     （8）良好的耐蚀性：在大气中，镁具有很好的耐蚀性，比铁的耐蚀性好。如高纯镁合金Az91D的耐蚀性比低碳钢要好得多，已超过压铸铝合金A380。     （9）高散热性：镁合金具有高的散热性，很适合现今利用其制作元件密集的电子产品。因为镁合金的导热能力是ABS树脂的350～400倍，因此在制作电子产品外壳或零部件时，应综合考虑其结构及热传导特性，使其充分发挥散热功能，将CPU等电子零部件产生的热量及时排出。若仅从本电脑等产品的散热性角度出发进行考虑，由于镁合金传热快、自身又不容易发烫，则采用镁合金作笔记本电脑的外壳就无疑是个最佳选择。      （10）良好的电磁扰屏障：镁合金具有优于铝合金的磁屏蔽性能、更良好的阻隔电磁波功能，更适合于制作发出电磁干扰的电子产品。也可以用作计算机、手机等产品的外壳，以降低电磁波对人体辐射危害。     （11）低热容量：镁合金的热容量比铝合金小，因此不容易粘烧在模具上，延长模具寿命。     （12）再生性：废旧镁合金铸件具有可回收再熔化利用的特性，并可作为Az91D， AM50， AM60的二次材料进行再铸造。由于对压铸件需求的不断增长，可回收再利用的能力就显得非常重要。这种符合环保要求的特性，使得镁合金比许多塑胶材料更具有吸引力。   另外，镁合金还具有抗疲劳性、无毒性、无磁性和较低的裂纹倾向性、不易破裂性等特点，可适合于某些特定领域。 2.Az91D （1）成分组织（组织图） 名称 Mg Al Zn Mn Si Cu Ni Fe Az91D 余量 8.5-9.5 0.45-0.90 0.17-0.4 <=0.05 <=0.025 <=0.001 <=0.004 压铸组织是由α相和晶内析出的β相(Mg17Al12)组成的。合金组织成分常常出现晶内偏析现象，先结晶部分含Al较多，后结晶部分含Mg较多。晶界含Al量较高，晶内含Al量较低，表层Al含量较高，里层Al含量较低。 另外，由于冷却速度的差异，导致压铸组织表层组织致密、晶粒细小，而心部组织晶粒比较粗大，因而表面层硬度明显高于心部硬度。组织图如下。 压铸Az91D镁合金组织图 挤压Az91D合金管件组织的位错图（左）和滑移、孪晶图（右） 热处理方法 镁合金热处理的目的是在不同程度上改善它的力学性能，比如抗拉强度、屈服强度、硬度、塑性、冲击韧性和伸长率等。其热处理方法有以下几类：T1—部分固溶加自然时效；T2—铸后退火；T3—固溶加冷加工；T4—固溶处理；T5—人工时效；T6—固溶处理加人工时效；T7—固溶处理加稳定化处理；T8—固溶处理、冷加工加人工时效。其中最常用的为T2、T4、T5、T6热处理方法。 ①T2处理 又称均质化退火，其目的是消除铸件在凝固过程中形成的晶内偏析。减小或消除变形镁合金制品在冷热加工、成形、校正和焊接过程中产生的残余应力，也可以消除铸件或铸锭中的残余应力。凝固过程中模具的约束、热处理后冷却不均匀或者淬火引起的收缩等都会导致镁合金铸件中出现残余应力。此外，机加工过程中也会产生残余应力，所以在最终机加工前最好进行中间去应力退火处理。 ②T4处理 T4即固溶处理后进行自然时效。镁合金中合金元素固溶到A—Mg基体中形成固溶体时，镁合金的强度、硬度会得到提高，称为固溶强化，而这个过程就称为固溶处理。加热温度越高，镁合金中强化相和合金元素溶解得也就越充分，固溶处理后的力学性能也就越高。固溶过程中，保温时间与加热温度相互关联的，加热温度越高，保温时间就相对越短。然而加热温度过高或者保温时间过长，合金基体组织就会发生粗化甚至过烧现象，这样将导致合金的力学性能的下降。为了获得最大的过饱和固溶度，同时又使基体不至于过烧，加热温度通常只比固相线低5～10℃。 ③T5处理 T5即时效处理，将固溶处理后的过饱和固溶体置于一定温度下，放置一定的时间后过饱和固溶体将会发生分解，引起合金的强度和硬度大幅度提高，这个过程称之为时效处理。其本质是脱溶或沉淀，让固溶体中的溶质脱离出来，以沉淀相析出。固溶处理后获得的都是过饱和固溶体，有分解的趋势，在一定的温度下，过饱和的溶质便会以B相脱溶出来，弥散分布在A相基体中。能够起钉扎作用，对材料内部滑移、孪晶等起到阻碍作用。 ④T6处理 此种方法即是将镁合金进行固溶处理后进行人工时效。通过以上的热处理方法可以提高镁合金的抗拉强度、屈服强度、硬度、塑性、冲击韧性和伸长率等性能。 加工工艺 Az91D属于铸造镁合金，主要依靠压力模具铸造辅以后加工的方式加工而成。 ①切削工艺 Az91D镁合金具有良好的切削加工性能，可以采用较高的速度较大的切削深度和进给速度进行加工。车削是切削加工中较典型的加工方式，积累镁合金的车削加工参数对其它加工方式具有很好的指导作用。 ②热处理工艺 镁合金热处理方式的选择取决于材料类别（铸造镁合金或变形镁合金）以及预期的服役条件。镁合金的热处理可以按一般分类、H细分和T细分三种方式来分类，此外，镁合金还可以进行氢化处理来改善组织和性能。 Az91D镁合金是Mg-Al-Zn-Mn系镁合金中目前应用最广泛，力学耐蚀工艺等综合性能优良的一种典型铸造镁合金由Mg-Al二元合金相图可知，从室温升温到共晶温度437℃，Az91D中合金元素Al在Mg中的固溶度提高5倍。合金元素Al 可以有效提高合金的强度和硬度，改善合金的铸造性能，其含量（质量分数）大于6%为可热处理强化合金；合金元素Zn使AZ91镁合金的时效过程更显著，时效强化效果更好。因此Az91D合金具备了时效强化潜力，其强度可以通过固溶时效的方法得到进一步提高。Az91D镁合金的固溶时效参数见下表所示。 ③表面处理工艺 镁合金因具有许多特性，其防护技术不能以过多地牺牲镁合金性能目前，常用的防腐技术是对镁合金进行表面处理，主要包括阳极氧化（微弧氧化）化学转化处理有机涂层金属涂层表面改性等其中，有机涂层可以直接在经阳极氧化或经化学转化处理的镁合金表面上形成涂层，进一步防腐和装饰镁合金表面下面，以基础科研中使用的微弧氧化工艺进行阐述等离子体微弧氧化简称微弧氧化(MAO)，又称微等离子体氧化( MPO) 阳极火花沉积(ASD)，源自于阳极氧化，是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷层的新技术该技术将Al、Mg、Ti、Zr、Ta、Nb等阀金属或其合金置于电解质水溶液中，利用电化学方法，在该材料的表面微孔中产生火花放电斑点，在热化学等离子体化学和电化学的共同作用下，生成陶瓷膜层的阳极氧化方法微弧氧化工艺流程一般为：除油、去离子、漂洗、微弧氧化、自来水漂洗。一般认为微弧氧化的过程包括以下4个阶段：第一阶段，合金表面生成氧化膜；第二阶段，氧化膜被击穿并发生等离子微弧放电；第三阶段，深层进一步被氧化；第四阶段，氧化熔融凝固平衡阶段。研究发现，在微弧氧化初始阶段，氧化膜的向外生长速度大于向内生长速度，达到一定厚度后，氧化膜完全转向基体内部生产在整个过程中，热扩散和电迁移对膜生长起较大作用。微弧氧化的电压在650V以下时生成的氧化膜随氧化时间的延长和电压值的增高而逐渐增厚，电压超过650V时微弧氧化膜会大块脱落，并在膜层表面形成一些小坑，从而大大降低氧化膜的性能。微弧氧化膜层由致密层和疏松层构成，显微硬度在1000HV以上，最高可达2500－3000HV。与普通的阳极氧化膜相比：微弧氧化膜的空隙小，空隙率低，膜层与基体结合紧密质地坚硬，分布均匀；电化学阻抗大幅升高；耐蚀性显著提高。微弧氧化与阳极氧化的工艺对比如下表所示。 微弧氧化的质量好坏主要取决于氧化工艺，以及氧化前的表面预处理和氧化后的及时封闭处理。下表列出了镁合金微弧氧化的一般工艺条件。经微弧氧化后，需用清水反复清洗以除去镁合金工件微孔内残留的电解质溶液，然后进行封闭处理在热水中，水分子通过钝化膜的微孔与氧化镁反应生成Mg(OH)2，体积膨胀后将钝化膜的微孔封闭，以提高了钝化膜的防护性能。 镁合金的微弧氧化工艺因材料性能热处理状态零件结构及数量膜层厚度成膜速度设备功率等不同，工艺条件有所不同。例如：固溶处理的镁合金基体微弧氧化后产生的膜层裂纹优于未经热处理的镁合金基体；在膜层厚度相同时，固溶态基体微弧氧化所需处理的时间短，耗能少，且固溶态基体膜层表面粗糙度始终小于半固态基体膜层表面粗糙度；微弧氧化后进行时效处理可使微弧氧化膜层中的应力得以释放等。因此，镁合金的微弧氧化一般需要进行工艺试验，确定最佳工艺参数。下图为T6时效后的微弧氧化试片，图a用于确定Az91D镁合金微弧氧化的基本工艺参数；图b为圆环试片1/4截图，针对结构中精度高的配合孔径，通过圆环试片氧化后试装配，确定其准确的膜层厚度范围，固化微弧氧化时间，用于指导切削加工的尺寸精度控制，从而保证微弧氧化后零件的顺利装配。 （4）力学性能： 材料名 密度(g/cm3) 熔点(℃) 导热系数(W/Mk) 抗拉强度(MPa) 屈服点(MPa) 延伸率(%) 比强度 杨氏模量(GPa) Az91D 1.82 596 72 280 160 8 154 45 应用 Az91D合金是目前使用最广泛的一种铸造合金，约占总铸件市场90%的份额，它具有优良的铸造工艺性能和良好的耐腐蚀性以及成本低等优点。汽车用非承重镁合金零件材料一般采用Az91D，主要包括：动箱、电动机和交流发电机壳、发动机壳体、油盘等。 二、铝合金 1.铝合金特点： （1）质轻：铝合金之比重仅为钢铁的三分之一，在运输工具之轻量化上扮演重要的角色，此方面的应用如巴士车体、自行车、捷运系统车箱等。 （2）耐蚀性：铝在自然环境中，表面会形成薄层的氧化膜，可阻绝空气中的氧气进一步氧化，因此具有优良的耐蚀性。 （3）成形性：利用完全退火（或部份退火）可生产质软的铝合金，适用于成形加工要求，此方面的典型应用如电容器外壳铝、轮圈、灯罩等。 （4）强度：利用合金的添加及轧延、热处理制程，可生产强度7~60Kg/mm2不同强度等级的产品，以适用于各种不同强度要求的产品。 （5）表面处理性：铝合金具有优良的表面处理性，包括阳极处理、化成处理、涂布及电镀等，尤其阳极处理可生产各种不同色泽、硬度的皮膜，以适应各种用途。 （6）导电性：铝合金的导电性为铜之60%，但重量亦仅铜的三分之一，相同重量下的铝，其导电度约为铜的二倍，故在相同的导电度下，铝的成本远较铜便宜，此方面的应用以电导线最多。 （7）导热性：铝合金之导热性极佳，故在家庭五金、热交换器之应用方面极为广泛。 （8）加工性：铝合金的加工性极佳，可加工成棒、线、挤型材，以提供各种用途使用。 （9）焊接性：铝镁合金的焊接性佳，在结构体及船舶的应用方面占有重要的地位。 （10）无低温脆性：铝合金在超低温的状态下，无一般碳钢的低温脆性问题，可适用于低温设备，如船舶等。 （11）无毒性：铝合金不具毒性，在食品用途方面极为广泛，如食品包装袋，快餐容器及加庭五金上的应用极多。 （12）再生性：铝合金的价格虽较一般碳钢高，但易于回收重熔使用，为地球上可充份且有效利用的资源。 2.7075 成分组织（组织图） 材料 Zn Mg Cu Fe Si Mn Cr Ti Al 7075 5.1~6.1 2.1~2.9 1.2~2.0 0.24~0.5 0.09~0.4 0.2~0.3 0.15~0.35 0.04 余量 300 ℃变形时不同应变量7075合金的显微组织 (a)、(b)ε=0.1； (c)、(d)ε=0.3； (e)、(f)ε=0.7 热处理方法 ①T6：固溶处理后人工时效； ②T73：固溶处理后人工过时效以获得最大耐应力腐蚀开裂性能； ③T76：固溶处理后人工过时效以获得最大耐剥落腐蚀性能； ④T74：由生产方处理，经改进的T73状态，保留了高的力学性能，耐应腐蚀开裂性能略有下降。 加工工艺 熔铸→均匀化→锯切→铣面→加热→热轧→淬火→预拉伸变形→时效→性能检测。 ①采用半连续铸造，铸出300mm×1200mm扁锭，其化学成分符合ASTMB209，再经450～460℃/ 41h均匀化，然后锯切、铣面。 ②链式炉内加热，扁锭开轧温度为370～410℃，热轧到 20mm厚。 ③为了研究淬火温度、 淬火后时效前的间隔时间（以下称间隔时间）、时效温度和时效时间对板材组织与性能的影响，进行4因素、3水平的正交试验，其水平、因素见下表。 ④预拉伸变形量在0. 5%～4. 0 %范围内试验。 下表为9组正交试验的试验数据。试验结果表明，时效温度和时间是影响7075-T651预拉伸板性能的主要因素。考虑到工业生产的实际情况，较优的因素水平应为A2B3C2D2， 即淬火温度470℃，间隔时间16h，时效温度120℃，时效时间16h。试验结果还表明，淬火温度及间隔时间对其性能影响不大，而时效温度对其影响最为显著，并在120℃/ 16h时强度出现峰值。为了确定最佳的时效，在其他条件相同的情况下（淬火温度470℃，预拉伸变形量2.0%，间隔时间48h)，又进行了补充试验，在90、110、120、130、150、160℃下分别时效8h、12h、16h、20h。补充试验结果表明，在120～130℃时效16h，抗拉强度与屈服强度出现峰值，又具有合适的伸长率。7075板材淬火时产生残余应力，表面受压应力，中心部位受拉应力，在机加工后使用时会导致扭曲变形，为此需采用预拉伸处理，以消除残余应力。 淬火厚板预拉伸变形时，板材长度方向被拉长，厚度与宽度收缩。此时板材厚度与长度方向截面受到与淬火时形成的残余应力相反的外力作用，当拉伸量合适时，大部分残余应力相反的外力作用，当拉伸量合适时，大部分残余应力被消除，并使板材平直度得到显著提高(≤2mm / m)。试验结果（470 ℃淬火，淬火后6h内拉伸）表明，残余应力随拉伸量增大而减少，在拉伸量。大于1%以后，残余应力随之逐渐减弱，但过大的拉伸量使表面产生“滑移带”。为此拉伸量在1.5%～2.5%较为理想，届时板材残余应力可基本消除。 （4）力学性能 名称 低温抗拉强度（25℃，T6，MPa） 高温抗拉强度（100℃，T6，MPa） 硬度1.6mm(1/16in)厚度 延伸率（%） 断裂性能（T74，MN/m3、2） 弹性模量（T6，GPa） 7075 572 483 150 11 22.2 71 压缩弹性模量（T6，GPa） 切变模量（T6，GPa） 抗剪强度（不包铝板T6，MPa） 抗剪强度（包铝板T6，MPa） 低温屈服强度（25℃，T6，MPa） 高温屈服强度（100℃，T6，MPa） 72.4 26.9 331 317 503 448 应用 7075属于目前国内外广泛使用的高强度超硬铝，飞机结构件的主要材料。是用于制造飞机蒙皮、翼梁、长衍条、隔框、起落架部件，以及液压系统部件。也用于其它要求高强度和良好耐蚀性的高应力结构部件。 三、钛合金 1.钛合金特点 钛及其合金的密度为4.5g/cm3时左右，仅为钢的58 %。钛合金的比强度、比刚度高，抗腐蚀性能和接合性能良好，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。 （1）强度高：纯钛的密度才接近普通钢的密度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。 （2）铝合金 热强度高：使用温度比高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度，可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。 （3）抗蚀性好：钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。 （4）低温性能好：钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好，间隙元素极低的钛合金，如TA7，在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。 （5）化学活性大：钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15 mm，硬化程度为20%～30%。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。 （6）导热弹性小：钛的导热系数λ=15.24W/(m.K)约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50% 2.TC4 （1）成分组织（组织图） 名称 Ti Fe C N H O Al V TC4 余量 <=0.3 <=0.1 <=0.05 <=0.015 <=0.02 5.5~6.8 3.5~4.5 热处理方法 TC4(Ti-6Al-4V)的热处理 钛合金中，TC4是应用比较广泛的一种钛合金，通常它是在退火状态下使用。对TC4可进行消除应力退火、再结晶退火和固溶时效处理，退火后的组织是α和β两相共存，但β相含量较少，约占有10%。TC4再结晶温度为750℃。再结晶退火温度一般选在再结晶温度以上80~100℃，再结晶退火后TC4的组织是等轴α相+β相，综合性能良好。但对TC4的退火处理只是一种相稳定化处理，为了充分民掘其优良性能的潜力，则应进行强化处理。TC4合金的α+β/β相转变温度为980~990℃， 固溶处理温度一般选在α+β/β转变温度以下40~100℃（视具体情况而定），因为在β相区固溶处理所得到的粗大魏氏体组织虽具有持久强度高和断裂韧性高的优点，但拉伸塑性和疲劳强度均很低，而在α+β相区固溶处理则无此缺点。 ①消除应力退火——550~650℃——30~240h——空冷； ②再结晶退火——750~800℃——60~120h——空冷或随炉冷却至590℃后空冷； ③真空退火——790~815℃； ④固溶处理——850~950℃——30~60h——水淬； ⑤时效处理——480~560℃——4~8h——空冷。 时效处理是将固溶处理后的TC4加热到中等温度，保持一定时间，随后空冷。时效处理的目的是消除固溶处理所产生的对综合性能不利的α’相。固溶处理所产生的淬火马氏体α’，在时效过程中发生迅速分解（相变相当复杂），使强度升高，对此有两种看法： ①认为由于α’分解出α+β，分解产物的弥散强化作用使TC4强度升高； ②认为在时效过程中，β相分解形成ω相，造成TC4强化。 随着时效的进行，强度降低，对此现象也有两种不同的观点： ①β相的聚集使强度降低（与上述1对应）； ②ω相的分解为一软化过程（与上述2对应）。 时效温度和时间的选择要以获得最好的综合性能为准。在推荐的固溶及时效范围内，最好通过时效硬化曲线来确定最佳工艺（此曲线为TC4经850℃固溶处理后，在不同温度下的时效硬化曲线）。低温时效(480-560℃)要比大于700℃的高温时效好。因为在高温时的拉伸强度、持久和蠕变强度、断裂韧性以及缺口拉伸性能等各方面，低温时效都比高温时效的好。经固溶处理的TC4综合性能比750-800℃退火处理后的综合性能要好。需要指出的是，TC4合金的加工态原始组织对热处理后的显微组织和力学性能有较大的影响。对于高于相变温度，经过不同变形而形成的网兰状组织来说，是不能被热处理所改变，在750~800℃退火后，基本保持原来的组织状态；对于在相变温度以下进行加工而得到的α 及β相组织，在750-800℃退火后，则能得到等轴初生α相及转变的β相。前者的拉伸延性和断面收缩率都较后者低；但耐高温性能和断裂韧性、抗热应力腐蚀都较高。 加工工艺 ①将钛铸锭放入天然气加热炉内，升温至1150℃~1200℃加热，保温180分钟以上，确保整个钛铸锭内外温度一致、均匀； ②利用油压机将钛铸锭经过70~80％的变形率，直接开成方坯； ③将方坯用带锯锯成小块坯料； ④将小块坯料经电阻加热炉三次加热改锻后锻成圆饼； ⑤用冲子在圆饼中心冲孔； ⑥将空心坯料加热至950℃保温120分钟以上后用马杠扩孔； ⑦采用α＋β／β相变点温度985℃以下120~200℃的温度下做完全退火，在电阻加热炉内，低于500℃装炉，785℃保温90分钟，空冷。 力学性能 名称 状态 抗拉强度σb/MPa 规定残余伸长应力σr0.2/MPa 伸长率δ5(%) 断面收缩率ψ(%) 热处理制度 (加热温度、保温时间，冷却方式) TC4 棒材室温力学性能 <=0.3 <=0.1 <=0.05 <=0.015 700～800℃，1～3h，空冷 试验温度/℃ 抗拉强度σb/MPa 持久强度σ100h 持久强度σ35h TC4 棒材高温力学性能 ≥400 ≥620 ≥570 / （5）应用 钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约 8%的增长速度发展。世界钛合金加工材年产量已达4万余吨，钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4)，Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛(TA1、TA2和TA3)。 钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。 中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。 钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比铝、钢强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。1950年美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。钛合金在军用飞机中的用量迅速增加，达到飞机结构重量的20%～25%。70年代起，民用机开始大量使用钛合金，如波音747客机用钛量达3640公斤以上。马赫数大于 2.5的飞机用钛主要是为了代替钢，以减轻结构重量。又如，美国SR-71 高空高速侦察机（飞行马赫数为3，飞行高度26212米），钛占飞机结构重量的93%，号称“全钛”飞机。当航空发动机的推重比从4～6提高到8～10，压气机出口温度相应地从200～300°C增加到500～600°C时，原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就必须改用钛合金，或用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片，以减轻结构重量。70年代，钛合金在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20%～30%，主要用于制造压气机部件，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、铸钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。航天器主要利用钛合金的高比强度，耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机 也都使用钛合金板材焊接件。 参考文献 [1] 林刚，林慧国，赵玉涛主编. 铝合金应用手册[M]. 北京：机械工业出版社，2006.1. 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