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常用航空钛合金的化学成分与物理性能
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常用航空钛合金的化学成分与物理性能

发布时间 :2021-11-12 16:07:55 浏览次数 :

钛合金具有比强度高、热稳定性好、耐腐蚀性能优异等特点,因而广泛应用于航空、航天、生物医学以及其他工业领域。钛合金在飞机上应用可以取得良好的减重效益,能够满足军用飞机的高机动、高可靠性以及长寿命的设计需要,因而成为制造飞机关键结构件的主选材料。飞机越先进,钛合金使用量越高。据统计,先进飞机结构件的钛合金使用量已经达到10%~40%。例如美国第三代战机钛合金使用量占27%,第四代战机 F-22 使用钛合金高达41%,在波音777飞机上钛合金使用量大约占11%。

钛合金锻件

TC4(Ti-6Al-4V)

TC17(Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr)

TC21(Ti-6Al-2Mo-1.5Cr-2Zr-2Sn-2Nb)

1、化学成分

1)TC4钛合金

TC4合金是一种中等强度的α-β型两相钛合金,含有6%的α稳定元素Al和4%的β稳定元素V。该合金具有优异的综合性能,在航空和航天工业中获得了最广泛的应用。合金长时间工作温度可达400℃,在航空工业中主要用于制造发动机的风扇和压气机盘及叶片,以及飞机结构中的梁、街头和隔框等重要承力构件。

TC4钛合金的主要半成品是棒材、锻件、厚板、薄板、型材和丝材等。合金主要在退火状态下使用,也可以采用固溶失效处理进行一定的强化,然后淬透截面一般不超过25mm。

该合金具有良好的工艺塑性和超塑性,适合于各种压力加工成形,该合金还可采用各种方式进行焊接和机械加工。

相关标准:GB/T 3620.1,GB/T 2505,AMS 4928N。

应用概况:TC4钛合金在国内是20世纪60年代初期开始研制生产的,现已经广泛用于制造航空发动机风扇和压气机的盘与叶片,以及飞机结构中的各种承力梁、框、接头和紧固件等。

2)TC17钛合金

TC17合金是一种富β稳定元素的α-β型两相钛合金,其名义成分为Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr。该合金具有强度高、断裂韧度好、淬透性高和锻造温度范围宽等一系列有点,能够满足损伤容限设计的需要和高结构效益、高可靠性及低制造成本的要求。

该合金的主要半成品是棒材和锻件。主要用于制造发动机风扇、压气机盘件和大截面的锻件。通过热处理可以调整强度、塑性和韧性的匹配,并能采用各种焊接方式进行焊接。TC17合金的最高工作温度是427℃。

相关标准:GB/T 3620.1,XJ/BS 5127,Q/3B 4023。

应用概况:该合金用于制造各种发动机风扇、压气机盘件等多种零件。我国从“七五”开始研制TC17钛合金,已经在发动机上获得了实际应用。

3)TC21钛合金

TC21钛合金是由西北有色金属研究院研制的一种新型高强、高韧、高损失容限钛合金,它属于Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Cr-Nb(-Ni-Si)系两相钛合金,具有良好的强度、塑性、断裂韧性和较低的裂纹扩展速率。原材料为TC21合金,其相变为950~960℃。原始组织主要由等轴,球状初生α相,细小针状次生α相及β基体组成。

名义成分为Ti-6Al-2Zr-2Sn-2Mo-1.5Cr-2Nb,是目前我国高强高韧钛合金综合力学性能匹配较好的钛合金之一,可用于航空飞机的机翼接头结构件、机身与起落架连接框、吊挂发动机接头等部位,以及对强度及耐久性要求高的重要或关键承力部件的制作。

相关标准:GB/T 3620.1。

应用概况:TC21合金已经经过实验室、中试以及工业化生产,已经被用于制造飞机及发动机零部件和结构件。

2、物理性能

1)耐蚀性

钛合金的耐蚀性良好,三种钛合金的耐蚀性没有明显的差异。下表为三种钛合金在腐蚀介质中的腐蚀速率。

虽然钛合金的耐蚀性优良,但是由于在零件服役过程中,会与其他异金属接触,产生电偶腐蚀,使得其他金属产生腐蚀,下表显示了TC4与其他金属接触后,其他异金属的腐蚀情况。

2)使用情况

钛合金用于制造飞机机身、机翼结构中的各种梁、接头、隔框和航空发动机风扇及压气机中的盘件、叶片。其中,TC4钛合金用于代替30CrMnSiA等结构钢,可以实现减轻零件重量约30%。

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