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航空钛合金的钣金工艺

刘文10号飞机0902班

摘要：介绍航空钛及钛合金，重点对钛及钛合金的钣金成形工艺进

行介绍

关键字：钛合金钣金成形工艺冷成型热成型

1钛及钛合金的发展及特性

1-1钛及钛合金的发展：

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因

具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域

世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开

发，并得到了实际应用

第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，

由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生

物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已

占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是

Ti-6Al-4V合金的改型

20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和

机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，

耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已

从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃A2(Ti3Al)和r

（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端

（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向

高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展

另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb

等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用

目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～

30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、

Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、

BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]

钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物（TixAl，

此处x=1）四类

1-2，钛的一般特性：

(1)比强度高

钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的

强度才接近普通钢的强度，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。目前飞

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)热强度高

使用温度比铝合金高几百度，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)导热系数小、弹性模量小

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