材料科学与工程导论 第8章 高性能结构材料(Ⅰ)PPT.ppt

★ ???型钛合金性能及应用 性能：具有?型和β型钛合金的优点，但焊接性能不如?型钛合金，可通过热处理来强化。 牌号：TC1~TC11，常用的有TC3、TC4、TC6、TC10等，以TC4（ Ti-6Al-4V）最常用。 用途：制造400℃以下工作的航空发动机压气机叶片，火箭发动机外壳，火箭和导弹的液氢燃料箱部件，船舰耐压壳体等。TC10是在TC4基础上发展起来的，具有更高的强度和耐热性。 高温钛合金：典型牌号TC4，成分为Ti-6Al-4V 8.2.3 先进钛合金 ◆我国钛合金的牌号、成分及性能 8.2.3 先进钛合金 ●美国：B120VCA（Ti-13V-11Cr-3Al）20世纪50年代研制； Ti1023（Ti-10V-2Fe-3Al）； Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），室温抗拉强度可达 1000MPa以上； β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si） ●日本：SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe） ●俄罗斯：BT-22（Ti-5V-5Mo-1Cr-5Al） ◆国外高强高韧钛合金的牌号 8.2.3 先进钛合金 飞机和导弹的速度已增加到远远超过音速，某些采用铝合金的部件已不能满足其耐热性的要求，所以采用新材料，尤其是钛及其合金来代替。 钛密度小，具有高的热强性和持久强度，对在振动载荷及冲击载荷作用下裂纹扩展的敏感性低，并且有良好的耐蚀性。因此在发动机及壳体结构中优先采用了高强度的钛及钛合金。 美国的高空超音速侦察机SR-71是应用例证,20世纪60年代生产的SR-71用钛量达机体质量的93%,而且首次采用了β钛合金。 8.2.3 先进钛合金 F119发动机 F22猛禽战机钛合金占41% 8.2.3 先进钛合金 ◆ 钛合金新进展 近年来，各国正在开发低成本和高性能的新型钛合金，努力使钛合金进入具有巨大市场潜力的民用工业领域。国内外钛合金材料的研究新进展主要体现在以下几方面。 （1）高温钛合金 第一个研制成功的高温钛合金是Ti-6Al-4V，使用温度为300～350℃。随后相继研制出使用温度达400℃的IMI550、BT3-1等合金，以及使用温度为450～500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。 目前已成功地应用在军用和民用飞机发动机中的新型高温钛合金有：英国的IMI829、IMI834合金，美国的Ti-1100合金，俄罗斯的BT18Y、BT36合金等。 8.2.3 先进钛合金 部分国家新型高温钛合金的最高使用温度 8.2.3 先进钛合金 （2）钛铝化合物为基的钛合金 与一般钛合金相比，钛铝化合物为基的Ti3Al（?2）和TiAl（?）金属间化合物的最大优点是：高温性能好（最高使用温度分别为816和982℃），抗氧化能力强，抗蠕变性能好和轻质（密度仅为镍基合金的1/2)。目前，已有两个Ti3Al为基的钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-0.5Mo在美国开始批量生产。其他近年来发展的Ti3Al为基的钛合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等。 TiAl（γ）为基的钛合金受关注的成分范围为Ti-（46～52）Al-（1～10）M（Ｍ为V,Cr,Mn,Nb,Mn,Mo和Ｗ中的至少一种元素）。最近，TiAl3为基的钛合金开始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金。 8.2.3 先进钛合金 （3）高强高韧β型钛合金 β型钛合金最早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13V-11Cr-3Al）。新型高强高韧β型钛合金最具代表性的有以下几种: ? Ti1023（Ti-10V-2Fe），该合金具有优异的锻造性能； ? Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），该合金冷加工性能比工业纯钛还好，时效后的室温抗拉强度可达1000MPa以上； ? β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si），该合金是由美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金，具有良好的抗氧化性能，冷热加工性能优良，可制成厚度为0.064mm的箔材； ? 日本钢管公司（NKK）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）钛合金，该合金强度高，超塑性延伸率高达2000％，且超塑成形温度比Ti-6Al-4V低1