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铸造钛合金性能以及在阀门行业的应用.docx

发布:2025-04-20约3.73千字共8页下载文档
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???与以往的合金材料相比,钛合金具有低密度、高比强度、抗腐蚀、高温和低温性能优良等众多优点,因此在石油化工、海洋环境、生物医学、航空航天、汽车工业及舰船等诸多领域可以得到更为广泛的应用。铸造钛合金是钛合金经过浇铸成所需的形状得到的,其中应用最广泛的是ZTC4(Ti-6Al-4V)合金,工艺性能稳定,具有良好的强度和断裂韧性(350℃以下)。

???作为各种特殊环境和特殊流体介质管路输送系统的主要控制部件,阀门已经成为生产中很多设备的重要组成部分,可以说任何行业都离不开阀门。由于不同领域的环境、温度和介质要求不同,阀门选材尤为关键,广泛受人重视。以钛合金和铸造钛合金为主体的阀门由于其耐腐蚀、高温和低温性能优良、高强度等良好的优越性能,在阀门领域有着广阔的前景。

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常用的铸造钛合金

1.1种类

???随着科技的发展和生产需要,不同种类的铸造钛合金被研制出来,应用于很多领域。从照相组成成分来看,铸造钛合金可以分为α、β和α+β3种类型;从强度来看,可以分为中强度钛合金、高强度钛合金;从使用环境温度来看,可以分为低温钛合金(小于等于室温)、中温钛合金(400℃)、高温钛合金(大于等于500℃)和抗燃烧钛合金等。可以看出,铸造钛合金的使用范围很大,几乎涵盖各个方面,有着很高的市场价值。

1.2力学性能

???铸造钛合金有ZTA1、ZTA2、ZTA5和ZTC4等多种类型,涵盖α、β和α+β3种类型,在国内分别以TA、TC和TB表示,其常见的力学性能见表1。

表1常见铸造钛合金的力学性能

???以目前应用最为广泛的ZTC4铸造钛合金为例,其Al含量为5.5%~6.75%,V含量为3.5%~4.5%,剩下的成分均为Ti。从表1中可以看出,ZTC4铸造钛合金的抗拉强度为895MPa,屈服强度为825MPa。其力学性能与中高强度钢的性能较为接近,使用上可以较好地替代钢材,另一方面,其密度仅仅为4.4g/cm3,远小于钢材,有利于设备减重,同时其还保留了钛合金耐腐蚀的优越性能,这是钢材所不能满足的。

???因此在今后的工业生产中,若由于生产需求需要进行减重,选择合适的铸造钛合金进行替代,既可以有效地进行产品减重,又可以保证产品性能,不失为一个很好的选择。

02

铸造钛合金在阀门行业的应用

2.1船用钛质阀门

???近年来,随着我国经济的高速发展,各个行业遍地开花,阀门作为一种必不可少的通用机械设备,产品的市场需求量不断增加,我国阀门产业也得到了快速的发展。

???阀门通常由阀体、阀盖、阀瓣、阀杆、热片、填料及驱动件组成,阀体、阀盖所选材料为主体材料,阀瓣(闸板)、球体、阀座、阀杆和密封座等所选材料称为内件材料,另外还有紧固件材料;阀门常见选材有灰铸铁、球墨铸铁、合金钢和铜合金等,可选择性多样化。但随着生产的进一步需要,研究人员发现在一些恶劣的工作环境和复杂特殊的工况下,常规的阀门材料无法满足生产和科研需要。这时钛及铸造钛合金因为优越的性能引起了人们的注意,钛制阀门得到了一定的发展。

???海水管路系统所处的工作环境十分恶劣,船用阀门的性能直接影响管路系统的安全乃至总体性能。早在20世纪60年代,俄罗斯便开始了舰船钛合金的研究,随后又开发了船用β钛合金,用到之后的军用舰船管道系统中,其中涉及的钛合金阀门有截止阀、止回阀和球阀等,使用种类繁多,数量巨大;同时,民用船舶管路系统也开始使用钛制阀门。相比于之前采用的铜合金、钢等,之后的下水试验也表明采用铸造钛合金后,自身结构强度和耐腐蚀等诸多方面都有了很高的可靠性,使用寿命也得到大幅度延长,从原先的2~5a可以延长至2倍以上,引起了大家的广泛重视。位于我国洛阳的中船七二五研究所为某型号舰船供应的三偏心蝶阀正是改变以往选材和设计方案,采用Ti80等作为主体材料,阀门使用寿命延长至25a以上,提高阀门产品应用的可靠度和实用度,填补了国内技术空白。

2.2航空航天钛质阀门

???在航空航天方面,铸造钛合金也有着不俗的表现,这归功于其良好的耐热性和强度。同样是60年代这段时期,美国航空首次试用钛铸件。经过一段时间的研究,从1972年铸造钛合金开始正式应用在飞机上(波音757、767及777等),不仅采用了较多的静止结构钛合金铸件,而且也开始用于关键位置,比如关键管路系统阀门控制,常用的阀门有安全阀、止回阀等,降低了飞机的制造成本,增加了安全性和可靠性,同时由于钛合金相对于其他合金,密度较小,重量仅为同等强度钢材的60%左右,因此其广泛应用可以促使飞机向着高强度、轻量化的方向稳步迈进。

???目前来看,航空航天阀门主要应用于气动、液动、燃油和润滑等诸多控制系统,比较适合耐腐蚀和环境温度较高的环境,是航天飞行器、发动机等至关重要的部门零件之

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