自20世纪50年代以来,钛及钛合金因具有优异的综合性能,得到了世界各国的高度重视,在各行各业获得了广泛的应用。钛合金牌号众多,各种合金各有特点,按合金类型主要分为α及近α型钛合金、α+β型钛合金和β型钛合金。本文根据以上三种类型介绍各种典型钛合金的物理性能和力学性能,喜欢的朋友别忘了点赞、收藏哦。
类别 |
描述 |
α型钛合金 |
包括工业纯钛和只含α稳定元素的合金; |
近α型钛合金 |
β稳定元素含量小于C1的合金; |
马氏体α+β型钛合金 |
β稳定元素含量从C1到Ck的合金,简称α+β型钛合金; |
近亚稳定β型钛合金 |
β稳定元素含量从Ck到C3的合金,简称近β型钛合金; |
亚稳定β型钛合金 |
β稳定元素含量从C3到Cβ的合金,简称β型钛合金; |
稳定β型钛合金 |
β稳定元素含量超过Cβ的合金,简称全β型钛合金。 |
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α及近α型钛合金
TA7钛合金是一种中等强度的α型单相钛合金,含有 5%α稳定元素铝和 2.5%中性元素锡。通常在退火状态下使用,在室温和高温下具有良好的断裂韧度,工艺塑性较低,板材成形应在加热状态进行,其特点是耐热强度较好,还具有很好的熔焊性能,适用惰性气体保护下的钨电极和金属电极熔焊工艺。长期工作温度可达 500℃,短时工作温度可达800℃,该种钛合金常应用于航空工业和制造船舶零部件。
物理性能 密度ρ=4.42g /cm3,熔化温度范围为1540-1650℃。
表1 TA7钛合金的热导率
表2 TA7钛合金的比热容
表3 TA7钛合金的线膨胀系数
力学性能 表4 技术标准规定的TA7钛合金力学性能 TA11钛合金是一种近α型钛合金,其名义成分为 Ti-8A1-1Mo-1V,含有α稳定元素Al和同晶型β稳定元素Mo和V。该合金具有较高的弹性模量和较低的密度,所以其比刚度是工业钛合金中最高的。该合金主要用于制造航空发动机高压压气机盘、叶片和机匣等,最高长期工作温度为450℃。生产的半成品主要有板材、带材、棒材、锻件、焊丝等。 物理性能 密度ρ=4.37g /cm3。 表5 TAI1钛合金的热导率 表6 TAll钛合金的比热容 表7 TAI1钛合金的线膨胀系数
表8 TAll钛合金经应力热暴露后的室温拉伸性能
力学性能 表9 技术标准规定的TAll钛合金力学性能 TA12钛合金名义成分为Ti-5.5AI-4Sn-2Zr-1Mo-0.25Si-1Nd,是一种用稀土金属Nd强化的综合性能良好的近α型热强钛合金。该合金长时间工作温度可达550℃,用于航空发动机高压段的压气机盘、鼓筒和叶片等零件。该合金具有良好的工艺塑性,适合于各种压力加工成形,并可采用各种方式的机械加工。生产的半成品主要有棒材、锻件、板材等,也可用于生产铸件。 物理性能 密度ρ=4.56g/cm3 表10 TA12钛合金热导率 表11 TA12钛合金比热容 表12 TA12钛合金热膨胀系数 力学性能 表13 技术标准规定的TA12钛合金力学性能 物理性能 密度ρ=4.53g/cm3,熔化温度范围为1588-1715℃。 表14 TA19钛合金热导率 表15 TA19钛合金比热容 表16 TA19钛合金线膨胀系数 力学性能 表17 技术标准规定的TA19钛合金力学性能 TAI5钛合金的名义成分为 Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V。该合金不能进行热处理强化。在退火状态以α相固溶体为基体,含少量的β相(5%一7%),该合金具有良好的综合力学性能和工艺性能,主要应用于发动机的各种叶片、机匣;飞机的各种板 金件、梁、接头、大型壁板、焊接承力框等,焊接结构件和铸件也广为选用。 物理性能 密度ρ=4.450 g/cm3 表18 TA15钛合金的热导率 表19 TA15钛合金的比热容 表20 TA15钛合金线膨胀系数 力学性能 表21 技术标准规定的TA15钛合金力学性能 表22 Ti53311S钛合金的热导率 表23 Ti53311S钛合金的线膨胀系数 力学性能 表24 Ti53311S钛合金棒材(ф10-90mm)在不同温度下的拉伸性能 表25 Ti53311S钛合金棒材(ф10-90mm)的550℃蠕变性能
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α+β型钛合金
TC4(Ti-6Al-4V)钛合金是由美国于1954年研制成功的Ti-AI-V系α-β型钛合金,含有6%的α稳定元素Al和4%的β稳定元素V。TC4钛合金的主要特点是优异的综合性能和良好的工艺性能。 物理性能 表51 TC4钛合金热导率 表52 TC4钛合金比热容 表53 TC4钛合金线膨胀系数 表54 TC4钛合金电阻率 表55 TC4钛合金静态和动态弹性模量 表56 TC4钛合金切变模量 表57 TC4钛合金泊松比 力学性能 表58 技术标准规定的TC4钛合金力学性能 表59 TC4钛合金各种温度下的拉伸性能 表60 TC4钛合金室温冲击韧性 表61 TC4钛合金室温断裂韧度 表62 TC4钛合金应力腐蚀断裂韧度 物理性能 密度ρ=4.50g /cm3 表63 TC6钛合金的热导率 表64 TC6钛合金的比热容 表65 TC6钛合金的线膨胀系数 力学性能 物理性能 表 67 TC11钛合金热导率 表 68 TC11钛合金比热容 表 69 TC11钛合金线膨胀系数 表 70 TC11钛合金电阻率 力学性能 表71 技术标准规定的TC11钛合金力学性能 物理性能 密度ρ=4.68g/cm3 表72 TC16钛合金的热导率 表73 TC16钛合金的比热容 表74 TC16钛合金的线膨胀系数 力学性能 表75 TC16钛合金退火状态的室温拉伸性能(退火状态) 表76 TC16钛合金在不同温度下的拉伸性能 表77 TC16钛合金的冲击性能 表 78 TC16钛合金的扭转性能 表79 TC16钛合金的剪切性能 表80 TC16钛合金的热稳定性 TC17钛合金是一种富β相的α-β型钛合金,名义成分为Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr。含有α稳定元素Al,中性稳定元素Sn和Zr,同晶型β稳定元素Mo,共析型β稳定元素Cr。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优点,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。TC17钛合金的最高工作温度可达427℃。 物理性能 密度ρ=4.65g/ cm3,室温热导率为8.2W/(m·℃) 表81 TC17钛合金的线膨胀系数 力学性能 表82 TC17钛合金棒材的技术标准 表83 TC17钛合金盘件的技术标准 TC21是中合金化的Ti-AI-Sn-Zr-Mo-Cr-Nbα+β型高强高韧损伤容限钛合金,其主要性能特点是高强、高韧、损伤容限、可焊,可在 500℃以下长期工作。TC21钛合金最适合于制造各类结构锻件及零部件,在航空航天工业和民用行业中可望 获得广泛应用。 物理性能 密度ρ=4.6g/cm3,室温热导率为6.62W/(m℃),室温到100℃的线膨胀系数为8.7X10-6℃-1,室温电阻率为 1.75μΩ*m,室温比热容为 0.54J/(kg ℃),室温弹性模量为119GPa。 力学性能 表84 技术标准规定的TC21钛合金力学性能(热处理态) 表85 直径为20mm的TC21棒材不同温度下的拉伸性能 TC18钛合金是一种近β型钛合金,其名义成分为Ti-5Al-4.75Mo-4.75V-1Cr-1Fe。该钛合金具有高强、高韧、高淬透性,故称为“三高”钛合金。该合金的半成品主要有锻件、棒材、型材、厚板和管材等。 物理性能 表86 TC18钛合金的热导率 表 87 TC18钛合金的比热容 表 88 TC18钛合金的线膨胀系数 表 89 TC18钛合金的电阻率 力学性能 表 90 技术标准规定的TC18钛合金力学性能(退火状态)
TC19合钛金名义成分为 Ti-6A1-2Sn-4Zr-6Mo,为 Ti-AI-Zr-Sn-Mo系马氏体型热强钛合金,可以进行热处理强化可应用于高温、长时、大载荷环境,长时使用温度可达到400℃,短时、大载荷使用温度可达540℃。该钛合金用来制作涡轮发动机中温段的零部件,如压气机盘、风扇和叶片等重要构件。 物理性能 表 91 TC19钛合金的典型物理性能
力学性能 表 92 技术标准规定的TC19钛合金力学性能
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β型钛合金
TB2钛合金是一种亚稳定β型钛合金,其名义成分为 Ti-5Mo-5V-8Cr-3A1,含有同晶型β稳定元素 M o 和 v ,共 析 型β稳 定 元 素 C r ,α稳定元素A l,M o 当量为22.2。该合金在固溶处理状态下具有良好的冷成形性能和焊接性能,在 固溶时效状态下具有高的强度和良好的塑性相匹配。该合金的主要半成品有板材、带材、箔材、丝材、棒材和锻件等。该钛合金已应用于航天的星箭连接带,适合于制造在300°C以下工作的航空紧固件,也适合于制造在500°C以下短时工作的航天紧固件。 物理性能 表93 TB2钛合金的热导率
表94 TB2钛合金比热容
表 95 TB2钛合金线膨胀系数
表 96 TB2钛合金电阻率
力学性能
表 97 技术标准规定的TB2钛合金力学性能
TB6钛合金是一种Ti-AI-V系近β型钛合金,含有3%的α稳定元素A1,10%的同晶型β稳定元素V和2%的共析型β稳定元素Fe。主要特点是比强度高、断裂韧性好、锻造温度低和抗应力腐蚀能力强,适合于制造高强度的钛锻件。
密度ρ=4.62g/cm3,熔化温度范围为(1650士14)℃。
表 98 TB6钛合金的热导率
表 99 TB6钛合金的比热容
表 100 TB6钛合金的线膨胀系数
表 101 TB6钛合金的电阻率
力学性能
表 102 技术标准规定的TB6钛合金力学性能
TB8钛合金的名义成分是Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si,是一种介稳定的β型钛合金。该钛合金采用较多的Mo元素而不是V,大大改善了合金的抗氧化性能和抗腐蚀性能,并具有与TB5(Ti-15-3)钛合金相似的较好的冷轧和冷成形能力。TB8钛合金除了生产板材、带材外,也可生产箔材、丝材、管材、棒材和锻件 。板材主要用于制造中等复杂程度的飞机冷成形饭金零件。
物理性能
密度ρ=4.93g /cm3
表 103 TB8钛合金的热导率
表104 TB8钛合金的比热容
表 105 TB8钛合金的线膨胀系数
表 106 TB8钛合金的电阻率
力学性能
表 107 技术标准规定的TB8钛合金板材力学性能
表 108 技术标准规定的TB8钛合金棒材和锻件力学性能
TB7是一种在高浓度还原性酸(H2S04,HCl等)中具有优异耐蚀性能的耐蚀钛合金,其名义成分为Ti-32Mo。该钛合金含有高达32%的难熔金属元素Mo。TB7钛合金可用于铸造化工机械的泵、阀等零件,也可生产包括锻件、棒材、板材和管材等形式的半成品。
物理性能
表 109 TB7钛合金的热导率
表 110 TB7钛合金的比热容
表111 TB7钛合金的线膨胀系数
表 112 Ti-32Mo在硫酸中的耐蚀性
表 113 Ti-32Mo在盐酸中的耐蚀性
表 114 Ti-Mo钛合金在盐酸中的腐蚀率(mm/a)
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