高強(qiáng)鈦合金的發(fā)展與應(yīng)用

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1、高強(qiáng)鈦合金的發(fā)展與應(yīng)用王鼎春(寶鈦集團(tuán)有限公司，陜西　寶雞　721014)摘要:高強(qiáng)鈦合金已成為鈦合金發(fā)展和應(yīng)用的主要方向之一。本文介紹了高強(qiáng)鈦合金的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀，著重分析了美國(guó)、俄羅斯高強(qiáng)鈦合金的發(fā)展、現(xiàn)狀及應(yīng)用，探討了高強(qiáng)鈦合金的發(fā)展方向，最后對(duì)高強(qiáng)鈦合金的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:高強(qiáng)；鈦合金；應(yīng)用；發(fā)展中圖法分類(lèi)號(hào)：TG146.2+3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AThedevelopmentandapplicationofhigh-strengthtitaniumalloysWangDingchun(BaotiGroupLtd.,Baoji7

2、21014,China)Abstract:Thehistoryofdevelopmentandapplicationofhigh-strengthtitaniumalloyswerereviewed.withtheemphasesonthecasesoftheUnitedStatesandRussia.Thedevelopmenttrendsofthosealloyswerediscussed.Finallythefuturetrendsinhigh-strengthresearchareproposed.Keywords:high-st

3、rength,titaniumalloys,development,application1前言鈦及鈦合金由于比強(qiáng)度高、耐蝕性好等特點(diǎn)，在承力結(jié)構(gòu)材料方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。上世紀(jì)五十年代初，鈦在飛機(jī)上獲得成功地應(yīng)用，雖然當(dāng)時(shí)每架飛機(jī)的用鈦量只占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量1%，可是開(kāi)拓了鈦在宇航工業(yè)中應(yīng)用的廣闊前景?，F(xiàn)在世界上各種高速飛行器（飛機(jī)、火箭等）都廣泛的采用高強(qiáng)鈦合金作為結(jié)構(gòu)材料，尤其是在宇航結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用越來(lái)越多，如戰(zhàn)斗機(jī)的用鈦比例已從最初的1%提高到現(xiàn)在的41%。目前高強(qiáng)鈦合金[1~4]已成為鈦合金發(fā)展和應(yīng)用的主要方向之一。所謂高強(qiáng)鈦合

4、金是指經(jīng)熱處理后室溫強(qiáng)度大于1100MPa的鈦合金，它包括：熱處理強(qiáng)化馬氏體α+β型合金，近亞穩(wěn)β型鈦合金和亞穩(wěn)β型鈦合金三種類(lèi)型，主要用來(lái)代替飛行器結(jié)構(gòu)中常用的高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼，可減輕結(jié)構(gòu)重量的30~40%，這些合金如美國(guó)的Ti-4Al-3Mo-1V、Ti-62222S、Ti-1023、Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al、b21S等合金；俄羅斯的BT14、BT15、BT16、BT22、BT23、BT35等合金；中國(guó)的TB2、TB3、TB5、TB6、TB8、Ti-62A、TC18、TC21、BTi-6554等合金。2各國(guó)高強(qiáng)鈦合金發(fā)展現(xiàn)狀單純

5、靠合金化強(qiáng)化的鈦合金，其室溫拉伸強(qiáng)度一般不超過(guò)1100MPa，如果需要更高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)鈦合金，則必須發(fā)展可熱處理強(qiáng)化的鈦合金。熱處理強(qiáng)化鈦合金，在保持所需塑性的情況下，有可能將室溫拉伸強(qiáng)度提高到1500MPa。40余年來(lái)，鈦合金的發(fā)展取得了巨大成就，抗拉強(qiáng)度從300~400MPa提高到1500MPa左右，從而在航空工業(yè)上的應(yīng)用迅速增加，廣泛應(yīng)用于各種飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)上，在F-22戰(zhàn)斗機(jī)和V2500發(fā)動(dòng)機(jī)上的的用量分別占到結(jié)構(gòu)重量的41%和31%?？梢哉f(shuō)，鈦合金在現(xiàn)代飛機(jī)上的應(yīng)用，已經(jīng)成為航空業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志之一。20世紀(jì)80年代以來(lái)，為滿(mǎn)足飛機(jī)

6、結(jié)構(gòu)用鈦的需求，高強(qiáng)鈦合金獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，其中對(duì)高強(qiáng)鈦合金研究最廣泛、生產(chǎn)量最大和應(yīng)用量最多的應(yīng)屬美國(guó)和俄羅斯，已形成了各自發(fā)展且各具特色的局面。俄羅斯研究人員研究了[Mo]當(dāng)量對(duì)鈦合金拉伸強(qiáng)度的影響，如圖1所示。從圖中可以看出，退火鈦合金的強(qiáng)度性能，隨著鉬當(dāng)量增加到10~11%而提高，這時(shí)合金組織大致為相等數(shù)量的a和β相，然后強(qiáng)度下降。固溶時(shí)效鈦合金的拉伸強(qiáng)度隨著鉬當(dāng)量增加到12~14%而提高，然后下降。這種規(guī)律性是由以下情況決定的，當(dāng)鉬當(dāng)量增加到臨界濃度時(shí)，淬火時(shí)形成的亞穩(wěn)定β相的數(shù)量增加，因此，為獲得高強(qiáng)度鈦合金，在合金設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)通過(guò)

7、計(jì)算其鉬當(dāng)量，來(lái)優(yōu)選合金成分。圖2和圖3分別為兩相高強(qiáng)鈦合金以及近亞穩(wěn)b和亞穩(wěn)b高強(qiáng)鈦合金的[Mo]當(dāng)量圖。俄羅斯和美國(guó)從上世紀(jì)50年代就開(kāi)始了高強(qiáng)鈦合金的研究，經(jīng)過(guò)40余年的研究，通過(guò)開(kāi)展大量的合金化、加工工藝和熱處理工藝等基礎(chǔ)性研究和工藝試驗(yàn)，逐步形成了各自的高強(qiáng)鈦合金牌號(hào)體系，表1列出了美國(guó)和俄羅斯的主要高強(qiáng)鈦合金的化學(xué)成分和力學(xué)性能。圖1[Mo]當(dāng)量對(duì)鈦合金拉伸強(qiáng)度的影響Fig.1Effectof[Mo]equivalentonstrengthoftitaniumalloy圖3近亞穩(wěn)b和亞穩(wěn)b高強(qiáng)鈦合金的[Mo]當(dāng)量圖Fig.3[

8、Mo]equivalentofnearsecondstationaryandsecond圖2兩相高強(qiáng)鈦合金的[Mo]當(dāng)量圖stationaryhigh-strengthbetatitanium