钛合金4-钛合金应用

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1、钛与钛合金应用篇在前三篇当中，我们讨论了钛与钛合金的基本情况以及加工工艺。研究材料和工艺的最终口的，都是为了应用。这第四篇，就是应用篇。此篇屮的绝大多数技术概念，前文已有详述。再次强调，文中涉及的所有国内外案例和数据，都来自互联网报道和公开岀版物。欢迎大家的批评指正。第一部分、工业纯钛的应用：第一篇提到过，工业纯钛按照国标分为TA1-TA4不同牌号，加工成板、管、棒、丝、带等各种半成品。工业上比较常用的纯钛是TA3,因为它的耐腐蚀性和综合力学性能比较适中，抗腐蚀能力比常用的不锈钢强15倍，使用寿命长10倍。因此广泛用于石油化

2、工设备、滨海发电装置、海水淡化装置和舰艇零部件。如果需要高强度和耐磨性，就需要采用TA4。而对成形性要求高时，就需要采用TA1或者TA2。工业纯钛对核辐射的耐受比不锈钢要高的多，长期使用也不会变脆，因此还可以用于核反应堆的零件。这是钛的工业应用。钛完全无毒，具有良好的生物相容性，可以与骨组织紧密牢固的结合，是理想的生物材料，因此在医疗领域大显身手。高尔夫球杆和网球拍的外框、自行车的骨架也会用到金属钛。近年来，眼镜、珠宝行业，用钛量（主要是纯钛，也有部分钛合金）也在急剧上升。这是钛的生活应用。纯钛应用，在钛工业中占到的比例不到

3、10%o90%以上，都用在了形形色色的钛合金上，我们就来细细一品：第二部分、钛合金的应用:中国钛合金的应用领域，主要集中在石油、化工等工业领域，并逐步向航空航天、海洋化工和口常生活扩展。根据《轻合金丛书》等介绍，我们可以对近年来中国钛合金的应用发展管窥一斑。表1:部分钛合金在中国的应用合金牌号9特征应用领域卩Ti-B18p高强度1250MPa抗冲击相航空航天PTi・H22高强度BOONlPa抗冲击心航空航天3TP-650^粒子强化钛基复合材料a航空航天3CT・22扌冗超咼温2航空4TMC・ZaT13A1P航空3Ti・63耐咼

4、温Q航空航天Q•TC-21P咼温和咼强度a航空航天卩Ti2AlNt^钛隸E.咼温a航空航天3TC4・LCq中等强度咼韧性心航空航天Q•Ti・40w抗挠性，耐热性心航空机械卩HE132高强度模数2航空航天3Ti・32抗咼温和海水腐蚀海洋化工QTi-75P中等强度，抗海水腐蚀，焊接性a海洋化工3Ti・72低强度，冷成形性心海洋化工3Ti・B］如高强度1250Pa抗腐蚀a海洋化工卩TAMZa生物适应性a移植掺杂QTZNTq机械适应性和生物适应性Q移植掺杂「ejihRh^an）该图片吐主蛊迷£的夫空上传到club,china,co

5、m和碳纤维复合材料i样，本文对钛合金重点关注的，仍然是航空航天领域的应用。下面我们就來聊聊这方面的情况。一航空领域重点看两个领域:1高温及阻燃钛合金（用于航空发动机）2承力及强韧钛合金（用于飞机结构）。其实，这二者有很多交叉如发动机支撑结构件，既是耐温合金也是承力合金。咱们试着分别讨论。1航发用高温钛合金发动机型号Q钛合金用量占结构重量卩A320的V250331%pF15的FIOOp36%pF22的F11341%p中国:WP-6和WP-73极少a中国：WP13a13%p中国：昆仑a15%p表2：发动机钛合金用量中国某型涡扇发

6、动机20沧club.chma*（兵器迷推测为WS-10）数据说话。进步，那是看得见的；差距，那是明摆着的。结合中国的应用情况，我们重点介绍几种钛合金牌号如下：TC4：即钛铝锐合金Ti-6Al-4V及其各种发展型号，中国国标牌号TC-4,屈于a+卩合金。这是一个大家族，既有结构合金，也有耐温合金。自美国1954年作为结构合金采用以来，占美国钛合金消费量的60%（其他有25%为耐蚀合金，15%为其他结构合金）。TC・4应用历史悠久，性能数据最全、用量最大，在全球钛合金中占有最重要的基础地位。国内应用:在中国，TC4同样是钛合金应

7、用的基础。而它的奠基人，乃至整个中国航发耐温钛合金的奠基人，就是中国钛合金领域当仁不让的人腕，航空报国金奖的得主——曹春晓院士。图1：曹春晓院士根据中国航空报、航空材料学报报道：1964年底，航材院钛合金研究室的领导和专业组长曹春晓釆用TC4取代钢制成涡喷6发动机的压气机转子叶片和盘。1966年，试车达到244小时，圆满达标。1969年制成装有TC4叶片和盘件的两台涡喷6A型发动机安装在同一架飞机上，完成了我国第一架有发动机用钛合金盘、叶片的飞机试飞任务。1970年开始，涡喷6B型发动机在制造中选用TC4,并进行了小批量生产

8、。之后，五六种航空发动机先后应用了TC4合金压气机叶片、盘。结构件方面：21世纪初，航天材料及工艺研究所进行粉末TC4合金骨架（如下图）的研制，并提供了小批量的试验件进行全面的试验图2TC4合金骨架（图1）TC4工作温度在400°C以下，既是我国结构用钛合金四大牌号（TCI,TC4,TA7