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1、2003年第2期钛工业进展11钛合金的研究应用现状及其发展方向娄贯涛洛阳船舶材料研究所,河南洛阳471039摘要综述了美、日、俄及中国的钛合金研究应用现状及其新进展,并指出了钛合金的发展应用方向。关键词钛合金;研究;应用;发展2003年第2期钛工业进展111钛合金的研究应用现状金属钛作为工程材料也只不过50多年的历史,但钛及其合金因其比强高、耐高温,是宇航工业的理想材料;因其良好的耐腐蚀性,又是航海、石油、化工、医药等行业的理想材料;钛镍合金因其形状记忆功能,可用于卫星和飞船的天线、宇航系统的油管密封和其它自控装置;钛合金的无磁性,钛铌合金的超导性,钛铁、钛镁合金的储氢能力使其在高技术
2、和尖端科学方面也发挥着重要作用[1]。世界上许多国家都逐渐认识到钛的重要性,相继对其进行了大量的研究和开发,因其应用的侧重点不同,各国研究的侧重点也不尽相同。1.1美国美国钛工业起步早,其规模和技术目前都处在世界领先地位,一开始就重视钛合金材料的基础研究,并以此指导钛合金材料的应用和开发,取得了举世瞩目的成就。所研制的一系列实用性高温和高强钛合金为其航空航天工业的发展提供了强大的动力,也使其在高强钛合金、Ti3Al金属间化合物、钛基和TiAl基复合材料及其相关的高新技术研究和应用方面都遥遥领先。目前,美国航空航天用钛量最大,在20世纪80年代以后设计的各种先进军用战斗机和轰炸机中,钛
3、合金的用量已经稳定在20%以上[2,3]。应用最广的是多用途的Þ+þ型Ti-6Al-4V合金和Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo(Ti6242)高温钛合金。近年来开发出的新型钛合金主要有4类:高强高韧þ型钛合金;高温钛合金;钛铝基合金及其复合材料;¼阻燃钛合金[4]。高强高韧þ型钛合金有Ti1023(Ti-10V-2Fe-3Al),Ti153(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn)和þ21S(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si)。Ti1023是为适应损伤容限设计原则而研制的具有高的结构效益、可靠性和低成本的可锻钛合金,目前已在波音757,737,A300,A320,F14
4、,F18,B1B上得到应用[5]。Ti153的冷成形性比工业纯钛还要好,可在固溶状态下进行各种复杂零件的冷成形,时效后室温拉伸强度可达1000MPa以上,目前已用于飞机短舱、紧固件、液压管、弹簧、直升机旋翼等。高强度和抗氧化的钛合金þ21S,其应用范围也非常广泛。高温钛合金主要是Ti1100,其名义成分为Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si,使用温度可达600℃。钛铝基合金中以Ti3Al为基的Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo在美国已批量生产,前者已用作高压压气机机匣、高压涡轮支撑环、导弹尾翼和燃烧室喷管密封片2003年第2期钛工
5、业进展11*娄贯涛,男,在读硕士,河南省洛阳市023信箱7分箱,电话:0379-49453472003年第2期钛工业进展112003年第2期钛工业进展11等[6];后者通过形变热处理(TMP)可获得良好的强度、塑性。阻燃钛合金主要有AlloyC(Ti1270),名义成分为Ti-35V-15Cr,具有较高的室温及高温强度,良好的室温和高温塑性,良好的抗蠕变和疲劳性能,可制成板材、带材、棒材及锻件。在降低成本方面,Timet公司以Fe元素代替价格昂贵的V元素,开发了一种新型高强þ型钛合金TimetalLCB(Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al)以取代成本较高的Ti-1023合金;Ti
6、met公司开发的另一种新型低成本高强þ钛合金是Timetal125(Ti-6V-6Mo-5.7Fe-2.7Al),具有优良的冷成形性,非常适宜于做飞机紧固件[7]。除航空用钛外,美国也将钛用在海洋开发、海水淡化、地热发电、排烟脱硫以及制作放射性废物处理的容器等方面。目前,美国钛合金发展的总动向是[8]:由军品到民品;由飞机发动机到机体;由航空航天到一般产业;由一般性合金产品到高附加值合金产品。重点放在基础研究、合金设计、熔炼技术、加工工艺方面,为此海绵钛生产采取了大型、间歇化生产技术,并通过改善工程管理,提高生产效率来进一步降低生产成本,不断开拓新的钛市场等;在熔炼方面由以VAR为主流
7、的熔炼方式向冷床熔炼、感应渣壳熔炼方式转变;铸造方面,由熔模铸造向金属模铸造转变;加工方面,正在开发和推广超塑成形加工、激光成形加工等新技术。今后10年,美国用钛将仍然以航空航天和军事工业为主体,在汽车等方面也将有所加大。1.2日本1952年日本首次开发生产出了海绵钛,标志着日本钛工业的起步。随后逐渐研究开发了一系列耐蚀钛合金、高强钛合金和可冷锻钛合金。由于钛合金的生产成本高、价格贵,所研制的钛合金大都没有得到工业应用,目前使用最广的仍以工业纯
