产品设计选材——钛合金

茶香飘万里 2015-03-17

展开全文

质合金三重奏

钛合金

钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。地壳中金属含量钛排第七，但是从其氧化物中提出钛难度高。

图片来源：forum.golem.de

常用

常用钛合金主要有以下四个类别

α钛合金

组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。

近α钛合金

成分中主要含有α稳定元素铝、锡、锆等和少量β稳定元素钼、钒、锰等。具有优良的高温抗蠕变能力，良好的热稳定性和焊接性能。长期工作温度达300℃。采用真空自耗电弧炉熔炼制取。

β钛合金

未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。

α+β钛合金

是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%～100%；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。

特性

造价高昂贵，比强度高

钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金（钛-钼，钛-钯合金等）、低温合金以及特殊功能合金（钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金）等。

强度高密度低

钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。

热强度高

在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。

低温性能好

钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好，间隙元素极低的钛合金，如TA7，在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。

各种金属比强度随温度变化。来源：中工高雄会刊

导热弹性小

钛的导热系数λ=15.24W/（m.K）约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的2～3倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。

化学活性大

钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应钛的化学亲和性大，易与摩擦表面产生粘附现象。