基本介紹
- 中文名：近α鈦合金
- 外文名：near α titanium alloy
- 屬類：鈦合金
- 領域：工程技術
簡介,鈦合金,發展歷史,原理,α型鈦合金,特點,用途,
簡介
成分中主要含有α穩定元素鋁、錫、鋯等和少量β穩定元素鉬、釩、錳等。具有優良的高溫抗蠕變能力，良好的熱穩定性和焊接性能。長期工作溫度達300℃。採用真空自耗電弧爐熔煉製取。適於製造板材焊接結構件。多作船用鋼板。
鈦合金
鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金強度高、耐蝕性好、耐熱性高。20世紀50～60年代，主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金。70年代開發出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展。鈦合金主要用於製作飛機發動機壓氣機部件，其次為火箭、飛彈和高速飛機的結構件。
發展歷史
鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用於各個領域。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發，並得到了實際套用。
第一個實用的鈦合金是1954年美國研製成功的Ti-6Al-4V合金，由於它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業中的王牌合金，該合金使用量已占全部鈦合金的75%～85%。其他許多鈦合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。
20世紀50～60年代，主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金，70年代開發出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展。耐熱鈦合金的使用溫度已從50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出現，使鈦在發動機的使用部位正由發動機的冷端（風扇和壓氣機）向發動機的熱端（渦輪）方向推進。結構鈦合金向高強、高塑、高強高韌、高模量和高損傷容限方向發展。
另外，20世紀70年代以來，還出現了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形狀記憶合金，並在工程上獲得日益廣泛的套用。
世界上已研製出的鈦合金有數百種，最著名的合金有20～30種，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。
據相關統計數據，2012年我國化工行業用鈦量達2.5萬噸，比2011年有所減少。這是自2009年以來，我國化工用鈦市場首次出現負增長。近些年來，化工行業一直是鈦加工材最大的用戶，其用量在鈦材總用量的占比一直保持在50%以上，2011年占比高達55%。但隨著經濟陷入低迷期，化工行業不但新建項目明顯減少，同時還將面臨產業結構調整，部分產品新建產能受到控制，落後產能也將逐步淘汰的境地。受此影響，其對鈦加工材用量的萎縮也變得順理成章。在此之前，便有業內人士預測化工行業用鈦量在2013~2015年間達到峰值。以當前市場表現看來，2012年整體經濟的疲軟有可能使得化工用鈦的衰退期提前。
原理
鈦合金是以鈦為基礎加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體：882℃以下為密排六方結構α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦。
合金元素根據它們對相變溫度的影響可分為三類：
①穩定α相、提高相轉變溫度的元素為α穩定元素,有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。
②穩定β相、降低相變溫度的元素為β穩定元素，又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等；後者有鉻、錳、銅、鐵、矽等。
③對相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯、錫等。
氧、氮、碳和氫是鈦合金的主要雜質。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對鈦合金有顯著強化效果,但卻使塑性下降。通常規定鈦中氧和氮的含量分別在0.15～0.2%和0.04～0.05%以下。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過多的氫會產生氫化物，使合金變脆。通常鈦合金中氫含量控制在 0.015%以下。氫在鈦中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。
α型鈦合金
α型鈦合金指的是使用溫度下有α型單相態，抗拉強度比工業純鈦稍高，是優良的超低溫合金之一。
特點
α型鈦合金在室溫和使用溫度下有α型單相態，不能熱處理強化(淬火是唯一的處理方式)，,主要依靠固溶強化。室溫強度一般低於β型和α+β型鈦合金(但高於工業純鈦)，而在高溫(500℃600℃)下的強度和蛻變，強度卻是三類鈦合金中最高的，且組織穩定，抗氧化性和焊接性能好，耐蝕性和可切削加工性能也較好，但塑性低(熱塑性仍然良好)室溫衝壓性能差。其中使用最廣的是TA7，它在退火狀態下具有中等強度和足夠的塑性,焊接性能良好,可在500℃以下使用,當其間隙雜質元素(氧、氫、氮等)含量極低時，再超低溫時還具有良好的韌性和綜合力學性能，是優良的超低溫合金之一。
用途
TA4 抗拉強度比工業純鈦稍高,可做中等強度範圍的結構材料，國內主要用作焊絲。
TA5&TA6 用於400℃以下在腐蝕介質中工作的零件及焊接件，如飛機才皮,骨架零件,壓氣機殼體、葉片、船舶零件等。
TA7 500℃以下長期工作的結構零件和各種模鍛件，短時使用可到900℃。亦可用作超低溫(-233℃)部件(如超低溫用的容器)。
TA8 500℃長期工作的零件，可用於製造發動機壓氣機盤和葉片。但合金的組織穩定性較差。在使用上受到一定限制。
