東莞市長安徳鴻金屬材料行
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高溫鈦合金
世界上第一個研制成功的高溫鈦合金是Ti-6Al-4V,使用溫度為300-350℃。隨后相繼研制出使用溫度達(dá)400℃的IMI550、BT3-1等合金,以及使用溫度為450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地應(yīng)用在鈦合金發(fā)動機(jī)中的新型高溫鈦合金有.英國的IMI829、IMI834合金;美國的Ti-1100合金;俄羅斯的BT18Y、BT36合金等。表7為部分國家新型高溫鈦合金的最高使用溫度[26]。 近幾年國外把采用快速凝固/粉末冶金技術(shù)、纖維或顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料研制鈦合金作為高溫鈦合金的發(fā)展方向,使鈦合金的使用溫度可提高到650℃以上[1,27,29,31]。美國麥道公司采用快速凝固/粉末冶金技術(shù)戚功地研制出一種高純度、高致密性鈦合金,在760℃下其強(qiáng)度相當(dāng)于目前室溫下使用的鈦合金強(qiáng)度[26]。
鈦鋁化合物為基的鈦合金
與一般鈦合金相比,鈦鋁化合物為基鈉Ti3Al(α2)和TiAl(γ)金屬間化合物的最大優(yōu)點(diǎn)是高溫性能好(最高使用溫度分別為816和982℃)、抗氧化能力強(qiáng)、抗蠕變性能好和重量輕(密度僅為鎳基高溫合金的1/2),這些優(yōu)點(diǎn)使其成為未來航空發(fā)動機(jī)及鈦合金結(jié)構(gòu)件最具競爭力的材料[26]?! ∧壳埃延袃蓚€Ti3Al為基的鈦合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美國開始批量生產(chǎn)。其他近年來發(fā)展的Ti3Al為基的鈦合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl(γ)為基的鈦合金受關(guān)注的成分范圍為Ti-(46-52)Al-(1-10)M(at.%),此處M為v、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中的至少一種元素。最近,TiAl3為基的鈦合金開始引起注意,如Ti-65Al-10Ni合金[1]。
高強(qiáng)高韌β型鈦合金
β型鈦合金最早是20世紀(jì)50年代中期由美國Crucible公司研制出的B120VCA合金(Ti-13v-11Cr-3Al)。β型鈦合金具有良好的冷熱加工性能,易鍛造,可軋制、焊接,可通過固溶-時效處理獲得較高的機(jī)械性能、良好的環(huán)境抗力及強(qiáng)度與斷裂韌性的很好配合。新型高強(qiáng)高韌β型鈦合金最具代表性的有以下幾種[26,30]:Ti1023(Ti-10v-2Fe-#al),該合金與鈦合金結(jié)構(gòu)件中常用的30CrMnSiA高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼性能相當(dāng),具有優(yōu)異的鍛造性能;Ti153(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn),該合金冷加工性能比工業(yè)純鈦還好,時效后的室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)1000MPa以上; β21S(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si),該合金是由美國鈦金屬公司Timet分部研制的一種新型抗氧化、超高強(qiáng)鈦合金,具有良好的抗氧化性能,冷熱加工性能優(yōu)良,可制成厚度為0.064mm的箔材; 日本鋼管公司(NKK)研制成功的SP-700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)鈦合金,該合金強(qiáng)度高,超塑性延伸率高達(dá)2000%,且超塑成形溫度比Ti-6Al-4V低140℃,可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-擴(kuò)散連接(SPF/DB)技術(shù)制造各種航空航天構(gòu)件; 俄羅斯研制出的BT-22(TI-5v-5Mo-1Cr-5Al),其抗拉強(qiáng)度可達(dá)1105MPA以上。
阻燃鈦合金
常規(guī)鈦合金在特定的條件下有燃烷的傾向,這在很大程度上限制了其應(yīng)用。針對這種情況,各國都展開了對阻燃鈦合金的研究并取得一定突破。羌國研制出的Alloy c(也稱為Ti-1720),名義成分為50Ti-35v-15Cr(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),是一種對持續(xù)燃燒不敏感的阻燃鈦合金,己用于F119發(fā)動機(jī)。BTT-1和BTT-3為俄羅斯研制的阻燃鈦合金,均為Ti-Cu-Al系合金,具有相當(dāng)好的熱變形工藝性能,可用其制成復(fù)雜的零件[26]。
醫(yī)用鈦合金
鈦無毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的生物相容性,是非常理想的醫(yī)用金屬材料,可用作植入人體的植入物等。目前,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者會析出極微量的釩和鋁離子,降低了其細(xì)胞適應(yīng)性且有可能對人體造成危害,這一問題早已引起醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注。美國早在20世紀(jì)80年代中期便開始研制無鋁、無釩、具有生物相容性的鈦合金,將其用于矯形術(shù)。日本、英國等也在該方面做了大量的研究工作,并取得一些新的進(jìn)展。例如,日本已開發(fā)出一系列具有優(yōu)良生物相容性的α+β鈦合金,包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20,這些合金的腐蝕強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能均優(yōu)于Ti-6Al-4v ELI。與α+β鈦合金相比,β鈦合金具有更高的強(qiáng)度水乎,以及更好的切口性能和韌性,更適于作為植入物植入人體。在美國,已有5種β鈦合金被推薦至醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,即TMZFTM(TI-12Mo-^Zr-2Fe)、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx(TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si)、Tiadyne 1610(Ti-16Nb-9.5Hf)和Ti-15Mo。估計在不久的將來,此類具有高強(qiáng)度、低彈性模量以及優(yōu)異成形性和抗腐蝕性能的廬鈦合金很有可能取代目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金