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鈦合金比合金鋼更適合做航空航天材料

  鈦合金相對一般合金鋼具有以下優點:比強變高:鈦合金密度只有4.5g/cm3,比鐵小得多,而其強度與普通碳鋼相近。機械性能好:鈦合金熔點為1660℃,比鐵高,具有較高的熱強度,可在550℃以下工作,同時在低溫下通常顯示出較好的韌性?刮g性好:在550℃以下鈦合金表面易形成致密的氧化膜,故不容易被進一步氧化,對大氣、海水、蒸汽以及一些酸、堿、鹽介質均有較高的抗蝕能力。

  高強韌鈦合金:目前這方面比較成功的例子是美國所研制的α+β兩相高強高韌鈦合金Ti62222S,該材料具有良好的強度與塑性的配合,室溫斷裂強度和屈服強度分別大于1300MPa和1200MPa,而且其高溫性能也很好。此外,Ti62222S還具有較高的斷裂韌性和損傷容限,與合金Ti6Al4V相當的疲勞裂紋擴展速率以及優于合金Ti6Al4V的彈性模量和超塑成形性,可以替代Ti6Al4V。

  高溫鈦合金:超聲巡航彈、高超聲速巡航彈、可重復使用運載器,以及亞軌道重復使用跨大氣層飛行器的研究和發展,要求鈦合金必須能在600℃及以上的高溫下使用,這就要求鈦合金必須具有優異的耐高溫性能。國際上第一個高溫鈦合金是美國研制的Ti6Al4V,可在300~350℃下使用。Ti6Al4V合金兼具α+β兩相特征,在航天領域得到廣泛應用。為最大限度發揮Al固溶熱強化作用,鈦合金中還加入了Sn、Zr、Mo和Si等元素,相繼開發了使用溫度為450℃的IMI679、Ti6242等合金,使用溫度為500℃的IMI685、Ti6242S等合金,使用溫度為550~600℃的IMI834、Ti1100、BT36等合金。

  低溫鈦合金:隨著空間技術迅速發展,鈦合金在低溫和極低溫環境下的應用增多,低溫鈦合金的研制顯得極為重要。經研究發現,通過降低H、O、N等間隙元素,以及Al的含量可改善鈦合金的低溫性能,使其能在20K溫度環境下長期使用。

  航天飛行器在超高溫、超低溫、高真空、高應力、強腐蝕等極端條件下工作,除了依靠優秀的結構設計之外,還有賴于材料所具有的優異特性和功能。鈦合金將航天產品所需的特質集于一身而被譽為“宇宙金屬”、“空間金屬”。鈦合金以其強度高、機械性能及抗蝕性良好而成為飛機及發動機理想的制造材料,但由于其切削加工性差,長期以來在很大程度上制約了它的應用。隨著加工工藝技術的發展,近年來,鈦合金已廣泛應用于飛機發動機的壓氣機段、發動機罩、排氣裝置等零件的制造以及飛機的大梁隔框等結構框架件的制造。我公司某新型航空發動機的鈦合金零件約占零件總數的11%。本文是在該新機試制過程中積累的對鈦合金材料切削特性以及在不同加工方法下表現出的具體特點的認識及所應采取工藝措施的經驗總結。


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