钛合金与铝合金的区别

钛合金

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概念定义：以钛为基加入其他合金元素组成的合金称作钛合金。钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、工艺性能好等优点,是较为理想的航天工程结构材料。

研究范围：钛合金可分为结构钛合金和耐热钛合金，或a型钛合金、B型钛合金和a + B型钛合金。研究

范围还包括钛合金的成形技术、粉末冶金技术、快速凝固技术、钛合金的军用和民用等。

(一) 发展过程

50年代初〜70年代初

需求动力：为满足航空工业对材料的需求，钛合金受到重视并得以发展，技术基础主要是冶金学和工艺学。主要特点：该阶段的特点是从材料的探索研究逐步转向应用。主要材料有Ti-6Al-4V 、Ti-5Al-2.5Sn 等，主要用于航空发动机、航天用压力容器、发动机壳体等。

典型成果和产品：典型材料:Ti-6Al-4V， Ti-5Al-2.5Sn

70年代〜90年代

需求动力：钛合金应用领域的扩大，使钛工业得到迅速发展，新工艺和新技术推动钛合金成形工艺的发展。主要特点：该阶段的特点:(1)钛在航空航天工业应用量不断增加，在其它行业如海洋工程、化工、电力、冶金、医疗等方面的应用也日趋增多，成为第三金属。(2)新型钛合金不断问世，如高强钛合金、耐热钛合金等。(3)采用新工艺技术如超塑成形、快速凝固技术和等温锻造等。(4) 为扩大应用而重视降低成本问题。

典型成果和产品：典型材料: Ti-1100， Ti-1023， IMI834， Timetal62S， SP-700 等

(二) 现有水平及发展趋势

钛合金是航空航天工业应用较广的一种金属材料，按用途可分为结构钛合金和高温钛合金( 使用温度＞400 °C)。

结构钛合金以Ti-6Al-4V 为代表，该合金已广泛用于飞机、导弹上，并已由次承力结构件转为主结构件。为适

应更高强度和韧性的要求(如强度提高至1275〜1373MPa,比强度提高至29〜33,弹性模量提高至196GPa), 近年研制了许多新型钛合金，如美国的Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al;Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr( B -C),Ti-6Al-2Sn-2Zr-

2Cr-2Mo-0.23Si,Ti-4.5Al-1.5Cr; 英国的Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si(IMI500) 、日本的SPF00、CR800、SP700和前苏联的BT22等。其中Ti-15-333 铸件和B -C可取代沉淀硬化不锈钢和镍基合

金,Ti-6-22-22 在美国先进战术战斗机( ATF )的样机 F - 22A中的用量占22% (重量)。日本的

SP700(Ti-4.5AI-3V-2Mo-2Fe), 不仅强度高，而且在755 C达超塑性，延伸率可达2000%,成形性好，加工成本低, 可取代Ti-6Al-4V, 已用于航天构件。

高温钛合金近年来取得一定进展,在该领域中,美国和英国占据优势。但两国采用的开发方法和侧重点则截然不同。英国采用的是以a相固溶强化为提高蠕变强度的必要手段而无需B相共存的方法，侧重于研究近a型合金, 即开发以提高蠕变强度为主的Ti-4AI-2Sn-4Mo-0.5Si( 使用温度400 C ) 、Ti-11Sn-2.25AI-5Zr-1Mo-0.2Si(IMI679, 使用温度450C )、Ti-6AI-5Zr-0.5Mo-0.25Si(IMI685) 合金和以改善疲劳强度为主的Ti-5.5AI-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si(IMI829) 和

Ti-5.5AI-4.5Sn-4Zr-0.4Mo-0.8Nb-0.4Si(IMI834) 。

美国则采用通过牺牲疲劳强度来提高蠕变强度的方法, 侧重研究钼含量较高的合金, 如Ti-

6AI-2Sn-4Zr-2Mo(6242, 使用温度470 C)、6242S( 使用温度500C )合金。随后,又研究开发了Ti-6AI-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si 合金仃i-1100),其使用温度提高到600 C。

最近美国又研制了Timetal21S(Ti-15Mo-2.7Nb-3AI-0.2Si)( 又称B 21S),使用温度704 C，可用于制造高温导管及压力管,被优选为美国国家空天飞机(NASP) 机体用金属基复合材料的基体材料。目前,这些新型高温钛合金均尚未进

入实用化阶段。

目前高强度钛合金超塑性成形技术发展很快,其发展趋势是气压成形等温锻造和真空成形法。

美国在钛合金的研制和应用方面, 一直处于领先水平, 据统计在美国的航空工业中,钛的消费比例为70%, 美

国在钛合金的成形方面,主要采用了超塑性条件下的等温锻造和板材成形。为降低成本,扩大应用, 美国推出新牌号的合金,如Timetal62S(Ti-6Al-2Fe-0.1Si), 以铁代钒在成本上优于Ti-6Al-V, 而且性能与之相当。前苏联钛工业已有35 年以上的历史,它的发展过程平稳,没有大的起伏。生产了大量的与Ti-6Al-4V 及

Ti-5Al-2.5Sn 类似的合金以及一系列高温高强合金,并研究了特种耐蚀钛合金,如4200 、4210 、4207 等,在

航天工业中,前苏联广泛采用超塑性条件下钛合金的气压成形工艺。

英国在耐热钛合金的研究和应用方面同美国各占优势，但其侧重研究近a型合金，即大力开发以提高蠕变强

度为重点的合金, 如Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si 、Ti-11Sn-2.25Al-5Zr-1Mo-0.2Si(IMI879) 、Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si(IMI685) 等，其中IMI685 在欧洲已获得广泛应用。

近年来，日本在钛合金的研究方面也取得了较大进展，如为降低成本开发了SP-700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe) 合金，该合金的成形性能优于Ti-6Al-4V 。日本采用低应变率的超塑性真空成形工艺。

(三) 主要研究机构

美国钛金属公司(American Titanium Metal Company) ，主攻技术及工程：钛合金

苏联全苏轻合金研究所(BM八C )，主攻技术及工程：主攻技术：钛合金

铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。

铝合金仍然保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面：一是作为受力构件；二是作为门、窗、管、盖、壳等材料；三是作为装饰和绝热材料。利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点，制成各种装饰品。铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工，制成各种装饰板材、型材，作为装饰材料。