TC4合金背景现状进展

主体

2.1历史背景

钛合金是20世纪50年代发展起来的一种重要金属材料，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐

热性高等特点而被广泛应用于各个领域。近年来

更是迅速发展成为具有强大生命力的新型关键

结构材料，在军工、民用等部门获得了关泛的应

用。钛合金的应用决定于钛及钛合金的特点和对

产品的要求。概括起来，钛及钛合金的特点有如

下(1)钛的密度小、比强度高。钛的密度为4510kg/

m3，介于铝(2700kg/m})和铁(7600kg/m})之间。

钛合金的比强度高于铝合金和钢。C2)钛合金的

工作温度围较宽，低温钛合金在一253 0C还能

保持良好的塑性，而耐热钛合金的工作温度可达

5500C左右，其耐热性且，钛的腐蚀性能的突出

特点是不发生局部腐蚀和晶间腐蚀，一般为均匀

腐蚀。(4)钛的化学活性很高，极易受氢、氧、氮

的污染，难以冶炼和加工，使得生产成本较高。

(5)导热性差(只有铁的1/5，铝的1/3) ,摩擦系数大

(0.42),抗磨性也较差，故在切削加工时，容易使

工件及刀具温度升高，造成粘刀，降低刀具寿命，

故切削加工性差。C6)弹性模量低，影响构件的

刚度，也使细长构件的使用受到限制，不过在某

些情况下，也可利用钛的a/E比值大的特点制作

弹性元件。

氢化钛粉制备钛及钛合金材料研究进展C

钛及钛合金具有耐腐蚀、比强度高等突出优点而被称作“太空金属”或“海洋金属”，近年来更是迅速发展成为具有强大生命力的新型关键结构材料，在军工、民用等部门获得了关泛的应用[1-4]。

[1]ARCELLA F G, FROES F H. Producing titanium aerospace components from powder using laser forming [J]. JOM, 2000,52(5): 28-30

[2]FROES F H, HEBEISEN J. Advances in powder metallurgy applications-A review: FROES F H. Proceedings of the Advanced Particulate Materials&Processes[C]. USA: Metal

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[3]喻岚，益民，邓中勇，等采用氢化钛粉制备Ti-6A1-4V合

金[J]冶金，2004, 32(5): 17-19.

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P/M Ti-6A1-4V alloy using TiHZ powder [J]. Hunan Metallurgy,

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Proceedings of the Fourth International Conference on Titanium,

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2215-2222

B现状目前已研究出的钛合金有100多种，然而只有20~30种达到商业应用水平。20世纪50年代初期，

由美国的Illinois技术研究所开发的属于。α﹢β型的Ti6A14 V合金是最典型、研究最为深入的钛合金，具有良好的综合力学性能，如表1所示其应用率占50%以上，主要用于航空工业。锻造和铸造方法生产钛合金，工艺复杂、成材率低，阻碍了其更为

广泛的应用[]。因此，需要寻找流程简单且成本较低的钛合金制备工艺，使其达到汽车、体育器械等民用行业所能接受的材料性能及成本水平。

●粉末冶金是一种生产复杂形状零件的近净成形技

术，具有工艺流程短、材料利用率高、组织细小均匀、成分可控以及近净成形等优点[7~9]，是制备高性能、低成木钛合金的理想工艺。

●传统粉末冶金方法是在加热加压条件下使钛合

金粉末成形，利用微塑性变形和原子扩散实现烧结致密化。但钛在高温下流动应力高、原子扩散能力低，需要1400℃的烧结温度才能获得理论密度超过90%的钛材。钛合金在此高温下会形成有害的过热组织β相，材料孔隙度较高，尺寸大且分布不均匀

[3]，致密度仅能达到95%左右[4,5]。

●采用以TiH粉为原料的粉末冶金工艺制造钛产

品是近年国际研究热点。以成本较低的氢化钛粉为原料、采用一步法也可以制得钛合金，即脱氢在脱

脂(或烧结)过程中实现，与前一种方法相比该法工序减少并降低了合金生产过程中被污染的可能性，因此可以降低产品的生产成本并提高其最终性能。

●TiH:具有脆性，容易破碎获得细粉，满足工艺需求。

●因此，采用TiH为原料可以制得成本低且杂质少的

钛产品，直接降低了钛的制造成本[6]及使用门槛。

●【3】马福康.等静压技术巨M习.:冶金工业，1992 ●4韦伟峰，黄伯云，咏，等.混合元素法PM钛合金

的研究进

展巨J习.材料导报，2002,16(11);20

●5嘉琪，南海，黄东，等.氢合金化钛合金粉末成形

制件技术

的发展巨J习.特种铸造及有色合金，2007,27(8);593 ●6洪艳，曲涛，化森，等.氢化脱氢法制备钛粉工艺

研究巨J习.

稀有金属，2007,31(3);311

B现实状况、应用

1.1钛及钛合金的应用

钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其