钛合金的高温抗氧化性及其影响因素分析_黄定辉

耐热钢性能和耐腐蚀指标

耐热钢性能和耐腐蚀指标 在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力、机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。 耐热钢基本信息 简介： 耐热钢（heat-resisting steels) 在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。 类别： 耐热钢按其性能可分为抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。 耐热钢按其正火组织可分为奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢及珠光体耐热钢等。

用途 耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。 中国自1952年开始生产耐热钢。以后研制出一些新型的低合金热强钢，从而使珠光体热强钢的工作温度提高到600～620℃；此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。耐热钢和不锈耐酸 在使用范围上互有交叉，一些不锈钢兼具耐热钢特性，既可用作为不锈耐酸钢，也可作为耐热钢使用。合金元素的作用铬、铝、硅这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的 氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐的主要元素。但铝和硅含量过高会使室温塑性和热塑性严重恶化。铬能显著提高低合金钢的再结晶温度，含量为2％时，强化效果最好。 镍、锰可以形成和稳定奥氏体。镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。锰虽然可以代镍形成奥氏体，但损害了耐热钢的抗氧化性。钒、钛、铌是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。碳、氮可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。硼、稀均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶

钛合金结构件制造

原题：让“近净成形”结构件飞上蓝天--北航教授王华明 王华明，北京航空航天大学材料学院材料加工工程系主任、材料加工工程学科责任教授、“长江学者特聘教授”。开辟“快速凝固激光材料制备与成形”研究新领域，建成先进的“激光材料加工制造技术实验室”，在先进材料快速凝固激光制备加工与成形制造领域取得多项原创性成果并在航空发动机及飞机上得到应用。2000年来主持“国家自然科学基金重点项目”、“国家863计划课题”“教育部跨世纪优秀人才计划基金”、“总装武器装重点基金”、“国防基础科研重点项目”等科研项目10余项，发表论文被SCI及EI收录137篇次、授权与申请发明专利7项、获得“北京市教学成果一等奖”及“国家教学成果二等奖”。2013年入选国家“万人计划”第一批科技创新领军人才。 当前，“绿色浪潮”席卷全球，推行绿色制造技术，实现制造过程的环保、绿色化已是题中之义。而“增材制造”在这一浪潮的影响下受到日益广泛的关注。北京航空航天大学的王华明教授及其带领的科研团队在大型钛合金结构件激光直接制造技术领域取得令人瞩目的成绩，并且在航空航天装备应用中取得了重要突破。 从“减法”到“加法” 实现质的飞跃 高性能金属构件激光成形技术是以合金粉末为原料，通过激光熔化逐层堆积（生长），从零件数模一步完成高性能大型复杂构件的“近净成形”。这一技术1992年在美国首先提出并迅速发展。由于高性能金属构件激光成形技术对大型钛合金高性能结构件的短周期、低成本成形制造具有突出优势，在航空航天等装备研制和生产中具有广阔的应用前景，受到政府和业界的高度关注。 在王华明教授看来，从传统的大型钛合金结构件制造方法，如整体锻造、切削技术，到这种新型的激光直接制造技术，实现了加工技术由“减法”到“加法”的质的飞跃。采用整体锻造等传统方法制造大型钛合金结构件，是一个做“减法”的过程。零件的加工除去量非常大。例如，美国的F-22飞机中尺寸最大的Ti6Al4V 钛合金整体加强框，所需毛坯模锻件重达 2796千克，而实际成形零件重量不足144千克，材料的利用率不到4. 90%，这势必造成大量的原材料损耗。与此同时，在铸造毛坯模锻件的过程中会消耗大量的能源，也降低了加工制造的效率。

材料超塑性及应用

材料超塑性及应用 课程编号： 课程名称：材料超塑性及应用 英文名称：Superplasticty and its Application for Materials 学分：2 先修课程基础：《晶体结构与缺陷》，《工程力学》与《材料力学》二者之一。教材：自编 一、课程简介 本课程的目的在于使学生对于材料超塑性的力学、微观机理、应用等方面具有比较深入的理解，初步掌握超塑性的研究路线及方法。对超塑性力学行为与显微组织及其变化的关系的物理本质具有比较清晰的认识，对超塑性的发展及其应用领域具有比较明确的分析，对超塑性的试验研究手段具有一定的了解，对于超塑性的应用及超塑性成形工艺具有一定的初步知识。通过本课程的学习，使研究生对超塑性实验、理论、应用，及其与常规塑性变形的关系具有比较明确的认识，为其在今后研究和工作中的应用打下基础。 二、基本要求 基础知识：超塑性力学特征，材料超塑性宏观行为与微观结构的关系，几种典型超塑性材料及其成形应用。

实验及技能：超塑性力学性能实验应力、应变、应变速率、ｍ植等的热力模拟试验，数据分析、实验报告；超塑性材料显微组织及其在超塑性变形 中的变化。 三、内容概要 第一章材料超塑性概述（２学时） １.１、超塑性研究及应用的历史 １.２、超塑性的分类 １.３、对超塑性变形机理的认识和争论 １.４、几位对超塑性学术发展具有重要影响人物研究工作介绍 第二章超塑性力学特征（４学时） ２.１、超塑性本构关系 ２.２、超塑性应力—应变关系、应力—应变速率关系 ２.２、超塑性力学实验方法 第三章超塑性变形微观机理（６学时） ３.１、常规塑性变形、蠕变、绝热剪切等变形的微观机理 ３.２、对超塑性变形微观机理的认识及争论 第四章几种材料超塑性（５学时）

耐热钢的优质性能

耐热钢的优质性能 在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。 类别： 耐热钢按其性能可分为抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。 耐热钢按其正火组织可分为奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢及珠光体耐热钢等。 简介： 耐热钢（heat-resisting steels) 在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。 用途: 耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。 中国自1952年开始生产耐热钢。以后研制出一些新型的低合金热强钢，从而使珠光体热强钢的工作温度提高到600～620℃；此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。耐热钢和不锈耐酸在使用范围上互有交叉，一些不锈钢兼具耐热钢特性，既可用作为不锈耐酸钢，也可作为耐热钢使用。合金元素的作用铬、铝、硅这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐的主要元素。但铝和硅含量过高会使室温塑性和热塑性严重恶化。铬能显著提高低合金钢的再结晶温度，含量为2％时，强化效果最好。 镍、锰可以形成和稳定奥氏体。镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。锰虽然可以代镍形成奥氏体，但损害了耐热钢的抗氧化性。钒、钛、铌是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。碳、氮可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。硼、稀均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，改善热塑性。耐热钢分类珠光体钢合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5％。其组织除珠光体、铁

基于CPFEM的TA15钛合金高温塑性变形研究

基于CPFEM的TA15钛合金高温塑性变形研究晶体塑性理论将晶体塑性变形的物理机制及变形几何学与单晶或多晶的弹塑性本构方程相结合，从介观尺度（即晶粒尺度）上解释材料的各种塑性变形行为。将晶体塑性理论与有限元方法相结合的方法称为晶体塑性有限元方法（Crystal Plastic Finite Element Method，CPFEM），该方法从材料变形的物理机制出发，可以较为准确的反映材料的微观特性。 目前晶体塑性有限元模拟已成为力学界和材料界的研究热点。钛与钛合金是一种重要的结构材料，以其优异的性能广泛应用在航空航天等领域。 钛有两种同素异构晶型：密排六方(HCP)点阵的α-Ti相和体心立方(BCC)点阵的β-Ti相，由于晶格类型不同，其变形机制差别较大。文中综合采用了有限元方法、晶体塑性理论、元胞自动机等现代科学技术方法。 从介观尺度出发，根据合金微观晶格结构的不同，研究新型近α型钛合金—TA15钛合金的高温塑性变形，研究在相变点温度以上及以下的TA15钛合金高温的高温塑性变形行为。文中采用元胞自动机方法得到了相变点上的TA15钛合金的初始晶粒形貌。 建立了适用于变形温度在相变点以上的TA15合金的高温塑性变形的晶体塑性有限元模型。模拟结果表明多晶体在塑性变形的过程中，晶粒与晶粒之间以及晶粒内部的应力分布存在着明显的差异，晶粒内部与晶粒外部的塑性变形非常不均匀。 通过对滑移系上的剪应变进行分析表明由于各晶粒的取向不同和晶粒间的取向差的差异，不同晶粒的滑移系开动情况差别很大；在同一晶粒内部，由于需要协调相邻晶粒的应变情况，因此滑移系开动的程度也不完全相同。建立了适用

钛及钛合金的分类

钛及钛合金的分类 市场供货的钛产品主要有工业纯钛和钛合金两大类： 一.工业纯钛：钛属于多晶型金属，在低于882℃为a晶型，原子结构呈密排六方晶格，从882℃至熔点都是B晶型，呈体心立方晶格。工业纯钛在金相组织上呈现a相，如果退火完全的话，是大小基本相等等轴状单项晶格。由于存在着杂质，所以工业纯钛中也存在着少量的B相。基本上是沿着晶界分布。 工业纯钛按GB/T3620.1—2007新标准共有九个牌号，TA1类型的有三个，TA2—TA4每个类型的各有两个，它们的差别就是纯度的不同。从表中我们可以看出，从TA1—TA4每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，这个ELI是英文低间隙元素的缩写，也就是高纯度的意思。由于Fe，C, N, H, O在a—Ti 中是以间隙元素存在的，它们的含量多少对工业纯钛的耐腐蚀性能以及力学性能产生很大的影响，C,N,O固溶于钛中可以使钛的晶格产生很大的畸变，使钛的被强烈的强化和脆化。这些杂质的存在是生产过程中由生产原料带入的，主要是海绵钛的质量。要是想生产高纯度的工业纯钛钛锭，就得使用高纯度的海绵钛。在标准中，带ELI的牌号在这6个元素含量的最高值均低于不带ELI的牌号。这些标准的修改是参照国际上或者说是西方国家的标准（我们国家的标准正在努力向西方国家靠拢，因为我们国家的很多基础工业还是比他们落后一些，很多老标准都是沿袭前苏联的），特别是在杂质的含量以及室温力学性能上各牌号的指标和国际上，以及西方国家基本上保持一致。这个新标准主要是参照ISO（国际标准）外科植入物和美国ASTM材料标准（B265, B338, B348, B381, B861, B862, B863这七个标准）。并且与ISO和美国的ASTM标准相对应，例如TA1对应Gr1, TA2对应Gr2, TA3对应Gr3, TA4对应Gr4。这样有利于各个行业在选材和应用上明晰各国标准的参照，也有利于在技术和商贸上与国际上的交流。 表1 钛及钛合金牌号和化学成分

TA15钛合金高温变形行为研究

TA15钛合金高温变形行为研究 TA15钛合金的名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，属于高Al当量的近α型钛合金。该合金既具有α型钛合金良好的热强性和可焊性，又具有接近于α+β型钛合金的工艺塑性，是一种综合性能优良的钛合金，被广泛用于制造高性能飞机的重要构件。对金属热态加工过程进行数值模拟，需要确定材料对热力参数的动态响应特征，即材料的流动应力与热力参数之间的本构关系，这对锻造工艺的合理制定，锻件组织的控制以及成型设备吨位的确定具有科学和实际的指导意义。 中国船舶重工集团公司725所的科研人员以TA15合金的热模拟压缩试验为基础，研究了变形工艺参数对TA15合金高温变形时流动应力的影响，这些研究对制定合理的TA15合金锻造热加工工艺，有效控制产品的性能、提高产品质量提供了借鉴。 热模拟压缩试验所用材料为轧制态Φ55mmTA15合金棒材，相变点为995±5℃，将该棒料切割加工成Φ8mm×12mm的小棒料进行试验。研究结果表明：（1）TA15合金在高温变形过程中，流动应力首先随应变的增大而增加，达到峰值后再下降，最后趋于稳定值。同一应变速率下，随着变形温度的升高，合金的流动应力降低；同一变形温度下，随着应变速率的减小，合金的流动应力减小。（2）TA15合金属于热敏感型和应变速率敏感型材料。应变速率较小时，变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较小；应变速率较大时，变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较大。变形温度较低时，应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较大；变形温度较高时，应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较小。（3）建立了TA15合金高温变形时的流动应力本构方程，经显著性检验和相关系数检验，证明所建立的方程具有较好的曲线拟合特性，方程的计算值与实验数据吻合较好。

超塑性在钛合金压力加工的应用

超塑性在钛合金压力加工的应用 班级：成型1104 姓名：王凯学号：20110408 钛合金由于具有比强度高、耐热、耐腐蚀等优良性能，在航空航天、化工、船舶、医疗等部门得到广泛的应用，但其切削加工性能差，特别是制成像飞机结构件那样形状复杂的零件，成品率很低。近年发展起来的超塑成形技术，改善了钛合金难以成形的状况，因而充分发挥了钛合金的优势。超塑性钛合金正以它们优异的变形性能和材质均匀等特点，在航空航天以及汽车的零部件生产、工艺品制造、仪器仪表壳罩件和一些复杂形状构件的生产中起到了不可替代的作用。 所谓超塑性是指材料在一定的内部（组织）条件（如晶粒形状及尺寸、相变等）和外部（环境）条件下（如温度、应变速率等），呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。根据金属材料的结构和变形条件（温度、应力），可将超塑性合金大致划分为3大类。第一类是微晶超塑性合金。这种合金产生超塑性的条件是：变形温度要高（大约是熔点绝对温度的0.4倍～0.7倍）；变形速度要低（应变速率ε?在10－4s-1～10－1s-1之间）；材料的晶体结构应为微细晶粒（晶粒尺寸在0.5μm～5μm之间）。一般所指超塑性多属这类超塑性，其特点是材料具有微细的等轴晶粒组织。第二类是相变超塑性合金，亦称转变超塑性或变态超塑性。这类超塑性，并不要求材料有超细晶粒，而是在一定的温度和负荷条件下，经过多次的循环相变或同素异形转变获得大延伸。第三类超塑性（或其它超塑性）：在消除应力退火过程中在应力作用下可以得到超塑性。 由于钛合金在超塑状态具有异常高的塑性，极小的流动应力，极大的活性及扩散能力，可以在很多领域中应用，包括压力加工、热处理、焊接、铸造、甚至切削加工等方面。本文只涉及超塑性在压力加工方面的应用和相变超塑性在焊接方面的应用。 1.超塑性在压力加工方面的应用 金属超塑性压力加工技术系指某些合金经特殊处理得到微细组织状态后，在一定温度和一定变形速度下变形获得异常高的可塑性能的技术。它属于粘性和不完全粘性加工。超塑性合金的变形抗力非常小，通常只有一般金属的几分之一，甚至几十分之一，因此大大减小了成形压力。利用这一特点可以一次直接成形各种形状复杂、变形量很大、薄壁等用其它方法难以成形的零件，并且可以大大缩短工艺过程、节约能源。超塑性成形的方式有气压成形、液压成形、挤压成形、锻造成形、拉延成形、无模成形等多种方式。其优点是流动性好，填充性好，需要设备功率吨位小，材料利用率高，成形件表面精度质量高。相应的困难是需要一定的成形温度和持续时间，对设备、模具润滑、材料保护等都有一定的特殊要求。 近几十年来，金属超塑性加工（如等温锻造）已在工业生产领域中获得了较为广泛的应用。等温锻造由于加工工序少、能获得近净形形状以及有效控制组织结构等优点而日益成为航空航天等领域钛合金零部件制备的优选工艺。美国在20世纪70年代就已把等温锻造工艺应用于航天飞机发动机涡轮盘的生产。20世纪80年代初，国内也开始了超塑等温锻造工艺的研究，但多为小型锻件[1]。 1.1 超塑性钛合金的应用 钛合金原本是一种很难变形的合金，它在常温下的最大延伸率只有30％左右。过去，在利用钛合金加工形状复杂的零件时，往往采用“蠕变加工法”，其变形过程需要1h以上。改用“超塑性成型”，制造任何形状复杂的钛合金零件一般都不会超过8min，生产效率明显提高。目前 SPF 部件大多由 Ti6Al4V 合金板制备，成型温度900℃左右[2]。900℃～950℃下，成形压力约1.75MPa 时，可成功地超塑成形出Ti6Al4V 环形气瓶[3]， 另外还可超塑成形制备形状复杂的空心近净型件，如多层蜂窝结构[4]。TC11压气机盘的超塑

钛合金在多领域的应用与发展

上海大学 本科生课程论文论文题目：钛合金在多领域的应用与发展 课程名称： 课程号： 学生姓名： 学生学号： 所在学院：材料科学与工程学院 日期：2015.05.24

摘要：钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。本文综述了钛合金在航空航天飞行器、热氢处理、发动机、高温钛合金、生物医用材料等方面的应用与发展。 关键词：钛合金；航空；氢；发动机；生物医用材料 钛合金在航空方面的应用与发展 钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点。从20世纪50年代开始,钛合金在航空航天领域中得到了迅速的发展。钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一,可以减轻飞机的重量,提高结构效率。在飞机用材中钛的比例,客机波音777为7%,运输机C-17为10.3%,战斗机F-4为8%,F-15为25.8%,F-22为39%。 高性能航空发动机的发展需求牵引着高温钛合金的发展,钛合金的使用温度逐步提高,从20世纪50年代以Ti-6Al-4V合金为代表的350℃,经过IMI679和IMI829提高到了以IMI834合金为代表的600℃。目前,代表国际先进的高温钛合金有美国的Ti-6242S,Ti-1100,英国的IMI834,俄罗斯的BT36以及中国的Ti-60。表2为600℃主要高温钛合金的成分及性能特点。 Ti-6242S(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)钛合金是美国于20世纪60年代为了满足改善钛合金高温性能的需要,特别是为了满足喷气发动机使用要求而研制的一种近α型钛合金。合金的最高使用温度为540℃,室温的σb=930 MPa。特点是具有强度、蠕变强度、韧性和热稳定性的良好结合,并具有良好的焊接性能,主要应用于燃气涡轮发动机零件,发动机结构板材零件,飞机机体热端零件。 BT36(Ti-6.2A1-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-0.1Y-5.0W-0.15Si)合金是俄罗斯于1992年研制成功的一种使用温度在600～650℃的钛合金。合金中加入了5%W和约0.1%Y。加入W对提高合金的热强性有明显作用。加入微量Y可以明显地细化合金的晶粒,改善了合金的塑性和热稳定性。 Ti60(Ti-5.8 Al-4.8 Sn-2.OZr-1.0 Mo-0.35Si-0.85Nd)合金由中国科学院金属研究所在Ti55合金基础上改型设计、宝鸡有色金属加工厂参与研制的一种600℃高温钛合金。Ti60合金的特点之一是合金中加入了1%Nd(质量分数),通过内氧化方式形成富含Nd、Sn和O的稀土相,降低基体中的氧含量,从而起到净化基体,改善合金热稳定性的作用。Ti60合金已进行了半工业性中试试验(包括压气机盘模锻)和全面性能测定。 根据国内外研究现状,未来高温钛合金的发展趋势是:(1)研制600℃以上的新型高温钛合金。可对现有高温钛合金的成分进行调整,改进加工工艺,或研发新的高温钛合金,提高高温钛合金的使用温度。(2)稀土元素在高温钛合金中的作用尚待进一步研究。我国研制的含稀土元素的高温钛合金其使用温度已达到600℃,其各项性能显示均为良好。但稀土元素在合金

文献翻译-钛合金相变超塑性连接技术研究

外文资料翻译 Transformation Super plasticity of Titanium Alloy Technology Research Connection The outstanding characteristic of titanium is its high specific strength and excellent corrosion resistance, while at the same time has good heat resistance and low temperature performance, and practical application of a wide range. As long as the materials properly, not only can greatly increase the effectiveness of equipment, but also can bring significant economic benefits. In regard to corrosion resistance, titanium alloys in oxidizing and neutral media is extremely stable, the corrosion rate in sea water is far below the stainless steel, compared with platinum, it is suitable for the petroleum, chemical, electric power, metallurgy, agricultural chemicals, paper-making, shipbuilding, food and medical applications and health departments. Due to the characteristics of titanium alloy with the above, it is particularly suitable for aircraft and spacecraft materials design is required. Aviation Industry Development and Application of titanium alloys is the first sector. The beginning of the fifties, the United States succeeded in the use of a titanium aircraft, although at the time of each aircraft being used for only 1% the weight of the structure of titanium, but titanium has opened up applications in the aviation industry in the broad road. Now, the titanium in the world has been widely used, small screws, nuts, such as connectors, up to the fuselage frame, every other frame, such as structural parts, and even more than 6 meters long, weighing two tons of the main support beam of the landing gear. For high-speed fighters, as a result of high-speed and high maneuverability, the aircraft structure as far as possible the requirements of light, heat capacity at the same time; practice has proved that titanium is the most appropriate material. Titanium is the world's recognized difficult-to-machine materials, but the

钛合金超塑性研究及应用现状

文章编号:100321545(2004)0620034205 钛合金超塑性研究及应用现状 李　梁,孙建科,孟祥军 (洛阳船舶材料研究所,河南　洛阳　471039) 摘　要:本文对钛合金超塑性研究和应用进行了综述,并对钛合金超塑性的发展方向进行了展望。关键词:钛合金;超塑性;超塑性成形;应用中图分类号:TG 146.23 文献标识码:B 收稿日期:2004203224 作者简介:李梁,男,1979年生,洛阳船舶材料研究所硕士研究生。 金属的超塑性是指材料在一定的内部条件 (如晶粒形状、尺寸和相变等)和外部条件(如温度、应变速率等)下,呈现出异常低的流变抗力及异常高的流变性能(例如百分之几百以上的伸长率)的现象。金属材料的这种物理现象最早见报道是在1920年[1]。 从20世纪60年代起,世界各国在超塑性材料、力学、机理和成形等方面进行了大量的研究,并初步形成了比较完整的理论体系。特别值得注意的是,近几十年来金属超塑性已在工业生产领域获得了较为广泛的应用。一些超塑性的Zn 合金、T i 合金、Al 合金、Cu 合金以及黑色金属等以其优异的变形性能和材质均匀等特点,在航空航天以及汽车的零部件生产、工艺品制造、仪器仪表壳罩件和一些复杂形状构件的生产中起到了不可替代的作用[2,3]。本文着重对钛合金超塑性及应用情况作以综述。 1　钛合金超塑性的研究概况 钛合金由于比强度高、抗疲劳、耐腐蚀,能在 600℃左右温度下使用,在常温下化学稳定性良好,在航空、航天、化工等工业中的应用不断扩大。但是,钛合金的屈强比高,弹性模量低,在加工后易产生各向异性及回弹。因此,各国对钛合金超塑性进行了深入研究,包括机理、成形条件、模具、模具材料和加工方法等。 超塑性合金在拉伸时,呈现无缩颈的超塑性变形,应变硬化可忽略不计,其变形应力主要依赖 应变速率的变化,两者之间有下列关系: σ=K ??ε m 式中σ为流动应力;?ε为应变速率;K 为与材料成分、结构及试验温度有关的常数;m 为流动应力的应变速率敏感性指数。 对—般金属及合金,m ≤0.3;对超塑性材料,m >0.3,一般在0.3～0.8之间,某些情况下接近于1。即使是同一合金,m 也会由于温度、应变速率和晶粒不同而变化。 表1列出了国际上一些钛合金的温度、应变 速率、m 和伸长率δ等超塑性特性[4～6] 。由表1可以看出,超塑性特性最好的是α+β型钛合金,α型和β型钛合金稍差。因为α+β型钛合金为两相合金,晶粒本来就细小,在超塑性加工过程中两相相互制约,晶粒难以长大,细晶粒能长时间保持下来,利于超塑性变形。相反,α型和β型钛合金的晶粒不能细化,且α型钛合金中不存在有助于 提高超塑性的β相。 β型钛合金中,由于不存在α相,β相晶粒可迅速长大。 赵林若[7]提出了α+β两相钛合金的超塑性流变微观机制。认为:(1)流变性好的β相以扩散蠕变(低?ε)和位错蠕变(高?ε)为主,其中β/β晶界过程相对并不重要,蠕变结果将改变晶粒的形态; (2)α相变形以α/α晶界滑动为主,并通常由扩散和位错运动共同协调,参与协调的滑移系统与变形条件有关,晶界滑动变形使α晶粒保持着等轴形态;(3)α和β两相之间的流变协调主要由α/β相界的迁移完成,这一过程虽对宏观应变的直接

钛合金表面处理

钛合金表面处理 引言 钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素发生反应，在铸件表面形成表面污染层，使其优良的理化性能变差，硬度增加、塑性、弹性降低，脆性增加。 钛的密度小，故钛液流动时惯性小，熔钛流动性差致使铸流率低。铸造温度与铸型温差(300℃)较大，冷却快，铸造在保护性气氛中进行，钛铸件表面和内部难免有气孔等缺陷出现，对铸件的质量影响很大。 因此，钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要，由于钛的独特的理化性能，如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低，粘性大，电导率低、易氧化等，这对钛的表面处理带来了很大的难度，采用常规的表面处理方法很难达到理想的效果。必须采用特殊的加工方法和操作手段。 铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面，减少食物及菌斑等的积聚和粘附，维持患者的正常的口腔微生态的平衡，同时也增加了义齿的美感；更重要的是通过这些表面处理和改性过程，改善铸件的表面性状和适合性，提高义齿的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。 一、表面反应层的去除 表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素，在钛铸件研磨抛光前，必须达到完全去除表面污染层，才能达到满意的抛光效果。通过喷砂后酸洗的方法可完全去除钛的表面反应层。 1. 喷砂：钛铸件的喷砂处理一般选用白刚玉粗喷较好，喷砂的压力要比非贵金属者较小，一般控制在0.45Mpa以下。因为，喷射压力过大时, 砂粒冲击钛表面产生激烈火花，温度升高可与钛表面发生反应,形成二次污染，影响表面质量。时间为15~30秒，仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和氧化层即可。其余的表面反应层结构宜采用化学酸洗的方法快速去除。 2. 酸洗：酸洗能够快速完全去除表面反应层，而表面不会产生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于钛的酸洗，但 HF—HCl系酸洗液吸氢量较大，而HF—HNO3系酸洗液吸氢量小，可控制HNO3的浓度减少吸氢，并可对表面进行光亮处理，一般HF的浓度在3%~5 %左右，HNO3的浓度在15%~30%左右为宜。 二、铸造缺陷的处理 内部气孔和缩孔内部缺陷：可等热静压技术(hot isostatic pressing)去除, 但

钛及钛合金力学性能

钛及钛合金力学性能 ，物理性能，以及相关介绍等 一。以下是个人对外六角螺栓和内六角螺栓使用情况的一点小总结，请参考俺的个人观点： 1。内六角的螺栓,适用于结构空间小,或者要求上平面是平面的情况下。 结构空间小，活动扳手占空间大,所以不能用，只能使用内六角螺栓，方便装卸。 产品要求安装后上平面是平面的情况下，主要适用于精密仪器/设备，一些设备要求安装后平面度的，或者要求整体产品外观良好，或者要求产品安装后上平面必须平，以此来避免挡碍的情况下需要使用内六角螺栓。 2。其他情况下，均建议用外六角螺栓。 3。从成本上考虑，用外六角螺栓，从外观效果上考虑，用内六角螺栓。 4。我们单位一般情况下，将内六角螺栓翻译为内六角螺钉，呵呵，请大家参考，也就是说一般意义上的内六角螺栓=内六角螺钉。当然，德标DIN和ISO 的标准正规些。 现在市场上的该类紧固件都在努力向DIN和ISO标准上靠拢。 二。钛及钛合金 钛及钛合金是导弹上重要结构材料之一。钛的密度为.507g/cm3,介于铝、铁之间。钛的熔点为1668℃比铁的熔点还高，能在高温下工作，耐热性能远超过铝。钛在含氧环境中易形成一层薄而坚固的氧化物薄膜。这层膜和基体结合牢固致密，破坏后还能自愈合，从而起到保护作用。 a.型钛合金

这类合金不能通过热处理强化，一般在退火状态下应用。它的特点是具有良好的耐热性和组织稳定性，低温性能优于其它类型钛合金。缺点是对变形抗力大，常温下强度不够高。 这类合金的牌号有TA1，…，TA7，TA8，其中TA1～TA3为工业纯钛； TA4，TA5，TA6属Ti-Al二元合金；TA4用作焊丝；TA5、TA6可用于一般结构件或耐蚀结构件；TA7是常用的典型型合金。 b.型钛合金 这类合金可通过淬火和时效得到强化，其优点是固溶处理状态下塑性很好，易加工成形，在时效状态下强度高。缺点是弹性模量低，耐热性差，焊接性能差，低温塑性不如型合金。 常用牌号为TB2，它可用于整体式固体火箭—冲压发动机的燃气发生器。 c.（+）型钛合金 这类合金的中国产品的牌号有TC1，…，TC4，…，TC10等品种，其中TC1和TC2为低强钛合金，TC3、TC4为中强钛合金，TC10属高强钛合金，TC6，TC9和TC11则属高强耐热钛合金。这类合金兼备钛合金和钛合金的优点。导弹上使用最多的是TC4（Ti-6Al-4V）钛合金，导弹上广泛的采用TC4钛合金制作高压气瓶，受力较大的杆式焊接支架，舵轴以及在较高热环境下工作的结构件，也可用作固体发动机壳体，压气机盘，叶片等。 (3)结构复合材料 复合材料是由两种或两种以上的性状不同的材料经选择、设计、成型而得到的一种宏观多相新材料。其组分可包括金属、非金属等各种材料，按作用又可分为基体材料和增强材料两部分。 三。钛及钛合金力学性能 牌号室温力学性能，不小于高温力学性能，不小于 抗拉强度σbMPa屈服强度σ0.2

金属材料工程综合性设计性实验报告

金属热处理综合性、设计性实验报告课题名称：45号钢正常淬火与回火专业:金属材料工程 班级: 3班 姓名：訾春雨 学号：０9０702４３08 指导教师:马臣

实验地点:佳木斯大学金属材料教研室 实验课题名称:4５号钢的淬火与回火 实验课题目的:对比在不同温度下对４５号钢进行淬火，回火实验。后的组织及其硬度HＲC之间的影响 实验组成员: 组长:陈伟强 组员：訾春雨 霍长亮 孙国威 刘继宗 王晓旭 杨建

一、实验目的 通过选材，测试原材料硬度，设计热处理工艺，进行热处理(淬火，回火)，测试处理后材料硬度，制备金相组织，在显微镜下进行观察。研究组织构成，分析材料成分、性能、热处理工艺组织结构之间的关系。培养综合分析能力。 二.实验设备 砂轮机,火花图谱，热处理中温炉5台，高温炉１台,金相磨抛光机４台,金相显微镜３台,布氏硬度计１台,洛氏硬度计3台,盐水1桶，机油1桶。金属材料试件（5种) 三．实验步骤 1．材料选择： 拟制造零件：拖拉机传动轴、活塞销、收割机刀片、锉刀、滚动轴承等。 根据零件挑选试样,后用砂轮机磨试样，观看活化形貌,对照火花图谱，鉴别材料。 材料牌号判定结果：4５号钢 2．试样力学性能测定: 3．设计热处理工艺: 根据材料牌号,计划用于制造活塞销零件。采用回火工艺,零件硬度要求达到5０-65ＨRC 查表制定热处理工艺。 淬火温度:800℃ 保温时间：t=KD K=1.0min/ｍm D为零件直径t＝1×30=30分钟 淬火介质：水 回火温度：４００℃ 回火时间：240分钟 画出热处理工艺

4．热处理试验: 将淬火炉 炉温升到8００℃ 回火炉 炉温升到４00℃、放入工件，保温６0分后，进行淬火和回火。 5．热处理后材料硬度测试: 用ＨR150洛氏硬度计测量淬火,回火后试样硬度。 测试淬火后硬度值：56.4ＨRC 回火后硬度值：３1．2ＨRC- 6．制备金相试样: 通过磨平、粗磨、抛光、腐蚀与吹干等制样步骤，制备金相试样。(写明过程） 1.取样 用金相切割机或线切割机床截取，切割时要用水冷却，以免试样受热引起组织变化纵向取样,大小通常一般为φ1２×15mm 圆柱体 ２．磨光 目的是得到一个平整光滑的表面。磨光分粗磨和细磨。 粗磨：一般材料可用砂轮机将试样磨面磨平；要倒角倒边。 细磨:目的是消除粗磨留下的划痕，为下一步的抛光作准备，细磨又分为手工细磨和机械细磨。 手工细磨：选用不同粒度的金相砂纸(１８0、240、４00、600、８０0),由粗到细进行磨制。磨时将砂纸放在玻璃板上,手持试样单方向向前推磨，切不可来回磨制，用力均匀，不宜过重。每换一号砂纸时,试样磨面需转90°,与旧划痕垂直，以此类推,直到旧划痕消失为止。试样细磨结束后,用水将试样冲洗干净待抛。 ３．抛光 目的是去除试样磨面上经细磨留下的细微划痕,使试样磨面成为光亮无痕的镜面。此次使用的是机械抛光。 机械抛光在金相抛光机上进行。抛光时，试样磨面应均匀的轻压在抛光盘上。并将试样由中心至边缘移动。并做轻微移动。在抛光过程中要以量少次数多和由中心向外扩展的原则不断加入抛光微粉乳液,抛光应保持适当的湿度,因为太湿降低磨削力，使试样中的硬质相呈现浮雕。湿度太小,由于摩擦生热会使试样生温,使试样产生晦暗现象，其合适的抛光湿度是以提起试样后磨面上的水膜在3~５秒钟内蒸发完为准。 抛光压力不宜

钛合金塑形成型

钛合金塑性成形 1引言 钛合金是20世纪50年代发展起来的一种重要的金属结构材料,钛及其合金因其强度高、耐高温、使用温度范围宽(-269~600℃)而成为宇航工业的理想材料。航空航天领域使用钛合金占据了钛合金50%的市场份额;钛合金具有良好的耐腐蚀性,是航海、石油、化工、医药等行业的理想材料;钛合金因其形状记忆功能(如Ti-N,i Ti-Ni-Fe等),可用于卫星和飞船的天线、宇航系统的油管密封和其它自控装置;钛合金的无磁性,钛铌合金的超导性,钛铁、钛美合金的储氢能力使其在高技术和尖端科学方面也发挥着重要作用。[1]钛合金的组织和性能对变形时的加热工艺参数比较敏感,因而其适合的加热工艺参数范围较狭窄,用一般的锻造方法难以获得理想的微观组织和性能。研究钛合金在锻造成形过程中的变形规律,对获得理想的锻件有重要作用。根据预定的工艺参数,模拟产品的热成形过程并预报其微观组织和力学性能,是生产技术中要解决的主要问题。 2钛合金塑性成形有限元法 钛合金锻造成形时伴随着很大的材料流动,小变形理论误差很大,弹性变形占整体变形的比例很小,所以进行锻造成形计算机模拟时不但可以采用大变形弹塑性有限元法,还常常采用刚塑性有限元法和刚粘塑性有限元法。刚塑性有限元法不考虑弹性变形,对于大变形体积成形工艺计算速度快,很受欢迎。刚粘塑性有限元法同样也不考虑弹性变形,但考虑应变率效应,适合热加工成形和超塑性成形。在钛合金塑性变形过程中,塑性变形功、工件和模具接触面上的摩擦功不断地转化为热量,使得工件和模具内的温度场发生变化;温度场的变化又反过来影响工件的变形。因此,在对锻造成形过程进行工艺模拟时,就需要在变形和温度场之间进行耦合分析,同时考虑工件的塑性变形及工件、模具、环境三者之间的热交换。对于钛合金体积成形过程,一般采用刚塑性或刚粘塑性有限元法进行模拟。利用钛合金的塑性性质对其进行加工使其满足需要的过程存在几何非线性、物理非线性和边界非线性。对钛合金塑性成形问题进行精确求解非常困难,甚至是不可能的。目前,应用更多的是近似方法,如主应力法、滑移线法、上下限法等,在这些近似研究方法中,需要做出较多的简化和假设,以便使问题能够求解,从而导致所得到的不少结果和实际情况相去甚远,无法满足理论分析和工程实际的需要。 [2]随着计算机技术和塑性力学理论的发展,塑性有限元法已经成为模拟分析塑性成形过 程的有力工具,也成为应用最广泛的数值分析方法。 目前研究的固体型塑性有限元法,包括小变形和大变形弹塑性有限元法。弹塑性有限元法最早是由Marcal等提出的,它同时考虑弹性变形和塑性变形,弹性区采用Hook定律,塑性区采用Ruess方程和Mises屈服准则。采用弹塑性有限元法分析金属塑性成形过程,不仅能按照变形路径得到塑性区的变化,而且能够有效地处理卸载问题,计算残余应力和残余应变,从而可以进行回弹计算以及缺陷预测分析。但是,弹塑性有限元法由于要考虑变形历史的相关性,须采用增量加载,在每一步增量加载中,都须做弹性计算来判断原来处于弹性区的单元是否已经进入屈服,对进入屈服后的单元就要采用弹塑性本构关系,从而改变单元刚度矩阵。为了保证精度和解的收敛性,每次加载不能使很多单元同时屈服,这就使得每次 计算时的变形增量不能太大,所以对大变形问题计算时间较长,效率较低。 另一类是流动型塑性有限元法(Flow Formula-tion),包括刚塑性有限元法和刚粘塑性有限元法。Kobayashi等针对弹塑性有限元法存在的问题提出了所谓“矩阵法”的刚塑性有限元法,用来分析金属塑性成形问题。刚塑性有限元法每次的增长步长比弹塑性有限元法的大一些,但在每一增量步长比弹塑性有限元法的大一些,但在每一增量步中,材料仍然处于小变形状态下,由于下一次的计算是在累加以前变形后的几何形状及硬化基础上进行的,故刚塑性有限元法具有应力计算无累计误差,计算时间短,能适应多种材料硬化模型,动态边境处理较容易等优点。[3]但由于刚塑性有限元法所采用的模型忽略了弹性变形部分,故不能计算回弹量、

高温钛合金

高温钛合金性能要求 请帮忙推荐满足以下条件的高温钛合金，可以是一种合金同时满足4个温度条件的使用，也可是每个温度条件使用不同的合金。 性能要求如下： （1）常温塑性≥5%。 （2）高温性能 分别在550℃、600℃、650℃、700℃下满足σb≥520MPa，σ0.2≥420 MPa。 （3）持久性能 应力为450 MPa，分别在550℃、600℃、650℃、700℃下保持0.5h/1h/2h 不断。 （4）蠕变性能 应力为450 MPa，分别在550℃、600℃、650℃、700℃下， 保持0.5h，残余变形量≤1.6%； 保持1h，残余变形量≤3%； 保持2h，残余变形量≤5%。 一、目前已有的高温钛合金 （1）名义成分

600℃高温钛合金的室温力学性能 600℃高温钛合金的高温力学性能（600℃） 600℃高温钛合金的蠕变性能（600℃） 600℃高温钛合金Ti-600合金的持久性能（φ14mm棒材） 600℃高温钛合金Ti-600热稳定性能（φ14mm棒材）

550℃高温钛合金的力学性能 * 540℃，300MPa，100h应力热暴露后室温拉伸性能； ** 试验条件：540℃，300MPa，100h，ε≤0.1%。 *** TTi-53311S合金550℃，100h，302.1MPa蠕变残余变形，0.186% 二、现状 （1）应用现状 Ti-1100合金是在Ti-6242S合金成分的基础上，通过调整A1、Sn、Mo和Si元素的含量，Ti-1100合金已用于制造莱康明公司T55—712改型发动机的高压压气机轮盘和低压涡轮叶片等零件。 IMI829合金已用于RB211-535E4发动机的高压压气机，取代了RB211-535C上的镍基合金材料。IMI834合金已在多种发动机上得到了试验和应用，如波音777飞机选用的民用大型发动机Trent700（湍达）的高压压气机的所有轮盘、鼓筒及后轴，EJ200发动机的高压压气机转子也采用了IMI834合金。IMI834也正用于普惠公司的PW350发动机上。 俄罗斯推荐BT25Y用于航空发动机高压压气机450～550℃下使用的轮盘和转子叶片，推荐BT18Y用于550～600℃下使用的轮盘。BT36还没获得应用。 我国550℃下获得应用的钛合金有Ti-53311S（西北院），7715D（上钢），两合金均用于航天发动机；Ti-55（金属所）已在试车阶段（航空），Ti-633G（西北院）没获得应用。600℃的钛合金均在试验室研究阶段。 （2）未来发展 目前，现有钛合金的使用温度已基本达到其上限，600℃以上使用环境下，一是改变现有合金设计理念，重新设计合金；二是考虑使用镍基高温合金、Ti-Al金属间化合物。 Ti-Al金属间化合物有以α2为基的Ti3Al和以γ为基的TiAl，据称，Ti3Al基金属间化合物的使用温度在650℃以上，TiAl基金属间化合物的正常使用温度为700℃，短时可用到900℃。但Ti-Al金属间化