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钛设备加工技术之钛的应用领域
编辑:苏州春洪钛设备有限公司   时间:2017-04-06

 钛及其合金的应用 致密金属钛由于质量轻,钛设备加工比铝合金强度高,能在高温下保持比铝为高的强度而受到航空工业的高度重视。鉴于钛的密度为钢的57%,其比强度(强度/重量比或强度/密度比皆称比强度)高,抗腐蚀、抗氧化、抗疲劳能力均强,钛合金的3/4用作以航空结构合金为代表的结构材料,1/4主要用作耐蚀合金。 

 钛合金有低强高塑性、中强和高强之分,为200(低强)~1300(高强)兆帕,但大体上可以把钛合金看作是高强合金。它们比被认为是中强的铝合金的强度为高,在强度上已完全可以取代某些型号的钢材。与铝合金在150℃以上的温度下强度迅速下降相比,某些钛合金在600℃仍能保持良好的强度。 

 除强度外,按用途还可分为耐热、耐蚀、低温及特殊功能(如TiNi形状记忆合金、TiFe贮氢合金)等钛合金,按相组成可分为α、α+β和β 及近α、亚稳定等数种类型。至今投入生产的合金牌号已超过100种,工业上广泛应用的只有10余种。其中作结构合金用的Ti-6Al-4V在钛合金的整个销售市场中占60%,居主导地位,其次是Ti-5Al-2.5Sn,它的长期工作温度可达500℃(强度为780~980兆帕)。 但是,钛有两个主要因素使这个资源丰富的元素不能成为常用金属。首先是成本。按美国的市场价格,每磅(1磅=0.45千克)钛锭坯8~12美元,铝锭为1.00~1.30美元/磅,碳素钢为0.20~0.40美元/磅。但主要因素是钛本身的活性极强,很难处理。炉内气氛必须严格控制,焊接须在惰性气氛内进行。金属钛的活性高、热导率低、变形抗力大、常温可塑性差,变形过程中不但易与模具粘结,特别在机加工时有刀具和磨料粘结到热的加工表面的倾向,使标准结构件的制造产生大量废钛屑,即所谓的残钛。一般锻造钛锭加工可产生70%的残钛,有时这一数字可高达90%。 

 为减少过高成本造成的负担,一方面发展了残钛处理工艺,另一方面开发了近净成形、超塑成形、精密铸造和粉末冶金以及热等静压与扩散连接等高新技术。比如通过制粉、成型、烧结或热等静压固结方法加工而成的粉末冶金制品为近净成形件,材料利用率高达80%,既降低了材料消耗,又明显减少了切削加工量。又如大型薄壁精密铸造技术在钛合金中的应用,使钛铸件性能接近钛锻件,而成本降低50%左右。 钛及钛合金的主要消费领域首先是航空工业。20世纪80年代,美国航空工业用钛占钛材总用量的74.8%,俄罗斯、英国等也主要用于航空工业,日本90%的钛材用于民用工业。近年来,钛材在非航空航天工业中的应用不断增加,航空航天仍居“主打”地位。从1952年钛在道格拉斯DC-7班机上用作发动机短舱和隔火壁开始,至今许多飞机的结构件均已使用钛合金制造。在波音757、超音速SR-71黑鸟、F-22喷气战斗机、空间卫星和导弹上,钛设备加工都起到极为关键的作用。如飞机内的风扇圆盘、发动机叶片等均为钛铸件和锻件制造。 

 钛的第二项应用领域则与利用其抗蚀能力相关。其中用量最大是作氯碱生产的电极材料。钛阳极使用寿命为石墨阳极的10倍,使产能提高近1倍,节电15%。年产1万吨苛性钠,约需5吨钛。


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