1、鋁合金條板板寬100,間距60是什麼意思
就是鋁合金板有100的寬度,每隔60放一個鋁合金板
2、鋁合金平開門寬最好不要超過多少
一般的平開門,多是80乘以200的門,這樣的門適用,簡單。
一般門超過1.2M就不是很好了。。
3、鈦合金(TA、TC、TB)鑄造性能闡述
鈦及鈦合金鑄件鑄造生產工藝
鈦及鈦合金具有密度低,比強度高,耐腐蝕,線脹系數小,生物相溶性好等優異性能,在航空、航天、遠洋運輸、化工、冶金、醫療衛生等行業中都是不可缺少的結構材料。工業上最初應用的鈦及鈦合金製件都是變形件,隨著其用量的增多和應用范圍的擴大,變形反映出機械加工量大,材料利用率低,生產成本高等弊端,於是鑄造技術由此發展起來。鈦鑄造是比較經濟且又容易實現的近成形工藝。鈦及鈦合金在熔融狀態下具有高化學活性,要與常用的各種耐火材料發生化學反應,熔煉和鑄造成形難度很大,必須有其專用的造型材料和造型工藝以及專用的熔煉與鑄造設備。
一)熔煉工藝:
我國的鈦鑄造90% 以上熔煉與鑄造設備都採用真空自耗電極電弧凝殼爐加離心鑄造。坩堝採用水冷銅坩堝,鈦液的最大澆注量為500 kg。
自耗電極電弧熔煉法是以鈦或鈦合金製成的自耗電極為陰極,以水冷銅坩堝為陽極;大電流熔煉,鈦電極的熔化速度遠遠大於鈦的凝結速度,熔化了的電極以液滴形式進入坩堝,形成熔池;熔池表面被電弧加熱,始終呈液態,底部和坩堝接觸的四周受到循環水強製冷卻,產生自下而上的結晶。這種方法具有結構簡單、維持費用低、大型化容易等優點,缺點是澆注溫度難以調節和控制,一停弧後,金屬液必須在3~5秒內全部從坩堝倒出,否則溫度急劇下降,金屬液過熱度不高,使得液體流動性和補縮能力較差。自耗電極電弧熔煉對電極的質量要求很高,要求電極內部組織緻密。熔煉過程中危險性較大,稍微操作不慎將會出現電弧損壞坩堝,造成坩堝外壁強製冷卻的循環水進入坩堝,污染鈦液,水蒸氣損壞真空泵系統。
二)鑄造型腔工藝:
鈦合金鑄造的造型工藝主要有金屬型、機加工石墨型、金屬面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼。
1)金屬型
金屬型在鈦合金鑄造領域中,用作鑄型的金屬材料主要有銅、鋼、鑄鐵、鎢、鉬等,與石墨加工型一起統稱為硬模系統。由於存在著工藝上的分型等難點,這種方法很難製造出復雜形狀的鈦鑄件,而大多隻在特定的鑄件上使用。
2)石墨型
機加工石墨型強度高,退讓性不好,對液態鈦要產生激冷,常使鑄件表面產生裂紋和冷隔,生產成本高、生產周期長。石墨孔隙較大,容易吸潮,所以機加工石墨型使用前必須進行除油、除氣處理,否則鑄件表面氧化現象嚴重。鑄件尺寸比較大,壁比較厚(≥5mm),形狀簡單,所需數量只有一件或幾件。選擇機加工石墨型。
3)陶瓷型
(1)金屬面層陶瓷型殼採用難熔金屬鎢粉作為耐火材料,金屬鎢的熔點高,與鈦液接觸時化學穩定性好,但是鎢粉應具有較高的純度,雜質含量不能超過規定標准,否則將影響鈦鑄件的品質。鎢面層熔模型殼必需採用溶劑脫蠟,而且在特製的脫蠟槽中進行,對人體健康有很大的傷害,同時也污染環境。鎢面層型殼高溫焙燒必須在還原性氣氛下進行,脫蠟後沉積在型殼外貌上的模料灰分很難燒化,在澆注時很容易與液鈦反應,在鑄件外貌形成氣孔。塗料漿工藝性能不好,懸浮性差,塗料漿壽命短,保存困難,價格昂貴。
(2)氧化物陶瓷型殼是將惰性氧化物做為面層型殼耐火材料。各種氧化物材料按其對熔融鈦合金的化學穩定性由低到高排列的順序如下:SiO2、MgO、Al2O3、CaO、ZrO2、Y2O3、ThO2。ThO2由於具有放射性已基本不用。CaO容易吸潮,所以阻礙了它的應用。現在,用作熔模鑄造型殼面層和鄰面層的材料主要是Y2O3、ZrO2。
未經穩定化處理的ZrO2不能做為鑄鈦的造型材料,因為它會發生同素異形體轉變,常溫下為單斜晶體,高溫下為四方晶體,溫度更高則轉變為立方晶體,單斜晶體轉變為四方晶體時,伴隨著9%左右的體積變化,使型殼發生開裂。通常採取向ZrO2 中加入4%~8%的CaO,經高溫電熔或煅燒後就可以得到穩定的ZrO2 固溶體(也有用Y2O3穩定),工業上大多採用電熔ZrO2。
Y2O3 同ZrO2 一樣,必須經過高溫穩定化處理後才能用作鈦合金造型材料。Y2O3 陶瓷型殼具有熱導率低、強度高等優點,澆注出的鑄件表面質量好,但Y2O3價格比較昂貴,來源困難。
我國的鑄鈦工業發展比較快,近幾年來新增加了一些鑄鈦生產廠。目前,全國的鑄鈦生產廠、研究所已經將近20 個,新增的鈦鑄造廠也都將產品定位在鈦熔模精密鑄件上,陝西錦瀚稀貴金屬有限公司常年與哈爾濱工業大學、西安交通大學、西北工業大學進行技術交流合作,致力於鈦、鎳、鋯及其合金的精密鑄件生產,形成以精密鑄造為主、機加工石墨型為輔的生產模式。
隨著鈦及鈦合金鑄造技術的發展和日益成熟,加上熱等靜壓(HIP)技術的誕生和在鈦合金鑄件方面的成功應用,較好的解決了鑄件的質量問題,提高了鑄件的可靠性。從20世紀80年代以後,鈦及鈦合金鑄件在航空、航天及其他方面的應用每年以20%的速度遞增。鑄造工藝方面,目前已經由單件鑄造發展到幾件或幾十件零件組合成的大型整體鑄件。應用范圍已經從早期的受力不大的非關鍵靜止結構件發展到成為航空發動機中的構件組成部分,完全取代了一些變形鈦合金、鋁合金、鋼件。
隨著航空發動機對推重比和剛度要求的提高,要求其中的一些關鍵鈦合金構件做成大型復雜薄壁的整件精鑄件。一些先進的航空大型渦輪發動機風扇機匣、中介機匣、前機匣、壓縮機機匣等都開始使用鈦合金精鑄件。大型客機的導風管、隔熱屏、支架、框架、耳軸、支撐架、剎車殼體、等也都以鈦合金精鑄件替代原來的構件。
軍用飛機方面,鈦合金鑄件的使用也逐步在增加,如:支座、框架、支架、制動勾、機翼上受力物件、方向舵轉動裝置支架、變速裝置殼件、吊架支撐附件等,實踐證實了鈦合金鑄件在飛機上的應用是成功、可靠的。不僅如此,在生產成本上,由於使用了鈦合金鑄件,使飛機的某些機構的設計、加工、緊固、裝配等都變得比原來未使用鈦合金鑄件時的機構簡化了,從而大大降低了飛機的製造成本。鈦合金鑄件在航天領域中主要用於導彈、太空梭飛船、人造衛星。其應用部位主要為:導彈殼體、尾翼、舵翼及連接座等,太空梭和飛船支架、框架、支座、附件、殼體等,由於鈦合金鑄件具有高的剛性、輕的重量和光學玻璃相當的熱膨脹系數,也應用於人造衛星及其他光學儀器的托框、基座、連結架以及殼體等。
鈦及鈦合金鑄件在日常工業生產方面也有著廣泛的應用領域。由於鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能,是化工及其他耐腐蝕工業的不可替代的材料。廣泛應用於化工、造紙、石油、制鹼、冶金、農葯等工業。主要應用產品是以工業純鈦和鈦—鈀合金為材質的鑄造鈦泵、鈦風機,各種不同類型的閥門,如:截止閥、球閥、旋塞閥、閘閥、蝶閥、止回閥等。
隨著人們生活水平的提高和對健康質量要求的提升,鈦合金以其高的疲勞強度,和人體超強的親和力等諸多優點,也被越來越多的用在醫療衛生領域。如:鑄造鈦合金髖關節修復件、膝關節修復件、人體假肢、口腔修復等等。運動器械領域鈦合金精密鑄件的用量非常巨大,如:自行車配件,高爾夫球頭。尤其是鈦合金高爾夫球頭市場容量最為巨大,但鑄造工藝比較復雜。
目前,鈦及鈦合金鑄件的使用范圍還在擴展,更多的應用領域也在相繼研究,但還存在著一些問題:1.合金品種少、牌號少,基本上常用的鈦合金都是工業純鈦鑄件和TC4合金鑄件。2.鑄件應用范圍小,大部分鑄件都用在了石油化工行業(工業純鈦鑄件),航空、航天領域應用很少,致使我國鈦鑄造工業的工藝和技術水平難以提高。3.造型工藝普遍落後,大部分廠家都是用石墨型造型工藝(機加工石墨型和搗實石墨型),而熔模精密鑄造應用很少。鑄造出的鑄件表面比較粗糙。4.熔煉設備基本上都為真空自耗電極電弧凝殼爐,熔煉過程危險性較高,熔化金屬液過熱度不高,造成鑄件表面易產生流痕、冷隔等缺陷,薄壁零件成形困難。
為改善我國鈦鑄造工業生產的落後狀態,提高我國鑄鈦工業的整體工藝和技術水平,還需進行以下幾方面的研究:1.改進現有的造型工藝,研究新的粘結劑和造型材料,簡化工藝,縮短生產周期,降低生產成本。2.研究和發展新的熔煉和鑄造設備及其技術,提高金屬液的過熱度,改善和提高鑄造鈦液的流動性和充型補縮能力,為研製大型復雜薄壁整體精鑄件創造有利條件。3.進一步擴大計算機模擬凝固技術在鈦合金鑄造中的應用,以提高鑄件質量,減小鑄件的廢品率。4.研究和發展鈦合金鑄件的各種熱處理工藝和熱化學處理技術,以改善鈦合金鑄件的微觀組織結構,提高鑄件的力學性能。5.熔模鑄造只能生產中小型鑄件,應尋求一種生產更大型、更凈形、更高效鑄件的造型工藝,提高鈦合金鑄件的生產能力。
4、鈦鋁合金的焊接的概述
純鈦是銀白色的金屬,它具有許多優良性能。鈦的密度為4.54g/cm3,比鋼輕43%
,比久負盛名的輕金屬鎂稍重一些。機械強度卻與鋼相差不多,比鋁大兩倍,比鎂大五倍。鈦耐高溫,熔點1942k,比黃金高近1000k,比鋼高近500k。
鈦屬於化學性質比較活潑的金屬。加熱時能與o2、n2、h2、s和鹵素等非金屬作用。但在常溫下,鈦表面易生成一層極薄的緻密的氧化物保護膜,可以抵抗強酸甚至王水的作用,表現出強的抗腐蝕性。因此,一般金屬在酸、鹼、鹽的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無恙。
液態鈦幾乎能溶解所有的金屬,因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中製得的鈦鋼堅韌而富有彈性。鈦與金屬al、sb、be、cr、fe等生成填隙式化合物或金屬間化合物。
鈦合金製成飛機比其它金屬製成同樣重的飛機多載旅客100多人。製成的潛艇,既能抗海水腐蝕,又能抗深層壓力,其下潛深度比不銹鋼潛艇增加80%。同時,鈦無磁性,不會被水雷發現,具有很好的反監護作用。
鈦具有「親生物「』性。在人體內,能抵抗分泌物的腐蝕且無毒,對任何殺菌方法都適應。因此被廣泛用於制醫療器械,制人造髖關節、膝關節、肩關節、脅關節、頭蓋骨,主動心瓣、骨骼固定夾。當新的肌肉纖維環包在這些「鈦骨」上時,這些鈦骨就開始維系著人體的正常活動。
鈦在人體中分布廣泛,正常人體中的含量為每70kg體重不超過15mg,其作用尚不清楚。但鈦能刺激吞噬細胞,使免疫力增強這一作用已被證實。
5、鈦鋁合金的性質
純鈦是銀白色的金屬,它具有許多優良性能。鈦的密度為4.54g/cm3,比鋼輕43% ,比久負盛名的輕金屬鎂稍重一些。機械強度卻與鋼相差不多,比鋁大兩倍,比鎂大五倍。鈦耐高溫,熔點1942K,比黃金高近1000K,比鋼高近500K。 鈦屬於化學性質比較活潑的金屬。加熱時能與O2、N2、H2、S和鹵素等非金屬作用。但在常溫下,鈦表面易生成一層極薄的緻密的氧化物保護膜,可以抵抗強酸甚至王水的作用,表現出強的抗腐蝕性。因此,一般金屬在酸、鹼、鹽的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無恙。 液態鈦幾乎能溶解所有的金屬,因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中製得的鈦鋼堅韌而富有彈性。鈦與金屬Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金屬間化合物。 鈦合金製成飛機比其它金屬製成同樣重的飛機多載旅客100多人。製成的潛艇,既能抗海水腐蝕,又能抗深層壓力,其下潛深度比不銹鋼潛艇增加80%。同時,鈦無磁性,不會被水雷發現,具有很好的反監護作用。 鈦具有「親生物「』性。在人體內,能抵抗分泌物的腐蝕且無毒,對任何殺菌方法都適應。因此被廣泛用於制醫療器械,制人造髖關節、膝關節、肩關節、脅關節、頭蓋骨,主動心瓣、骨骼固定夾。當新的肌肉纖維環包在這些「鈦骨」上時,這些鈦骨就開始維系著人體的正常活動。 鈦在人體中分布廣泛,正常人體中的含量為每70kg體重不超過15mg,其作用尚不清楚。但鈦能刺激吞噬細胞,使免疫力增強這一作用已被證實。
6、髖關節炎
病情分析:
髖關節炎表現為臀外側,腹股溝等部位疼痛,可放射至膝.具體有髖關節疼痛,腫脹,內部積水,軟骨磨損,骨刺增生,關節變形,髖的內旋和伸直活動受限,不能行走甚至卧床不起.我國人群中發生髖的骨性關節炎者較白種人為少.
指導意見:
1,非葯物治療
包括患者的健康教育,自我訓練,減肥,有氧操,關節活動度訓練,肌力訓練,助行工具的使用,膝內翻的楔行鞋墊,職業治療及關節保護,日常生活的輔助設施等等.歐美國家相當一部分患者通過以上治療可以減輕症狀,恢復正常生活和工作.我國在這一領域的投入和醫護人員的觀念還比較薄弱,今後加強這項工作的力度是各級醫務人員應該重視的.
2,葯物治療
(1)透明質酸鈉:為關節腔滑液的主要成分,為軟骨基質的成分之一,在關節起到潤滑作用,減少組織間的摩擦,關節腔內注入後可明顯改善滑液組織的炎症反應,增強關節液的粘稠性和潤滑功能,保護關節軟骨,緩解疼痛,增加關節的活動度.常於關節內注射,1次25mg,1周1次,連續5周,須嚴格無菌操作.
(2)氨基葡萄糖:為構成關節軟骨基質中聚氨基葡萄糖(GS)和蛋白多糖的最重要的單糖,正常人可通過葡萄糖的氨基化來合成GS,但在骨關節炎者的軟骨細胞內GS合成受阻或不足,導致軟骨基質軟化並失去彈性,膠原纖維結構破壞,軟骨表面腔隙增多使骨骼磨損及破壞.氨基葡萄糖可阻斷骨關節炎的發病機制,促使軟骨細胞合成具有正常結構的蛋白多糖,並抑制損傷組織和軟骨的酶(如膠原酶,磷脂酶A2)的產生,減少軟骨細胞的損壞,改善關節活動,緩解關節疼痛,延緩骨關節炎症病程.口服1次250~500mg,1日3次,就餐服用最佳.氨基葡萄糖的弱點是其單體不能促使人體軟骨再生.
(3)非甾體鎮痛抗炎葯:可抑制環氧化酶和前列腺素的合成,對抗炎症反應,緩解關節水腫和疼痛.可選用布洛芬1次200~400mg,1日3次;或氨糖美鋅1次200mg,1日3次;尼美舒利1次100mg,1日2次,連續4~6周.
3,手術治療
髖關節炎症狀十分嚴重,葯物治療無效的,且影響病人的日常生活,就應該考慮手術干預.但由於關節置換手術存在一定的近期和遠期並發症,如部件的松動和磨損,骨溶解,這些並發症目前還不能完全解決.由於人工關節置換的效果與手術時間的長短,醫師的經驗,病人術前的身體條件,圍手術期處理和康復訓練等因素密切相關.因此實施人工關節置換手術需要謹慎.
4,代替治療
鑒於目前的傳統治療大多著眼於緩解疼痛,不能改善關節內部的現狀,80年代開始,利用純天然鋸峰齒鮫,即大青鯊軟骨粉來治療髖關節炎,恢復人體已退化的關節軟骨的再生,已成為80年代之後各先進國家中全新的嘗試.在歐洲,鯊魚軟骨粉的萃取物已經被認定為關節炎葯品,美國OAM(代替醫療事務局)也把鯊魚軟骨粉當作代替醫療的一環進行研究和普及,而日本則選定專業公司提供臨床用品,作為代替醫療的一環廣泛運用於髖關節炎的臨床,並取得顯著成效,日本鯊魚軟骨普及協會甚至歸納出針對人體軟骨再生的最佳服用量為7.5g/天的統計數據.純天然鯊魚軟骨粉除了功效得到驗證之外,沒有副作用也是它的難得之處,代替療法的普及為人類徹底攻克髖關節炎帶來了全新的希望.
生活護理:
多曬太陽,注意防寒濕,保暖,使髖關節得到很好的休息.疼痛緩解後,每日平地慢走一兩次,每次20—30分鍾.盡量減少上下台階,彎腰,跑步等使關節負重的運動,避免,減少關節軟骨的磨損.補充關節營養物質,如上述提到的純天然鋸峰齒鮫軟骨粉,對恢復關節活力大有裨益.此外,選擇適宜適度的體操,強化關節周圍肌肉可以保證關節的安定性.
7、鈦合金的主要用途是什麼?
鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬,鈦合金強度高、耐蝕性好、耐熱性高。20世紀50~60年代,主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金。
70年代開發出一批耐蝕鈦合金,80年代以來,耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展。鈦合金主要用於製作飛機發動機壓氣機部件,其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件
發展歷史
鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬,鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用於各個領域。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性,相繼對其進行研究開發,並得到了實際應用。
第一個實用的鈦合金是1954年美國研製成功的Ti-6Al-4V合金,由於它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好,而成為鈦合金工業中的王牌合金,該合金使用量已佔全部鈦合金的75%~85%。其他許多鈦合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。
20世紀50~60年代,主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金,70年代開發出一批耐蝕鈦合金,80年代以來,耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展。耐熱鈦合金的使用溫度已從50年代的400℃提高到90年代的600~650℃。A2(Ti3Al)和r(TiAl)基合金的出現,使鈦在發動機的使用部位正由發動機的冷端(風扇和壓氣機)向發動機的熱端(渦輪)方向推進。結構鈦合金向高強、高塑、高強高韌、高模量和高損傷容限方向發展。
另外,20世紀70年代以來,還出現了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形狀記憶合金,並在工程上獲得日益廣泛的應用。
世界上已研製出的鈦合金有數百種,最著名的合金有20~30種,如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。
據相關統計數據,2012年我國化工行業用鈦量達2.5萬噸,比2011年有所減少。這是自2009年以來,我國化工用鈦市場首次出現負增長。近些年來,化工行業一直是鈦加工材最大的用戶,其用量在鈦材總用量的佔比一直保持在50%以上,2011年佔比高達55%。但隨著經濟陷入低迷期,化工行業不但新建項目明顯減少,同時還將面臨產業結構調整,部分產品新建產能受到控制,落後產能也將逐步淘汰的境地。受此影響,其對鈦加工材用量的萎縮也變得順理成章。在此之前,便有業內人士預測化工行業用鈦量在2013~2015年間達到峰值。以當前市場表現看來,2012年整體經濟的疲軟有可能使得化工用鈦的衰退期提前。
原理
鈦合金是以鈦為基礎加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體:882℃以下為密排六方結構α鈦,882℃以上為體心立方的β鈦。
合金元素根據它們對相變溫度的影響可分為三類:
①穩定α相、提高相轉變溫度的元素為α穩定元素,有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素,它對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。
②穩定β相、降低相變溫度的元素為β穩定元素,又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等;後者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。
③對相變溫度影響不大的元素為中性元素,有鋯、錫等。
氧、氮、碳和氫是鈦合金的主要雜質。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對鈦合金有顯著強化效果,但卻使塑性下降。通常規定鈦中氧和氮的含量分別在0.15~0.2%和0.04~0.05%以下。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過多的氫會產生氫化物,使合金變脆。通常鈦合金中氫含量控制在 0.015%以下。氫在鈦中的溶解是可逆的,可以用真空退火除去。
性能
鈦是一種新型金屬,鈦的性能與所含碳、氮、氫、氧等雜質含量有關,最純的碘化鈦雜質含量不超過0.1%,但其強度低、塑性高。99.5%工業純鈦的性能為:密度ρ=4.5g/立方厘米,熔點為1725℃,導熱系數λ=15.24W/(m.K),抗拉強度σb=539MPa,伸長率δ=25%,斷面收縮率ψ=25%,彈性模量E=1.078×105MPa,硬度HB195。
強度高
鈦合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右,
僅為鋼的60%,純鈦的密度才接近普通鋼的密度,一些高強度鈦合金超過了許多合金結構鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大於其他金屬結構材料,見表7-1,可制出單位強度高、剛性好、質輕的零部件。飛機的發動機構件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。
熱強度高
使用溫度比鋁合金高幾百度,在中等溫度下仍能保持所要求的強度,可在450~500℃的溫度下長期工作這兩類鈦合金在150℃~500℃范圍內仍有很高的比強度,而鋁合金在150℃時比強度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達500℃,鋁合金則在200℃以下。
抗蝕性好
鈦合金在潮濕的大氣和海水介質中工作,其抗蝕性遠優於不銹鋼;對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強;對鹼、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優良的抗腐蝕能力。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質的抗蝕性差。
低溫性能好
鈦合金在低溫和超低溫下,仍能保持其力學性能。低溫性能好,間隙元素極低的鈦合金,如TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性。因此,鈦合金也是一種重要的低溫結構材料。
化學活性大
鈦的化學活性大,與大氣中O、N、H
鈦合金製品
、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產生強烈的化學反應。含碳量大於0.2%時,會在鈦合金中形成硬質TiC;溫度較高時,與N作用也會形成TiN硬質表層;在600℃以上時,鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層;氫含量上升,也會形成脆化層。吸收氣體而產生的硬脆表層深度可達0.1~0.15 mm,硬化程度為20%~30%。鈦的化學親和性也大,易與摩擦表面產生粘附現象。
導熱彈性小
鈦的導熱系數λ=15.24W/(m.K)約為鎳的1/4,鐵的1/5,鋁的1/14,而各種鈦合金的導熱系數比鈦的導熱系數約下降50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2,故其剛性差、易變形,不宜製作細長桿和薄壁件,切削時加工表面的回彈量很大,約為不銹鋼的2~3倍,造成刀具後刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結磨損。
分類
STAN鈦製品
鈦是同素異構體,熔點為1668℃,在低於882℃時呈密排六方晶格結構,稱為α鈦;在882℃以上呈體心立方晶格結構,稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點,添加適當的合金元素,使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金(titanium alloys)。室溫下,鈦合金有三種基體組織,鈦合金也就分為以下三類:α合金,(α+β)合金和β合金。中國分別以TA、TC、TB表示。
α鈦合金
它是α相固溶體組成的單相合金,不論是在一般溫度下還是在較高的實際應用溫度下,均是α相,組織穩定,耐磨性高於純鈦,抗氧化能力強。在500℃~600℃的溫度下,仍保持其強度和抗蠕變性能,但不能進行熱處理強化,室溫強度不高。
β鈦合金
它是β相固溶體組成的單相合金,
未熱處理即具有較高的強度,淬火、時效後合金得到進一步強化,室溫強度可達1372~1666 MPa;但熱穩定性較差,不宜在高溫下使用。
α+β鈦合金
它是雙相合金,具有良好的綜合性能,組織穩定性好,有良好的韌性、塑性和高溫變形性能,能較好地進行熱壓力加工,能進行淬火、時效使合金強化。熱處理後的強度約比退火狀態提高50%~100%;高溫強度高,可在400℃~500℃的溫度下長期工作,其熱穩定性次於α鈦合金。
三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金;α鈦合金的切削加工性最好,α+β鈦合金次之,β鈦合金最差。α鈦合金代號為TA,β鈦合金代號為TB,α+β鈦合金代號為TC。
鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強合金、耐蝕合金(鈦-鉬,鈦-鈀合金等)、低溫合金以及特殊功能合金(鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金)等。典型合金的成分和性能見表。
熱處理 鈦合金通過調整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認為細小等軸組織具有較好的塑性、熱穩定性和疲勞強度;針狀組織具有較高的持久強度、蠕變強度和斷裂韌性;等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。
用途
鈦合金具有強度高而密度又小,機械性能好,韌性和抗蝕性能很好。另外,鈦合金的工藝性能差,切削加工困難,在熱加工中,非常容易吸收氫氧氮碳等雜質。還有抗磨性差,生產工藝復雜。鈦的工業化生產是1948年開始的。航空工業發展的需要,使鈦工業以平均每年約 8%的增長速度發展。世界鈦合金加工材年產量已達4萬余噸,鈦合金牌號近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業純鈦(TA1、TA2和TA3)。
鈦合金主要用於製作飛機發動機壓氣機部件,其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。60年代中期,鈦及其合金已在一般工業中應用,用於製作電解工業的電極,發電站的冷凝器,石油精煉和海水淡化的加熱器以及環境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結構材料。此外還用於生產貯氫材料和形狀記憶合金等。
中國於1956年開始鈦和鈦合金研究;60年代中期開始鈦材的工業化生產並研製成TB2合金。
鈦合金是航空航天工業中使用的一種新的重要結構材料,比重、強度和使用溫度介於鋁和鋼之間,但比鋁、鋼強度高並具有優異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。1950年美國首次在F-84戰斗轟炸機上用作後機身隔熱板、導風罩、機尾罩等非承力構件。60年代開始鈦合金的使用部位從後機身移向中機身、部分地代替結構鋼製造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構件。鈦合金在軍用飛機中的用量迅速增加,達到飛機結構重量的20%~25%。70年代起,民用機開始大量使用鈦合金,如波音747客機用鈦量達3640公斤以上。馬赫數大於 2.5的飛機用鈦主要是為了代替鋼,以減輕結構重量。又如,美國SR-71 高空高速偵察機(飛行馬赫數為3,飛行高度26212米),鈦占飛機結構重量的93%,號稱「全鈦」飛機。當航空發動機的推重比從4~6提高到8~10,壓氣機出口溫度相應地從200~300°C增加到500~600°C時,原來用鋁製造的低壓壓氣機盤和葉片就必須改用鈦合金,或用鈦合金代替不銹鋼製造高壓壓氣機盤和葉片,以減輕結構重量。70年代,鈦合金在航空發動機中的用量一般占結構總重量的20%~30%,主要用於製造壓氣機部件,如鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、鑄鈦壓氣機機匣、中介機匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強度,耐腐蝕和耐低溫性能來製造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構架和火箭殼體。人造地球衛星、登月艙、載人飛船和太空梭 也都使用鈦合金板材焊接件。
熱處理
常用的熱處理方法有退火、固溶和時效處理。退火是為了消除內應力、提高塑性和組織穩定性,以獲得較好的綜合性能。通常α合金和(α+β)合金退火溫度選在(α+β)─→β相轉變點以下120~200℃;固溶和時效處理是從高溫區快冷,以得到馬氏體α′相和亞穩定的β相,然後在中溫區保溫使這些亞穩定相分解,得到α相或化合物等細小彌散的第二相質點,達到使合金強化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)─→β相轉變點以下40~100℃進行,亞穩定β合金淬火在(α+β)─→β相轉變點以上40~80℃進行。時效處理溫度一般為450~550℃。
總結,鈦合金的熱處理工藝可以歸納為:
(1)消除應力退火:目的是為消除或減少加工過程中產生的殘余應力。防止在一些腐蝕環境中的化學侵蝕和減少變形。
(2)完全退火:目的是為了獲得好的韌性,改善加工性能,有利於再加工以及提高尺寸和組織的穩定性。
(3)固溶處理和時效:目的是為了提高其強度,α鈦合金和穩定的β鈦合金不能進行強化熱處理,在生產中只進行退火。α+β鈦合金和含有少量α相的亞穩β鈦合金可以通過固溶處理和時效使合金進一步強化。
此外,為了滿足工件的特殊要求,工業上還採用雙重退火、等溫退火、β熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝。
切削
切削特點
鈦合金的硬度大於HB350時切削加工特別困難,小於HB300時則容易出現粘刀現象,也難於切削。但鈦合金的硬度只是難於切削加工的一個方面,關鍵在於鈦合金本身化學、物理、力學性能間的綜合對其切削加工性的影響。鈦合金有如下切削特點:
(1)變形系數小:這是鈦合金切削加工的顯著特點,變形系數小於或接近於1。切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大,加速刀具磨損。
(2)切削溫度高:由於鈦合金的導熱系數很小(只相當於45號鋼的1/5~1/7),切屑與前刀面的接觸長度極短,切削時產生的熱不易傳出,集中在切削區和切削刃附近的較小范圍內,切削溫度很高。在相同的切削條件下,切削溫度可比切削45號鋼時高出一倍以上。
(3)單位面積上的切削力大:主切削力比切鋼時約小20%,由於切屑與前刀面的接觸長度極短,單位接觸面積上的切削力大大增加,容易造成崩刃。同時,由於鈦合金的彈性模量小,加工時在徑向力作用下容易產生彎曲變形,引起振動,加大刀具磨損並影響零件的精度。因此,要求工藝系統應具有較好的剛性。
(4)冷硬現象嚴重:由於鈦的化學活性大,在高的切削溫度下,很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮;同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現象不僅會降低零件的疲勞強度,而且能加劇刀具磨損,是切削鈦合金時的一個很重要特點。
(5)刀具易磨損:毛坯經過沖壓、鍛造、熱軋等方法加工後,形成硬而脆的不均勻外皮,極易造成崩刃現象,使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。另外,由於鈦合金對刀具材料的化學親和性強,在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下,刀具很容易產生粘結磨損。車削鈦合金時,有時前刀面的磨損甚至比後刀面更為嚴重;進給量f<0.1 mm/r時,磨損主要發生在後刀面上;當f>0.2 mm/r時,前刀面將出現磨損;用硬質合金刀具精車和半精車時,後刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適。
在銑削加工中,由於鈦合金材料的導熱系數低,而且切屑與前刀面的接觸長度極短,切削時產生的熱不易傳出,集中在切削變形區和切削刃附近的較小范圍內,加工時切削刃刃口處會產生極高的切削溫度,將大大縮短刀具壽命。對於鈦合金Ti6Al4V來說,在刀具強度和機床功率允許的條件下,切削溫度的高低是影響刀具壽命的關鍵因素,而並非切削力的大小。
刀具材料
切削加工鈦合金應從降低切削溫度和減少粘結兩方面出發,選用紅硬性好、抗彎強度高、導熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料,YG類硬質合金比較合適。由於高速鋼的耐熱性差,因此應盡量採用硬質合金製作的刀具。常用的硬質合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。
塗層刀片和YT類硬質合金會與鈦合金產生劇烈的親和作用,加劇刀具的粘結磨損,不宜用來切削鈦合金;對於復雜、多刃刀具,可選用高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo)、高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料,適於製作切削鈦合金的鑽頭、鉸刀、立銑刀、拉刀、絲錐等刀具。
採用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金,可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下,切削速度可達200 m/min;若不用切削液,在同等磨損量時,允許的切削速度僅為100m/min。
注意事項
在切削鈦合金的過程中,應注意的事項有:
(1)由於鈦合金的彈性模量小,工件在加工中的夾緊變形和受力變形大,會降低工件的加工精度;工件安裝時夾緊力不宜過大,必要時可增加輔助支承。
(2)如果使用含氫的切削液,切削過程中在高溫下將分解釋放出氫氣,被鈦吸收引起氫脆;也可能引起鈦合金高溫應力腐蝕開裂。
(3)切削液中的氯化物使用時還可能分解或揮發有毒氣體,使用時宜採取安全防護措施,否則不應使用;切削後應及時用不含氯的清洗劑徹底清洗零件,清除含氯殘留物。
(4)禁止使用鉛或鋅基合金製作的工、夾具與鈦合金接觸,銅、錫、鎘及其合金也同樣禁止使用。
(5)與鈦合金接觸的所有工、夾具或其他裝置都必須潔凈;經清洗過的鈦合金零件,要防止油脂或指印污染,否則以後可能造成鹽(氯化鈉)的應力腐蝕。
(6)一般情況下切削加工鈦合金時,沒有發火危險,只有在微量切削時,切下的細小切屑才有發火燃燒現象。為了避免火災,除大量澆注切削液之外,還應防止切屑在機床上堆積,刀具用鈍後立即進行更換,或降低切削速度,加大進給量以加大切屑厚度。若一旦著火,應採用滑石粉、石灰石粉末、干砂等滅火器材進行撲滅,嚴禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器,也不能澆水,因為水能加速燃燒,甚至導致氫爆炸。
脫氧化及酸洗
在熱處理中間及熱處理之後大多要求進行表面處理,以便去除金屬表面氧化皮及各種污染物,減少金屬裸餺表面的活性,以及在鈦及其合金錶鹵塗敷保護層及各種功能塗層之前和塗敷過程中也要進行表面處理,塗敷這種塗層的是改善金屬表面的性能,例如,防止腐蝕、氧化及磨損等。
鈦及其合金的酸洗條件決定於氧化層及現存反應層的種類(特徵),而這種層的種類又受到高溫加熱過程及加工過程溫度增高(例如,鍛造、鑄造、焊接等)的影響。在較低的加工溫度或者大約在600X:以下的髙溫加熱溫度條件下僅僅生成薄的氧化層,高溫條件下對著某種氧化層附近形成一種富氧擴散區,也必須通過酸洗脫除這個富氧擴散層。可以採用各種不同的脫除氧化皮方法:脫除厚氧化層及硬表面層的機械方法,在熔融鹽浴中脫除氧化皮以及在酸溶液中進行酸洗脫除氧化皮的方法。
在很多種情況下可以採用若干方法相結合的方法,例如,先機械方式脫除氧化皮及接著進行酸洗相結合,或者先鹽浴及接著進行酸洗相結合的脫除氧化皮方法^遇到在較高的溫度下形成的氧化層及擴散層的情況下要採用特殊的方法但是在高溫加熱到600X:的情況下形成的氧化層大多通過一般的酸洗就可將其溶解掉。
存在的問題
鈦合金具有質量輕、比強度高、耐腐蝕性好等優點,故被廣泛應用在汽車工業中,應用鈦合金最多的是汽車發動機系統。利用鈦合金製造發動機零件有很多好處。 [1]
鈦合金的密度低,可以降低運動零件的慣性質量,同時鈦氣門彈簧可以增加自由振動,減弱車身的振顫,提高發動機的轉速及輸出功率。
減小運動零件的慣性質量,從而使摩擦力減小,提高發動機的燃油效率。選擇鈦合金可以減輕相關零件的負載應力,縮小零件的尺寸,從而使發動機及整車的質量減輕。零部件慣性質量的降低,使得振動和雜訊減弱,改善發動機的性能。 鈦合金在其他部件上的應用可提高人員的舒適度和汽車的美觀等。在汽車工業上的應用,鈦合金在節能降耗方面起到了不可估量的作用。
鈦合金零部件盡管具有如此優越的性能,但距鈦及其合金普遍應用在汽車工業中還有很大的距離,原因包括價格昂貴、成形性不好及焊接性能差等問題。
阻礙鈦合金普遍應用於汽車工業的最主要原因還是成本過高。
無論是金屬最初的冶煉還是後續的加工,鈦合金的價格都遠遠高於其他金屬。汽車工業能夠接受的鈦制零件成本,用連桿鈦材8~13美元/kg,氣閥用鈦材13~20美元/kg,彈簧、發動機排氣系統及緊固件用鈦材希望在8美元/kg以下。是鋁板材的6~15倍,鋼板材的45~83倍。
缺點
鈦及鈦合金主要限制是在高溫與其它材料的化學反應性差。此性質迫使鈦合金與一般傳統的精煉、熔融和鑄造技術不同,甚至經常造成模具的損壞;結果,使的鈦合金的價格變的十分昂貴。因此它們剛開始大多用在飛機結構、航空器,以及用在石油和化學工業等高科技工業。不過由於太空科技的發達、人民生活質量的提升,所以鈦合金也漸漸地用來製成民生用品,造福人民的生活,只是這些產品價格仍然偏高,多屬於高價位的產品,這是鈦合金無法發揚光大的最大的致命傷。
新進展
各國都在開發低成本和高性能的新型鈦合金,努力使鈦合金進入具有巨大市場潛力的民用工業領域。國內外鈦合金材料的研究新進展主要體現在以下幾方面。
高溫鈦合金
世界上第一個研製成功的高溫鈦合金是Ti-6Al-4V,使用溫度為300-350℃。隨後相繼研製出使用溫度達400℃的IMI550、BT3-1等合金,以及使用溫度為450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。已成功地應用在軍用和民用飛機發動機中的新型高溫鈦合金有.英國的IMI829、IMI834合金;美國的Ti-1100合金;俄羅斯的BT18Y、BT36合金等。表7為部分國家新型高溫鈦合金的最高使用溫度。
近幾年國外把採用快速凝固/粉末冶金技術、纖維或顆粒增強復合材料研製鈦合金作為高溫鈦合金的發展方向,使鈦合金的使用溫度可提高到650℃以上[1,27,29,31]。美國麥道公司採用快速凝固/粉末冶金技術成功地研製出一種高純度、高緻密性鈦合金,在760℃下其強度相當於室溫下使用的鈦合金強度。
鈦鋁化合物
與一般鈦合金相比,鈦鋁化合物為基鈉Ti3Al(α2)和TiAl(γ)金屬間化合物的最大優點是高溫性能好(最高使用溫度分別為816和982℃)、抗氧化能力強、抗蠕變性能好和重量輕(密度僅為鎳基高溫合金的1/2),這些優點使其成為未來航空發動機及飛機結構件最具競爭力的材料。
已有兩個Ti3Al為基的鈦合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美國開始批量生產。其他發展的Ti3Al為基的鈦合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl(γ)為基的鈦合金受關注的成分范圍為Ti-(46-52)Al-(1-10)M(at.%),此處M為v、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中的至少一種元素。TiAl3為基的鈦合金開始引起注意,如Ti-65Al-10Ni合金。
醫用鈦合金
鈦無毒、質輕、強度高且具有優良的生物相容性,是非常理想的醫用金屬材料,可用作植入人體的植入物等。在醫學領域中廣泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但後者會析出極微量的釩和鋁離子,降低了其細胞適應性且有可能對人體造成危害,這一問題早已引起醫學界的廣泛關注。美國早在20世紀80年代中期便開始研製無鋁、無釩、具有生物相容性的鈦合金,將其用於矯形術。日本、英國等也在該方面做了大量的研究工作,並取得一些新的進展。例如,日本已開發出一系列具有優良生物相容性的α+β鈦合金,包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20,這些合金的腐蝕強度、疲勞強度和抗腐蝕性能均優於Ti-6Al-4v ELI。與α+β鈦合金相比,β鈦合金具有更高的強度水平,以及更好的切口性能和韌性,更適於作為植入物植入人體。在美國,已有5種β鈦合金被推薦至醫學領域,即TMZFTM(TI-12Mo-^Zr-2Fe)、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx(TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si)、Tiadyne 1610(Ti-16Nb-9.5Hf)和Ti-15Mo。估計在不久的將來,此類具有高強度、低彈性模量以及優異成形性和抗腐蝕性能的廬鈦合金很有可能取代醫學領域中廣泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金