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浅谈钛合金的用途

钛合金具有强度高、密度小、机械性能好、韧性好、耐腐蚀等优点 。此外,钛合金工艺性能差,不易切削 。热加工过程中很容易吸收氢、氧、氮、碳等杂质 。耐磨性差,生产工艺复杂 。钛的工业生产始于1948年 。航空工业的发展需要钛工业以年均8%左右的增长率发展 。目前,世界钛合金产品年产量已达400万吨,钛合金牌号近30个 。使用最广泛的钛合金有Ti-6Al-4V (TC4)、Ti-5Al-2.5Sn (TA7)和工业纯钛(TA1、ta2和TA3) 。

钛合金主要用于制造飞机发动机的压缩机部件,其次是火箭、导弹和高速飞机 。钛及其合金在20世纪60年代中期广泛应用于一般工业,用于制造电解工业的电极、发电厂的冷凝器、炼油和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置 。钛及其合金已成为一种防腐结构材料 。此外,它还用于生产储氢材料和形状记忆合金 。
1956年,中国开始研究钛和钛合金;20世纪60年代中期,钛材料工业化生产开始,TB2合金得到发展 。
钛合金是航空航天工业中一种重要的新型结构材料 。其比重、强度、使用温度均介于铝与钢之间,但比强度高,耐海水腐蚀性能好,具有超低温性能 。1950年,美国首次使用F-84战斗轰炸机作为后机身隔热罩、挡风罩、尾翼等非承载部件 。自20世纪60年代以来,钛合金一直被用于机身后部的中间部分,部分取代结构钢,用于制造重要的承重部件,如隔膜、横梁、襟翼和滑梯 。军用飞机钛合金用量迅速增加,达到飞机结构重量的20% ~ 25% 。自20世纪70年代以来,钛合金被广泛应用于民用飞机,比如波音747,它使用了超过3640公斤的钛 。而在Maher数不到2.5的飞机上使用的钛主要是用来代替钢材来减轻结构重量 。例如,美国SR-71型高空高速侦察机(飞行马赫数3,飞行高度26212米),钛占飞机结构重量的93%,被称为“全钛”飞机 。航空发动机的thrust-to-weight比增加时从4 - 6到8 - 10和压缩机出口温度的增加在200 - 300摄氏度至500 - 600摄氏度,原低压压缩机磁盘和铝制叶片必须更换由钛合金或高压压缩机磁盘和叶片的钛合金代替不锈钢减少结构重量 。
20世纪70年代,航空发动机中使用的钛合金一般占结构总重量的20%-30% 。他们主要用于制造压缩机组件,如锻钛球迷,压缩机磁盘和刀片,铸钛压气机壳,中间套管轴承住房、宇宙飞船等 。主要使用钛合金比强度高、耐蚀性和耐低温性制造各种压力容器、油箱、紧固件、仪器的肩带,框架和火箭炮弹 。人造地球卫星、登月舱、载人航天器和航天飞机也使用钛合金板焊接 。

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