鈦是20世紀50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)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于各個領域。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(fā),并得到了實際應用。20世紀50~60年代,主要是發(fā)展航空發(fā)動機用的高溫鈦合金和機體用的 結(jié)構(gòu)鈦合金,70年代kai發(fā)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(fā)展。鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機 部件,其次為火箭、導彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件。
鈦是同素異構(gòu)體,熔點為1668℃,在低于882℃時呈 密排六方晶格結(jié)構(gòu),稱為α鈦;在882℃以上呈體心立方晶格結(jié)構(gòu),稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點,添加適當?shù)暮辖鹪?,使?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。
鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料,比重、強度和使用溫度介于鋁和鋼之間,但比鋁、鋼強度高并具有優(yōu)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(zhàn)斗轟炸機上用作后機身隔熱板、導風罩、機尾罩等非承力構(gòu)件。60年代kai始鈦合金的使用部位從后機身移向中機身、部分地代替 結(jié)構(gòu)鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件。鈦合金在 jun用飛機中的用量迅速增加,達到飛機結(jié)構(gòu)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(shù)大于 2.5的飛機用鈦主要是為了代替鋼,以減輕結(jié)構(gòu)重量。又如,美國SR-71 高空高速偵察機(飛行馬赫數(shù)為3,飛行高度26212米),鈦占飛機結(jié)構(gòu)重量的93%,號稱“全鈦”飛機。當 航空發(fā)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,原來用鋁制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制造高壓壓氣機盤和葉片,以減輕結(jié)構(gòu)重量。70年代,鈦合金在航空發(fā)動機中的用量一般占結(jié)構(gòu)總重量的20%~30%,主要用于制造壓氣機部件,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制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構(gòu)架和火箭殼體。 人造地球衛(wèi)星、登月艙、載人飛船和航天飛機 也都使用鈦合金板材焊接件。
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