高强钛合金的发展与应用

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1、高强钛合金的发展与应用王鼎春(宝钛集团有限公司，陕西　宝鸡　721014)摘要:高强钛合金已成为钛合金发展和应用的主要方向之一。本文介绍了高强钛合金的发展与应用现状，着重分析了美国、俄罗斯高强钛合金的发展、现状及应用，探讨了高强钛合金的发展方向，最后对高强钛合金的发展趋势进行了展望。关键词:高强；钛合金；应用；发展中图法分类号：TG146.2+3文献标识码：AThedevelopmentandapplicationofhigh-strengthtitaniumalloysWangDingchun(BaotiGroupLtd.,Baoji7

2、21014,China)Abstract:Thehistoryofdevelopmentandapplicationofhigh-strengthtitaniumalloyswerereviewed.withtheemphasesonthecasesoftheUnitedStatesandRussia.Thedevelopmenttrendsofthosealloyswerediscussed.Finallythefuturetrendsinhigh-strengthresearchareproposed.Keywords:high-st

3、rength,titaniumalloys,development,application1前言钛及钛合金由于比强度高、耐蚀性好等特点，在承力结构材料方面得到了越来越广泛的应用。上世纪五十年代初，钛在飞机上获得成功地应用，虽然当时每架飞机的用钛量只占飞机结构重量1%，可是开拓了钛在宇航工业中应用的广阔前景。现在世界上各种高速飞行器（飞机、火箭等）都广泛的采用高强钛合金作为结构材料，尤其是在宇航结构件中应用越来越多，如战斗机的用钛比例已从最初的1%提高到现在的41%。目前高强钛合金[1~4]已成为钛合金发展和应用的主要方向之一。所谓高强钛合

4、金是指经热处理后室温强度大于1100MPa的钛合金，它包括：热处理强化马氏体α+β型合金，近亚稳β型钛合金和亚稳β型钛合金三种类型，主要用来代替飞行器结构中常用的高强结构钢，可减轻结构重量的30~40%，这些合金如美国的Ti-4Al-3Mo-1V、Ti-62222S、Ti-1023、Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al、b21S等合金；俄罗斯的BT14、BT15、BT16、BT22、BT23、BT35等合金；中国的TB2、TB3、TB5、TB6、TB8、Ti-62A、TC18、TC21、BTi-6554等合金。2各国高强钛合金发展现状单纯

5、靠合金化强化的钛合金，其室温拉伸强度一般不超过1100MPa，如果需要更高强度的结构钛合金，则必须发展可热处理强化的钛合金。热处理强化钛合金，在保持所需塑性的情况下，有可能将室温拉伸强度提高到1500MPa。40余年来，钛合金的发展取得了巨大成就，抗拉强度从300~400MPa提高到1500MPa左右，从而在航空工业上的应用迅速增加，广泛应用于各种飞机和发动机上，在F-22战斗机和V2500发动机上的的用量分别占到结构重量的41%和31%。可以说，钛合金在现代飞机上的应用，已经成为航空业发展的重要标志之一。20世纪80年代以来，为满足飞机

6、结构用钛的需求，高强钛合金获得了长足发展，其中对高强钛合金研究最广泛、生产量最大和应用量最多的应属美国和俄罗斯，已形成了各自发展且各具特色的局面。俄罗斯研究人员研究了[Mo]当量对钛合金拉伸强度的影响，如图1所示。从图中可以看出，退火钛合金的强度性能，随着钼当量增加到10~11%而提高，这时合金组织大致为相等数量的a和β相，然后强度下降。固溶时效钛合金的拉伸强度随着钼当量增加到12~14%而提高，然后下降。这种规律性是由以下情况决定的，当钼当量增加到临界浓度时，淬火时形成的亚稳定β相的数量增加，因此，为获得高强度钛合金，在合金设计时应通过

7、计算其钼当量，来优选合金成分。图2和图3分别为两相高强钛合金以及近亚稳b和亚稳b高强钛合金的[Mo]当量图。俄罗斯和美国从上世纪50年代就开始了高强钛合金的研究，经过40余年的研究，通过开展大量的合金化、加工工艺和热处理工艺等基础性研究和工艺试验，逐步形成了各自的高强钛合金牌号体系，表1列出了美国和俄罗斯的主要高强钛合金的化学成分和力学性能。图1[Mo]当量对钛合金拉伸强度的影响Fig.1Effectof[Mo]equivalentonstrengthoftitaniumalloy图3近亚稳b和亚稳b高强钛合金的[Mo]当量图Fig.3[

8、Mo]equivalentofnearsecondstationaryandsecond图2两相高强钛合金的[Mo]当量图stationaryhigh-strengthbetatitanium