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β型鈦合金TB6、TB8鈦合金、TC21高強(qiáng)高韌損傷容限鈦合金、TC18近β型鈦合金航空航天鈦合金
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時(shí)間：2013-06-13
隨著我國(guó)新一代渦扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)和第?3?代戰(zhàn)斗機(jī)的研制生產(chǎn)，鈦合金在我國(guó)航空工業(yè)中的應(yīng)用得到了快速發(fā)展，同時(shí)也對(duì)鈦合金的性能提出越來越高的要求。這種要求集中表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是更高的斷裂韌性，二是在保證足夠斷裂韌性的基礎(chǔ)上獲得超過1100MPa的高強(qiáng)度。
????以往的事故分析表明，飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)常會(huì)出現(xiàn)一種低應(yīng)力斷裂現(xiàn)象，即構(gòu)件的工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度而發(fā)生的脆性斷裂，這是由于構(gòu)件內(nèi)部存在由鑄造、鍛造、熱處理，甚至機(jī)械加工所產(chǎn)生的微裂紋。這種帶有裂紋的構(gòu)件使用時(shí)的安全性、可靠性和壽命，取決于裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的抵抗能力，這個(gè)能力就是以斷裂韌性為標(biāo)志：KIC。研究表明，β型鈦合金可以在更高的強(qiáng)度水平上具有比α型鈦合金與α+β兩相鈦合金更好的斷裂韌性，滿足提高飛機(jī)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)效益和構(gòu)件壽命的要求。與此同時(shí)，隨著我國(guó)航空航天工業(yè)的迅速發(fā)展，新一代標(biāo)準(zhǔn)件要求材料強(qiáng)度水平達(dá)1100～?1300MPa級(jí)以上，所以研發(fā)1100～1300MPa級(jí)以上的β型鈦合金材料及其加工工藝成為我國(guó)材料工程技術(shù)人員的當(dāng)務(wù)之急。
????TB6鈦合金（Ti-10V-2Fe-3Al），是迄今為止應(yīng)用最為廣泛的一種高強(qiáng)高韌近β型鈦合金，是一種為適應(yīng)損傷容限性設(shè)計(jì)原則而產(chǎn)生的高結(jié)構(gòu)效益、高可靠性和低制造成本的鈦合金，合金中以Fe和V為主要β穩(wěn)定元素。常規(guī)使用狀態(tài)下?Rm≥1100?MPa，KIC≥60?MPa·m1?/2，已經(jīng)應(yīng)用于波音777?客機(jī)起落架主梁、A380主起落架支撐等部件。該合金研制的技術(shù)難點(diǎn)是避免β穩(wěn)定元素的偏析。
????TC18?鈦合金（Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe），是一種近β型合金，具有高強(qiáng)、高韌、高淬透性，強(qiáng)度極限在退火狀態(tài)下可達(dá)1080?MPa，在強(qiáng)化熱處理狀態(tài)下可達(dá)1200?MPa?或更高，具有滿意的延伸率、斷面收縮率和沖擊韌性。
??? 我國(guó)西北有色金屬研究院、北京航空材料研究院等單位聯(lián)合研制的TC21（Ti-6Al-2Mo-1.5Cr-2Zr-2Sn-2Nb），是具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第一個(gè)高強(qiáng)高韌損傷容限鈦合金。目前使用狀態(tài)下?Rm≥1100MPa，KIC≥70?MPa·m1?/2。該合金已經(jīng)在我國(guó)第?3?代先進(jìn)飛機(jī)上獲得了工程化應(yīng)用。
????用V作為鈦合金β相?穩(wěn)定元素有一個(gè)缺點(diǎn)，即V的抗氧化能力很差，所以這些β鈦合金的使用溫度一般不超過300℃。為了使合金具有良好的抗氧化性能和高溫性能，要選用抗氧化性能良好的的高熔點(diǎn)Mo和Nb作為β相穩(wěn)定元素。TB8鈦合金（Ti-3Al-15Mo-2.7Nb-0.25Si）是針對(duì)抗氧化金屬及復(fù)合材料基體的需求而研制的一種β型鈦合金。該合金不僅具有優(yōu)異成形性、深淬透性、良好的抗腐蝕能力，還具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，可用于制作有溫度要求的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件或發(fā)動(dòng)機(jī)部件緊固件和液壓管材等。波音777飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙導(dǎo)風(fēng)罩選用該合金后獲得了很好的效果。國(guó)內(nèi)某型號(hào)飛機(jī)采用該材料代替30CrMnSiA結(jié)構(gòu)鋼后，機(jī)身承力框焊接組合件實(shí)現(xiàn)減重15%～20%，大大提高了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)效益。目前我國(guó)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出強(qiáng)度高于1300?MPa的TB8鈦合金棒絲材。
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