鈦合金范文10篇

一、鈦及鈦合金的特性

鈦及鈦合金具有許多優良特性，主要體現在如下幾個方面：

1.強度高。鈦合金具有很高的強度，其抗拉強度為686—1176MPa，而密度僅為鋼的60%左右，所以比強度很高。

2.硬度較高。鈦合金(退火態)的硬度HRC為32—38。

3.彈性模量低。鈦合金(退火態)的彈性模量為1.078×10－1.176×10MPa，約為鋼和不銹鋼的一半。

4.高溫和低溫性能優良。在高溫下，鈦合金仍能保持良好的機械性能，其耐熱性遠高于鋁合金，且工作溫度范圍較寬，目前新型耐熱鈦合金的工作溫度可達550—600℃；在低溫下，鈦合金的強度反而比在常溫時增加，且具有良好的韌性，低溫鈦合金在－253℃時還能保持良好的韌性。

一、鈦及鈦合金的特性

鈦及鈦合金具有許多優良特性，主要體現在如下幾個方面：

1.強度高。鈦合金具有很高的強度，其抗拉強度為686—1176MPa，而密度僅為鋼的60%左右，所以比強度很高。

2.硬度較高。鈦合金(退火態)的硬度HRC為32—38。

3.彈性模量低。鈦合金(退火態)的彈性模量為1.078×10－1.176×10MPa，約為鋼和不銹鋼的一半。

4.高溫和低溫性能優良。在高溫下，鈦合金仍能保持良好的機械性能，其耐熱性遠高于鋁合金，且工作溫度范圍較寬，目前新型耐熱鈦合金的工作溫度可達550—600℃；在低溫下，鈦合金的強度反而比在常溫時增加，且具有良好的韌性，低溫鈦合金在－253℃時還能保持良好的韌性。

鈦合金是一種20世紀50年代興起的重要金屬結構材料,近年,鈦合金正廣泛應用于民用領域,開發出的鈦合金產品幾乎滲透到現代生活衣食住行各個方面[1]。

1常見故障分析在生產中發現,鈦合金機械加工表面質量常見故障有過腐蝕、掛灰、氧化皮未除盡及條紋狀花斑幾種。

1.1過腐蝕過腐蝕是指酸洗后鈦合金表面出現麻坑或凹凸不平等缺陷,和材料組織顯露有所區別。一般導致過腐蝕缺陷的原因是氫氟酸和硝酸的比例失調,氫氟酸濃度過高或者硝酸濃度不足均可導致該缺陷出現,另一個原因就是酸洗時間過長,一般酸洗t為1min～4min,可以根據操作現場調整工藝參數,適當縮短酸洗時間。

1.2掛灰掛灰是指酸洗后鈦合金表面附著的氧化物,酸洗時由于鈦合金和酸液進行化學反應,產生的氧化物積累在表面,阻止了反應的進一步發生。掛灰的缺陷一般是由酸洗時掛灰沉積過多和酸洗后沖洗不夠。酸洗時應不斷晃動零件,使反應后的產物從鈦合金表面脫落,酸洗后應加強噴淋或沖洗的辦法去除掛灰。國內一般采取壓縮空氣和自來水混合的高速水流沖洗零件,效果良好。

1.3氧化皮未除盡導致該缺陷的原因比較多,各個工序均有可能。有可能除油不良,或者熔融鹽處理時間不夠,或者酸洗溶液失效。出現該缺陷時,應該逐一排除各種可能因素,在必要的時候,可以在前處理增加噴砂工序。

1.4條紋狀花斑導致該缺陷的原因一般是由于反應不均勻造成的。可以通過酸洗時晃動零件和降低酸洗液溫度來排除。除了以上幾種缺陷,有時還會發現酸洗后檢驗合格的產品,經過一段時間后,表面出現花斑的現象。對于此種現象,現在研究比較少,可能是由于酸洗后表面有殘留酸液或后續生產帶入的腐蝕性介質存在,在應力的共同作用下產生的,在微觀檢測下與一般腐蝕形態有所區別,一般來說不影響其使用性能,可通過再次酸洗的方法去除,但是受力件要加強二次酸洗后的除氫處理。

摘要：綜述了鈦合金材料的應用及研究現狀，著重介紹了鈦及鈦合金的主要特性，加工性能及其在航空航天、軍事工業和汽車制造方面的應用，并在此基礎上展望了鈦合金的發展方向。

關鍵詞：鈦合金特性加工性能應用領域

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Ti在地殼中的豐度為0.56%(質量分數，下同)，在所有按元素中居第9位，而在可作為結構材料的金屬中居第4位，僅次于Al、Fe、Mg，其儲量比常見金屬Cu，Pb，Zn儲量的總和還多。我國鈦資源豐富，儲量為世界第一。鈦合金的密度小，比強度、比剛度高，抗腐蝕性能、高溫力學性能、抗疲勞和蠕變性能都很好，具有優良的綜合性能，是一種新型的、很有發展潛力和應用前景的結構材料。近年來，世界鈦工業和鈦材加工技術得到了飛速發展，海綿鈦、變形鈦合金和鈦合金加工材的生產和消費都達到了很高的水平，在航空航天領域、艦艇及兵器等軍品制造中的應用日益廣泛，在汽車、化學和能源等行業也有著巨大的應用潛力。

一、鈦及鈦合金的特性

鈦及鈦合金具有許多優良特性，主要體現在如下幾個方面：

摘要：鈦及鈦合金型材已被廣泛應用于航空航天領域，如何制定擠壓工藝參數和合理的熱處理制度對是否能夠生產出合格的型材產品尤為重要。文章闡述了鈦及鈦合金型材擠壓特點，敘述了鈦合金型材生產過程中的影響因素。

關鍵詞：鈦合金型材；潤滑；模具；熱處理

鈦及其合金由于密度低（4.5-4.8g/cm3，比鋼約輕40%）、耐蝕性好和比強度高而成為一種優良的結構材料，在航空、航天、海洋及化工機械領域非常引人注目，在國防科技領域占有重要地位。鈦由于具有某些特殊功能（如儲氫特性、形狀記憶、超彈性）和無毒、生理相容性好等特性而成為新型功能材料和重要的生物醫學材料。隨著鈦合金應用領域的不斷開展，鈦及鈦合金型材在航空、海洋、表鏈、化工等諸多領域已得到了應用。鈦及鈦合金因易受H、O、N等氣體元素污染、加工抗力大、熱成型溫度范圍窄等原因，生產難度較大，成本較高。例如TC4合金由于變形抗力大、加工溫度高，在型材加工方面，使得工藝選擇更為嚴格，工藝選擇不當會產生較大的損失。相比其它材料，鈦合金型材的加工技術還不成熟、不系統。因此，研究型材擠壓具有重要的應用價值[1-2]。

1鈦合金型材擠壓的特點

目前，生產型材的方法主要通過擠壓法。擠壓型材方法分為空心型材擠壓和實心型材擠壓。型材的品種和規格較多，諸如：牌號為TC4、TA15、TA18等鈦合金以及銅型材、型鋼和鎂型材，規格為為“L型”、“U型”、“T型”、“Z型”等。在型材擠壓當中，異型實心斷面型材占據全部擠壓型材品種規格的絕大部分，將近65%。采用擠壓法生產型材能夠大大減少金屬的損失和機械加工量。擠壓型材的方法多采用正向擠壓法，反向擠壓法和聯合擠壓法目前用的不太多。正向擠壓法的特點是：（1）金屬流動方向與擠壓軸運動方向相同；（2）錠坯與擠壓筒有較大的相對運動，所需的擠壓力較大；（3）操作方便，工模具簡單。如圖1所示。反向擠壓法的特點是：（1）金屬流動方向與擠壓軸運動方向相反；（2）擠壓時的外摩擦小，擠壓力小；（3）成品率較高，生產率較低。如圖2所示。聯合擠壓法的特點是：（1）穿孔前堵住模孔，穿孔時金屬反流，然后打開模孔，進行正向擠壓；（2）穿孔殘料損失小。目前，我國雖然已經生產出了不同牌號和規格的產品，但未形成鈦及鈦合金型材的生產規范，產品質量參差不齊[1]。為此，對鈦合金型材擠壓工藝的探討具有一定的應用價值。

2鈦合金型材擠壓的主要影響因素

近年來，鈦合金材料已廣泛應用于航空航天等各個領域。鈦合金材料的密度是45號鋼的60%，但強度遠遠超過鋼的強度，具有良好的機械性能、韌性和抗腐蝕性能，特別適合制造承受巨大應力的零部件，比如用鈦合金管件組焊而成的骨架具有重量輕、強度優異和斷裂韌性高的優點。

1鈦合金材料的機械性能

鈦合金材料導熱系數只有45號鋼的1/5-1/7，故切削產生的熱量在切削區和切削刃附近的小范圍內不易散出，造成局部切削溫度過高，易造成工件被灼傷，使刀具材料軟化，加快刀具磨損，容易發生粘結、崩刃現象。機械加工的熱量會使表面被氧化、氮化和碳化而變黑，形成的氧化物硬度都非常高。因此，在加工中應注意速度不能太快，稍不注意溫度就會升高，極易造成切削加工特別困難。

2管件的裝夾方法

管件為圓弧狀，與機床加工臺面接觸時為線性接觸，裝夾不牢固。故在加工裝夾時，底部采用V形墊鐵、上部采用弧形工裝壓緊固定好管件進行加工，見圖1所示。

3管件相貫線端口的數控加工及編程

1、鈦合金焊接工藝

1.1焊接材料

鈦合金焊接一般使用成分與母材相同的焊絲，有時為了提高接頭的韌性，在焊接接頭強度方面降低要求，應當選擇低于母材強度的焊絲。通常將在真空有條件下經過退火處理TA1～TA6和TC3等焊絲用做鈦合金焊接，如果以上提到的焊絲無法供應時，可將母材剪切成窄條作為焊絲。

1.2焊前清理

鈦合金的焊前清理工作非常重要，通常因為附著污物會引發氣孔和夾雜雜質等問題影響焊絲焊接后焊縫的抗腐蝕性和強度，因而鈦合金在焊接前必須進行清理。表面處理的常見方法為物理處理和化學處理法，物理處理主要包括表面污垢通過噴砂噴丸和拋光等方式的處理，化學處理主要是通過酸堿等化學物質將鈦合金表面的污垢溶解，除去鈦合金表面的氧化物，直至表面為鈦合金基材為止。

1.3常見的鈦合金焊接方法

1.引言

鈦及鈦合金不僅是制造飛機、導彈、火箭等航天器的重要結構材料，而且在機械工程、海洋工程、生物工程及化學工程中的應用也日益廣泛。如在閥門制造中，將不銹鋼閥門與鈦制閥門同時在酸性介質中使用，鈦制閥門具有更好的使用壽命。

在鈦中加入合金元素形成鈦合金，其強度顯著提高,σb可從350～700MPa提高到1200MPa，因此在工業上應用鈦合金的意義更具重要性。通常按使用狀態下的組織將鈦合金分為α鈦合金(以TA表示)、β鈦合金和(α+β)鈦合金(以TC表示)三類，三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和(α+β)鈦合金。由于鈦合金可切削性極差，因此給實際應用帶來很多困難。筆者從鈦合金的相對可切削性研究出發，根據多年生產經驗提出較實用的刀具，供讀者應用時參考。

2.鈦合金可切削性的研究

若以45號鋼的可切削性為100%，則鈦合金的可切削性約為20～40%，其可切削性比不銹鋼差，但比高溫合金稍好。在鈦合金中又按β型鈦合金、α+β型鈦合金、α型鈦合金為序其可切削性逐步改善，而純鈦的可切削性最好。即在一般情況下，材料硬度愈高，加入合金元素越多，材料的可切削性越差。加工鈦合金時，若材料硬度小于HB300將會出現強烈粘刀現象，而硬度大于HB370時加工又極其困難，因此最好使鈦合金材料的硬度在HB300～370之間。

2.1鈦合金切削機理的研究

一、利用動電位實驗檢測鎳鈦合金抗腐蝕性

動電位實驗是使作為電極的金屬絲發生點狀或縫隙腐蝕時，腐蝕局限在金屬電極端的實驗利用它可以觀察金屬合金發生點狀或縫隙腐蝕時的表面電流和電壓變化情況。根據電壓和電流變化曲線可以推斷腐蝕相關參數。有學者采用動電位實驗觀察和測量不同合金表面處理方法即機械拋光、電解法拋光、空氣中熱處理形成的草黃色氧化層、鹽浴中熱處理形成的藍色氧化層等處理后的金屬作為電極時發生點狀或縫隙腐蝕時的電壓和電流的變化情況，發現MP的鎳鈦合金活化電壓最低，按照鎳鈦合金活化電壓的高低依次為BO＞CP＞EP＞SCO＞MP，腐蝕電流密度和腐蝕速率依次為CP＜SCO＜EP＜BO＜MP。上述結果都說明機械拋光組的抗腐蝕能力最差。然而鎳元素釋放量為EP=MP＜CP=BO＜SCO，說明了應用腐蝕電流密度和腐蝕速率來評價鎳鈦合金抗腐蝕能力與原子吸收光譜法所測鎳元素的釋放量之間并不一致。

樣品的抗腐蝕性也可用崩解電壓、再鈍化電壓和腐蝕電壓來表現。用崩解電壓和腐蝕電壓解釋材料的腐蝕抵抗力的標準依據有：當電壓位于崩解電壓和腐蝕電壓間時，惰性金屬保持靜態。當電壓大于崩解電壓時，金屬開始遭受腐蝕，甚至有可能形成點腐蝕。當再鈍化電壓小于腐蝕電壓時，氧化層會被破壞，金屬絲將保持激活狀態并不斷形成點腐蝕。當再鈍化電壓大于腐蝕電壓時，金屬將有可能完全鈍化，如果鈍化過程是主要的，金屬絲點腐蝕的機會將很小。崩解電壓和再鈍化電壓的差值與金屬的點腐蝕抵抗力有關，差值越小，金屬的抵抗力就越強。雖然應用動電位實驗來檢測鎳鈦合金絲的抗腐蝕性具有快捷、高效的特點，然而實驗結果與原子吸收光譜法所測的鎳元素釋放量存在著差異，這其中的原因有待進一步探討。

二、電解質對鎳鈦合金抗腐蝕性的影響

鎳鈦合金弓絲在口腔環境中的腐蝕受到多方面的影響，存在多種腐蝕方式，然而口腔環境中的電解質對鎳鈦合金的腐蝕是基本的也是主要的腐蝕，運用體外實驗可以模仿這個過程。體外實驗研究顯示，溶液的pH值、溫度、氯離子、氟離子、氧濃度等對鎳鈦合金的抗腐蝕性具有比較大的影響，特別是氟離子能顯著影響鎳鈦合金的抗腐蝕性。學者們采用人工唾液浸泡實驗研究鎳鈦弓絲的鎳元素釋放，發現pH值是影響鎳元素釋放的重要因素，pH值越小，鎳的釋放量越大。有學者采用酸性含氟溶液的浸泡實驗研究pH值和溫度對正畸鎳鈦弓絲的腐蝕影響，發現pH值為3.5時，溶液溫度60℃組的鎳鈦弓絲的鎳元素釋放最多，弓絲表面發生了明顯的腐蝕。當溶液的pH值為6時，鎳元素的釋放量與溫度沒有明顯相關性。當溶液溫度為5℃時，弓絲表面出現較小的腐蝕現象，與pH值沒有明顯的相關性。這說明只有在合適的溫度和pH值環境條件下鎳鈦合金才會發生比較明顯的腐蝕，而口腔具有合適的溫度，當菌斑黏附于合金表面耗糖產酸時又可以提供合適的pH值環境，使得鎳鈦合金在口腔中的腐蝕不容忽視。氟離子對鈦和鈦合金的保護性氧化層具有侵襲性，可以降解鈦和鈦合金表面的保護性氧化層。氟離子與TiO反應形成TiOF2，削弱并破壞了表面鈦氧化層的抗腐蝕能力，引起鈦和鈦合金表面的點狀和縫隙腐蝕。電化學研究也表明，介質中含有氟離子時鈦和鈦合金的抗腐蝕性將會受到沖擊，溶液中添加氟時降低了鈦的激活電壓，將加速鈦和鈦合金的腐蝕。

三、表面結構對鎳鈦合金抗腐蝕性的影響

摘要：針對難加工長徑比較大的零件，加工時會造成切削力大、桿件容易發生變形、桿的尺寸精度難以得到保證等問題，提出了一種合理的加工工藝。主要從工藝路線的選定、裝夾方式的選擇、切削用量的選擇、刀具和刀片的選擇等方面作出了合理的分析，采用一端用三爪卡盤夾緊和另外一端用兩個中心架輔助支撐的裝夾方式。在切削全過程中，用特殊的車刀以及特殊的冷卻液加工。通過在CW6163普通車床上進行驗證，結果表明采用一端用三爪卡盤夾緊和另外一端用兩個中心架輔助支撐的裝夾方式能夠減小細長桿在加工中的變形。在該種加工工藝方案中，特制的R38mm車刀、粗精車的切削用量、機夾式結構車刀、COOlancutO-11型號的切削液以及YG8材料的刀片能夠用來切削難加工材料，并且很好地保證了細長桿零件的尺寸精度和粗糙度要求。

關鍵詞：細長桿；裝夾方式；車刀；加工工藝

細長桿零件通常是指長度與直徑之比大于或等于25的零件[1]。車削細長桿零件一直是一個難題，再加上如果是TC11這種難加工材料，更加劇了問題的嚴重性。但TC11(Ti-6Al-3.5Mo-1.8Zr)屬于一種馬氏體強化型α+β型兩相鈦合金。可以在400~500℃下長期使用，具有非常強的工藝塑性、組織穩定、抗蠕變能力和抗高溫變形能力，抗拉強度可以達到1030MPa，多為航空航天零件材料的良好選擇[2-4]。與普通零件相比，TC11鈦合金細長桿切削性能差，主要表現為鈦合金材料切削變形系數小，切削中刀具和材料局部之間會產生高溫、高壓、冷作硬化嚴重、切削力大，這些情況加劇烈了刀具磨損，再加上細長桿剛度較差、受熱變形較大嚴重影響了加工精度和表面質量[5-6]。喻紅中[7]在折析細長桿件車削加工方法中，充分分析了零件的結構、工藝特點以及零件產生的缺陷原因，采用合理的工藝路徑，探索出細長軸的加工方法。宋宏明[8]在細長桿的車削加工技術淺析中，歸納了車削常見缺陷及其原因，并在切削加工方面提出了改進措施。梁滿營等[9]在細長軸切削加工工藝方案研究中，一邊用三爪卡盤，一邊用彈性頂尖的裝夾方式，直線插補和圓弧插補相結合的加工方法來加工細長軸。以上的研究方法都適用加工比較容易切削的材料和小型零件，但實際生產中，往往會碰到大型、甚至中間有孔的難加工材料零件，比如鉆桿之類的就不太適應了。針對以上問題，本文對TC11鈦合金細長桿零件在實際生產中，對加工工藝、裝夾方式、受力情況以及刀具選擇等方面，作出了合理的分析，并通過試驗驗證得出，該種工工藝可以達到預期的加工效果。

1細長桿在加工過程中工藝性分析

細長桿在車削過程中的熱擴散性能比較差，在車削過程中，會在切削熱的作用下刀具發生黏結磨損，從而影響工件的表面粗糙度和加工精度[10]。并且鈦合金TC11材料由兩相組織組成，在切削過程中由于硬度比較大，因此在加工中需要比較大的切削力。以圖1所示的零件為例，只對細長桿外圓車削部分進行進行工藝性分析，內外螺紋以及鍵槽部分不做分析處理。

1.1加工難點