高强钛合金是指经热处理后室温强度大于MPa的钛合金.国外高强钛合金研发主要以美国和俄罗斯为主,而且产品都得到了广泛应用.我国高强钛合金研究则由仿制逐渐转型为自主研发,如北京有色金属研究总院研究的TB10合金(Ti-3Al-5Mo-5V-2Cr)典型性能为:σb=MPa,KIC=67MPam1/2,已用于航天结构件、飞机机身、机翼.西北有色金属研究院创新研制的Ti-、Ti-等高强钛合金.Ti-的抗拉强度超过MPa,延伸率超过8%,断裂韧性超过55MPa.m1/2.Ti-抗拉强度超过MPa,延伸率超过7%.
航天飞行器要求钛合金必须具有优异的耐高温性能.国际上第一个高温钛合金是美国研制的Ti-6Al-4V钛合金.Ti-6Al-4V钛合金兼具α+β两相特征,在航天领域得到广泛应用.为最大限度发挥Al固溶热强化作用,钛合金中还加入了Sn、Zr、Mo和Si等元素,相继开发了IMI、Ti以及IMI、TiS、IMI、Ti、BT36等合金.
钛合金在飞机上的应用目前,国际先进的高温钛合金主要有美国研发的Ti钛合金(Ti-6Al-2.75Sn-4.0Zr-0.4Mo-0.45Si-0.07O2-0.02Fe),其使用温度可达℃,它具备较低的韧性和较大的疲劳裂纹扩展速率;英国的IMI(Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si-0.06C),同时具备了优异的高温蠕变性能和疲劳性能,使用温度℃;俄罗斯研制的BT36(Ti-6.2Al-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-0.15Si-5W)、BT18Y(Ti-6.5Al-2.5Sn-4Zr-0.7Mo-1Nb-0.25Si)、TiG(Ti-6.5Al-3Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si-0.2Gd)和Ti18(Ti-6Al-2Sn-4Zr4Mo-1W-0.2Si)合金,其使用温度分别为℃、~℃、℃和℃.
我国研制的高温合金主要有Ti55(Ti-5.5Al-4Sn-2Zr-1Mo-0.25Si-1Nd)、Ti60(Ti-5.8Al-4.8Sn-2Zr-1Mo-0.35Si-0.85Nd)和Ti(Ti-6Al-2.8Sn-4Zr-0.5Mo-0.4Si-1Y),其使用温度分别为℃、℃、℃.
钛合金在飞机上的应用高韧损伤容限型钛合金在发动机叶片上的应用典型的高强高韧钛合金是美国研制的TiS合金.该钛合金具有良好的强度、塑性和断裂韧性匹配;疲劳裂纹扩展抗力高;具有深淬透性;高弹性模量;中温有良好的抗蠕变性能,室温断裂强度和屈服强度分别大于MPa和MPa,且其高温性能也很好.
TC21(Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-1Nb-0.1Si)是我国创新研制的高强高韧损伤容限型钛合金.该钛合金具有良好的强度、塑性、断裂韧性、裂纹扩展速率的匹配,是一种非常有应用前景的高强高韧损伤容限型结构钛合金.由该钛合金生产的大规格钛棒在保证室温高强度的前提下,断裂韧性可高达90MPa.m1/2.钛及钛合金在航天领域的应用当今,钛应用最活跃的领域是航天.
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