钛合金范文10篇

一、钛及钛合金的特性

钛及钛合金具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面：

1.强度高。钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686—1176MPa，而密度仅为钢的60%左右，所以比强度很高。

2.硬度较高。钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。

3.弹性模量低。钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10－1.176×10MPa，约为钢和不锈钢的一半。

4.高温和低温性能优良。在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热性远高于铝合金，且工作温度范围较宽，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃；在低温下，钛合金的强度反而比在常温时增加，且具有良好的韧性，低温钛合金在－253℃时还能保持良好的韧性。

一、钛及钛合金的特性

钛及钛合金具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面：

1.强度高。钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686—1176MPa，而密度仅为钢的60%左右，所以比强度很高。

2.硬度较高。钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。

3.弹性模量低。钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10－1.176×10MPa，约为钢和不锈钢的一半。

4.高温和低温性能优良。在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热性远高于铝合金，且工作温度范围较宽，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃；在低温下，钛合金的强度反而比在常温时增加，且具有良好的韧性，低温钛合金在－253℃时还能保持良好的韧性。

钛合金是一种20世纪50年代兴起的重要金属结构材料,近年,钛合金正广泛应用于民用领域,开发出的钛合金产品几乎渗透到现代生活衣食住行各个方面[1]。

1常见故障分析在生产中发现,钛合金机械加工表面质量常见故障有过腐蚀、挂灰、氧化皮未除尽及条纹状花斑几种。

1.1过腐蚀过腐蚀是指酸洗后钛合金表面出现麻坑或凹凸不平等缺陷,和材料组织显露有所区别。一般导致过腐蚀缺陷的原因是氢氟酸和硝酸的比例失调,氢氟酸浓度过高或者硝酸浓度不足均可导致该缺陷出现,另一个原因就是酸洗时间过长,一般酸洗t为1min～4min,可以根据操作现场调整工艺参数,适当缩短酸洗时间。

1.2挂灰挂灰是指酸洗后钛合金表面附着的氧化物,酸洗时由于钛合金和酸液进行化学反应,产生的氧化物积累在表面,阻止了反应的进一步发生。挂灰的缺陷一般是由酸洗时挂灰沉积过多和酸洗后冲洗不够。酸洗时应不断晃动零件,使反应后的产物从钛合金表面脱落,酸洗后应加强喷淋或冲洗的办法去除挂灰。国内一般采取压缩空气和自来水混合的高速水流冲洗零件,效果良好。

1.3氧化皮未除尽导致该缺陷的原因比较多,各个工序均有可能。有可能除油不良,或者熔融盐处理时间不够,或者酸洗溶液失效。出现该缺陷时,应该逐一排除各种可能因素,在必要的时候,可以在前处理增加喷砂工序。

1.4条纹状花斑导致该缺陷的原因一般是由于反应不均匀造成的。可以通过酸洗时晃动零件和降低酸洗液温度来排除。除了以上几种缺陷,有时还会发现酸洗后检验合格的产品,经过一段时间后,表面出现花斑的现象。对于此种现象,现在研究比较少,可能是由于酸洗后表面有残留酸液或后续生产带入的腐蚀性介质存在,在应力的共同作用下产生的,在微观检测下与一般腐蚀形态有所区别,一般来说不影响其使用性能,可通过再次酸洗的方法去除,但是受力件要加强二次酸洗后的除氢处理。

摘要：综述了钛合金材料的应用及研究现状，着重介绍了钛及钛合金的主要特性，加工性能及其在航空航天、军事工业和汽车制造方面的应用，并在此基础上展望了钛合金的发展方向。

关键词：钛合金特性加工性能应用领域

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Ti在地壳中的丰度为0.56%(质量分数，下同)，在所有按元素中居第9位，而在可作为结构材料的金属中居第4位，仅次于Al、Fe、Mg，其储量比常见金属Cu，Pb，Zn储量的总和还多。我国钛资源丰富，储量为世界第一。钛合金的密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。

一、钛及钛合金的特性

钛及钛合金具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面：

摘要：钛及钛合金型材已被广泛应用于航空航天领域，如何制定挤压工艺参数和合理的热处理制度对是否能够生产出合格的型材产品尤为重要。文章阐述了钛及钛合金型材挤压特点，叙述了钛合金型材生产过程中的影响因素。

关键词：钛合金型材；润滑；模具；热处理

钛及其合金由于密度低（4.5-4.8g/cm3，比钢约轻40%）、耐蚀性好和比强度高而成为一种优良的结构材料，在航空、航天、海洋及化工机械领域非常引人注目，在国防科技领域占有重要地位。钛由于具有某些特殊功能（如储氢特性、形状记忆、超弹性）和无毒、生理相容性好等特性而成为新型功能材料和重要的生物医学材料。随着钛合金应用领域的不断开展，钛及钛合金型材在航空、海洋、表链、化工等诸多领域已得到了应用。钛及钛合金因易受H、O、N等气体元素污染、加工抗力大、热成型温度范围窄等原因，生产难度较大，成本较高。例如TC4合金由于变形抗力大、加工温度高，在型材加工方面，使得工艺选择更为严格，工艺选择不当会产生较大的损失。相比其它材料，钛合金型材的加工技术还不成熟、不系统。因此，研究型材挤压具有重要的应用价值[1-2]。

1钛合金型材挤压的特点

目前，生产型材的方法主要通过挤压法。挤压型材方法分为空心型材挤压和实心型材挤压。型材的品种和规格较多，诸如：牌号为TC4、TA15、TA18等钛合金以及铜型材、型钢和镁型材，规格为为“L型”、“U型”、“T型”、“Z型”等。在型材挤压当中，异型实心断面型材占据全部挤压型材品种规格的绝大部分，将近65%。采用挤压法生产型材能够大大减少金属的损失和机械加工量。挤压型材的方法多采用正向挤压法，反向挤压法和联合挤压法目前用的不太多。正向挤压法的特点是：（1）金属流动方向与挤压轴运动方向相同；（2）锭坯与挤压筒有较大的相对运动，所需的挤压力较大；（3）操作方便，工模具简单。如图1所示。反向挤压法的特点是：（1）金属流动方向与挤压轴运动方向相反；（2）挤压时的外摩擦小，挤压力小；（3）成品率较高，生产率较低。如图2所示。联合挤压法的特点是：（1）穿孔前堵住模孔，穿孔时金属反流，然后打开模孔，进行正向挤压；（2）穿孔残料损失小。目前，我国虽然已经生产出了不同牌号和规格的产品，但未形成钛及钛合金型材的生产规范，产品质量参差不齐[1]。为此，对钛合金型材挤压工艺的探讨具有一定的应用价值。

2钛合金型材挤压的主要影响因素

近年来，钛合金材料已广泛应用于航空航天等各个领域。钛合金材料的密度是45号钢的60%，但强度远远超过钢的强度，具有良好的机械性能、韧性和抗腐蚀性能，特别适合制造承受巨大应力的零部件，比如用钛合金管件组焊而成的骨架具有重量轻、强度优异和断裂韧性高的优点。

1钛合金材料的机械性能

钛合金材料导热系数只有45号钢的1/5-1/7，故切削产生的热量在切削区和切削刃附近的小范围内不易散出，造成局部切削温度过高，易造成工件被灼伤，使刀具材料软化，加快刀具磨损，容易发生粘结、崩刃现象。机械加工的热量会使表面被氧化、氮化和碳化而变黑，形成的氧化物硬度都非常高。因此，在加工中应注意速度不能太快，稍不注意温度就会升高，极易造成切削加工特别困难。

2管件的装夹方法

管件为圆弧状，与机床加工台面接触时为线性接触，装夹不牢固。故在加工装夹时，底部采用V形垫铁、上部采用弧形工装压紧固定好管件进行加工，见图1所示。

3管件相贯线端口的数控加工及编程

1、钛合金焊接工艺

1.1焊接材料

钛合金焊接一般使用成分与母材相同的焊丝，有时为了提高接头的韧性，在焊接接头强度方面降低要求，应当选择低于母材强度的焊丝。通常将在真空有条件下经过退火处理TA1～TA6和TC3等焊丝用做钛合金焊接，如果以上提到的焊丝无法供应时，可将母材剪切成窄条作为焊丝。

1.2焊前清理

钛合金的焊前清理工作非常重要，通常因为附着污物会引发气孔和夹杂杂质等问题影响焊丝焊接后焊缝的抗腐蚀性和强度，因而钛合金在焊接前必须进行清理。表面处理的常见方法为物理处理和化学处理法，物理处理主要包括表面污垢通过喷砂喷丸和抛光等方式的处理，化学处理主要是通过酸碱等化学物质将钛合金表面的污垢溶解，除去钛合金表面的氧化物，直至表面为钛合金基材为止。

1.3常见的钛合金焊接方法

1.引言

钛及钛合金不仅是制造飞机、导弹、火箭等航天器的重要结构材料，而且在机械工程、海洋工程、生物工程及化学工程中的应用也日益广泛。如在阀门制造中，将不锈钢阀门与钛制阀门同时在酸性介质中使用，钛制阀门具有更好的使用寿命。

在钛中加入合金元素形成钛合金，其强度显著提高,σb可从350～700MPa提高到1200MPa，因此在工业上应用钛合金的意义更具重要性。通常按使用状态下的组织将钛合金分为α钛合金(以TA表示)、β钛合金和(α+β)钛合金(以TC表示)三类，三种钛合金中最常用的是α钛合金和(α+β)钛合金。由于钛合金可切削性极差，因此给实际应用带来很多困难。笔者从钛合金的相对可切削性研究出发，根据多年生产经验提出较实用的刀具，供读者应用时参考。

2.钛合金可切削性的研究

若以45号钢的可切削性为100%，则钛合金的可切削性约为20～40%，其可切削性比不锈钢差，但比高温合金稍好。在钛合金中又按β型钛合金、α+β型钛合金、α型钛合金为序其可切削性逐步改善，而纯钛的可切削性最好。即在一般情况下，材料硬度愈高，加入合金元素越多，材料的可切削性越差。加工钛合金时，若材料硬度小于HB300将会出现强烈粘刀现象，而硬度大于HB370时加工又极其困难，因此最好使钛合金材料的硬度在HB300～370之间。

2.1钛合金切削机理的研究

一、利用动电位实验检测镍钛合金抗腐蚀性

动电位实验是使作为电极的金属丝发生点状或缝隙腐蚀时，腐蚀局限在金属电极端的实验利用它可以观察金属合金发生点状或缝隙腐蚀时的表面电流和电压变化情况。根据电压和电流变化曲线可以推断腐蚀相关参数。有学者采用动电位实验观察和测量不同合金表面处理方法即机械抛光、电解法抛光、空气中热处理形成的草黄色氧化层、盐浴中热处理形成的蓝色氧化层等处理后的金属作为电极时发生点状或缝隙腐蚀时的电压和电流的变化情况，发现MP的镍钛合金活化电压最低，按照镍钛合金活化电压的高低依次为BO＞CP＞EP＞SCO＞MP，腐蚀电流密度和腐蚀速率依次为CP＜SCO＜EP＜BO＜MP。上述结果都说明机械抛光组的抗腐蚀能力最差。然而镍元素释放量为EP=MP＜CP=BO＜SCO，说明了应用腐蚀电流密度和腐蚀速率来评价镍钛合金抗腐蚀能力与原子吸收光谱法所测镍元素的释放量之间并不一致。

样品的抗腐蚀性也可用崩解电压、再钝化电压和腐蚀电压来表现。用崩解电压和腐蚀电压解释材料的腐蚀抵抗力的标准依据有：当电压位于崩解电压和腐蚀电压间时，惰性金属保持静态。当电压大于崩解电压时，金属开始遭受腐蚀，甚至有可能形成点腐蚀。当再钝化电压小于腐蚀电压时，氧化层会被破坏，金属丝将保持激活状态并不断形成点腐蚀。当再钝化电压大于腐蚀电压时，金属将有可能完全钝化，如果钝化过程是主要的，金属丝点腐蚀的机会将很小。崩解电压和再钝化电压的差值与金属的点腐蚀抵抗力有关，差值越小，金属的抵抗力就越强。虽然应用动电位实验来检测镍钛合金丝的抗腐蚀性具有快捷、高效的特点，然而实验结果与原子吸收光谱法所测的镍元素释放量存在着差异，这其中的原因有待进一步探讨。

二、电解质对镍钛合金抗腐蚀性的影响

镍钛合金弓丝在口腔环境中的腐蚀受到多方面的影响，存在多种腐蚀方式，然而口腔环境中的电解质对镍钛合金的腐蚀是基本的也是主要的腐蚀，运用体外实验可以模仿这个过程。体外实验研究显示，溶液的pH值、温度、氯离子、氟离子、氧浓度等对镍钛合金的抗腐蚀性具有比较大的影响，特别是氟离子能显著影响镍钛合金的抗腐蚀性。学者们采用人工唾液浸泡实验研究镍钛弓丝的镍元素释放，发现pH值是影响镍元素释放的重要因素，pH值越小，镍的释放量越大。有学者采用酸性含氟溶液的浸泡实验研究pH值和温度对正畸镍钛弓丝的腐蚀影响，发现pH值为3.5时，溶液温度60℃组的镍钛弓丝的镍元素释放最多，弓丝表面发生了明显的腐蚀。当溶液的pH值为6时，镍元素的释放量与温度没有明显相关性。当溶液温度为5℃时，弓丝表面出现较小的腐蚀现象，与pH值没有明显的相关性。这说明只有在合适的温度和pH值环境条件下镍钛合金才会发生比较明显的腐蚀，而口腔具有合适的温度，当菌斑黏附于合金表面耗糖产酸时又可以提供合适的pH值环境，使得镍钛合金在口腔中的腐蚀不容忽视。氟离子对钛和钛合金的保护性氧化层具有侵袭性，可以降解钛和钛合金表面的保护性氧化层。氟离子与TiO反应形成TiOF2，削弱并破坏了表面钛氧化层的抗腐蚀能力，引起钛和钛合金表面的点状和缝隙腐蚀。电化学研究也表明，介质中含有氟离子时钛和钛合金的抗腐蚀性将会受到冲击，溶液中添加氟时降低了钛的激活电压，将加速钛和钛合金的腐蚀。

三、表面结构对镍钛合金抗腐蚀性的影响

摘要：针对难加工长径比较大的零件，加工时会造成切削力大、杆件容易发生变形、杆的尺寸精度难以得到保证等问题，提出了一种合理的加工工艺。主要从工艺路线的选定、装夹方式的选择、切削用量的选择、刀具和刀片的选择等方面作出了合理的分析，采用一端用三爪卡盘夹紧和另外一端用两个中心架辅助支撑的装夹方式。在切削全过程中，用特殊的车刀以及特殊的冷却液加工。通过在CW6163普通车床上进行验证，结果表明采用一端用三爪卡盘夹紧和另外一端用两个中心架辅助支撑的装夹方式能够减小细长杆在加工中的变形。在该种加工工艺方案中，特制的R38mm车刀、粗精车的切削用量、机夹式结构车刀、COOlancutO-11型号的切削液以及YG8材料的刀片能够用来切削难加工材料，并且很好地保证了细长杆零件的尺寸精度和粗糙度要求。

关键词：细长杆；装夹方式；车刀；加工工艺

细长杆零件通常是指长度与直径之比大于或等于25的零件[1]。车削细长杆零件一直是一个难题，再加上如果是TC11这种难加工材料，更加剧了问题的严重性。但TC11(Ti-6Al-3.5Mo-1.8Zr)属于一种马氏体强化型α+β型两相钛合金。可以在400~500℃下长期使用，具有非常强的工艺塑性、组织稳定、抗蠕变能力和抗高温变形能力，抗拉强度可以达到1030MPa，多为航空航天零件材料的良好选择[2-4]。与普通零件相比，TC11钛合金细长杆切削性能差，主要表现为钛合金材料切削变形系数小，切削中刀具和材料局部之间会产生高温、高压、冷作硬化严重、切削力大，这些情况加剧烈了刀具磨损，再加上细长杆刚度较差、受热变形较大严重影响了加工精度和表面质量[5-6]。喻红中[7]在折析细长杆件车削加工方法中，充分分析了零件的结构、工艺特点以及零件产生的缺陷原因，采用合理的工艺路径，探索出细长轴的加工方法。宋宏明[8]在细长杆的车削加工技术浅析中，归纳了车削常见缺陷及其原因，并在切削加工方面提出了改进措施。梁满营等[9]在细长轴切削加工工艺方案研究中，一边用三爪卡盘，一边用弹性顶尖的装夹方式，直线插补和圆弧插补相结合的加工方法来加工细长轴。以上的研究方法都适用加工比较容易切削的材料和小型零件，但实际生产中，往往会碰到大型、甚至中间有孔的难加工材料零件，比如钻杆之类的就不太适应了。针对以上问题，本文对TC11钛合金细长杆零件在实际生产中，对加工工艺、装夹方式、受力情况以及刀具选择等方面，作出了合理的分析，并通过试验验证得出，该种工工艺可以达到预期的加工效果。

1细长杆在加工过程中工艺性分析

细长杆在车削过程中的热扩散性能比较差，在车削过程中，会在切削热的作用下刀具发生黏结磨损，从而影响工件的表面粗糙度和加工精度[10]。并且钛合金TC11材料由两相组织组成，在切削过程中由于硬度比较大，因此在加工中需要比较大的切削力。以图1所示的零件为例，只对细长杆外圆车削部分进行进行工艺性分析，内外螺纹以及键槽部分不做分析处理。

1.1加工难点