损伤容限钛合金的研究进展及应用现状

本文综述了Ti-6Al-4V ELI, TC4-DT, TC21和TA15 ELI四种损伤容限钛合金的研究新进展及其应用.指出Ti-6Al-4V ELI损伤容限合金在国外已经成功应用于飞机制造中,而 TC4-DT, TC21, TA15 ELI三种损伤容限钛合金在国内处于开发研究阶段.重点介绍了TC4-DT, TC21, TA15 ELI的断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率等损伤容限性能及其影响因素,指出片层组织有利于损伤容限性能的提高.     

我国创新研制的主要船用钛合金及其应用

钛及钛合金因优异的综合性能在航空、航天、舰船、化工等行业获得广泛应用,为满足不同的应用需求,近20年我国新型钛合金的研制非常活跃,其中舰船用钛合金是我国钛合金研究和发展的重要研究方向之一。经过近50多年的努力,我国创新研制的不同强度级别船用钛合金已基本形成体系,也制备出这些合金不同规格的管、板、棒、丝材等,已基本能够满足我国工程的需求。简要介绍了中国创新研制的主要船用钛合金及其应用,如中强高韧Ti75合金、中强高塑Ti31合金、高强高韧Ti-B19合金、中强Ti91和Ti70合金、高强Ti80合金等,同时也简要介绍了可能用于海洋工程的其他创新研制的钛合金,如高强(1 100 MPa)高韧损伤容限型TC21合金、中强(900 MPa)高韧损伤容限型TC4-DT合金、强度为1 300 MPa的Ti-1300、强度为1 500 MPa的Ti-1500、强度为1 600 MPa的Ti-1600合金以及中强的低温钛合金CT20等。     

TC21钛合金的热加工行为研究进展

综述了高强高韧损伤容限型钛合金TC21的热加工行为研究进展.重点介绍了热加工及热处理工艺参数对TC21钛合金的相组成、显微组织与力学性能、损伤容限性能等方面的影响.指出TC21钛合金在国内某些领域已经得到了应用,但有待进一步研究与开发.     

Ti-17合金的α+β区变形及热处理与显微组织

一、前言 Ti-17合金是美国通用电气公司研制的用于发动机风扇和压气机盘的材料。该合金是富β相的两相钛合金,其β稳定元素(Mo+Cr)含量较高。它既可以在β区加工,也可在α+β区加工,后续的热处理制度根据加工工艺确定。该合金具有较高的综合性能,经热处理调整后,屈服强度可达1034～1173MPa,与Ti-6Al-6V-2Sn相当,比TC4要高138～206MPa;它还有较高的塑性和韧性,蠕变性能更优于TC4合金。该合金在美国已投入批量生产,在F-100和F-110及CFM56等发动机中获得正式应用。本文探讨了α+β区变形和热处理对该合金显微组织的影响,为该合金的生产实践提供一些有益参数。     

钛合金的工艺加工特性

钛及其合金由于密度小、强度高、比强度大、高低温性能优异等优点,被广泛应用于航空航天等领域。现代飞机特别是其发动机尤其需要利用钛合金提供的这些优异性能。美国大名鼎鼎的SR-71“黑鸟”钛合金材料占了总重的93％,可称作是一种全钛飞机。在最新的波音787、空客A380、F-22战斗机、F-35战斗机等新机型也都大量采用了钛合金材料,据统计在F-22上钛合金材料占总材料的55％,而其发动机F119上钛合金材料也占了42％左右。     

YF-22战斗机选用的钛合金

一种高强度锻造钛合金已被洛克希德公司选为先进战术战斗机YF-22的原形机的机身材料,该合金的成分是Ti-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.25Si。它的室温极限拉伸强度为1275MPa,而Ti-6Al-4V的拉伸强度为992MPa。在316℃,它的拉伸强度是979MPa,而Ti-6Al-4V的极限     

生物医用钛合金材料的研究、开发与应用

生物医用材料及制品是近30年来发展起来的一类技术附加值最高的高新技术产品,其作用药物不能替代。近10年来,生物材料和制品的世界市场增幅百分率一直保持在两位数左右,发展趋势可与汽车和信息产业相比,正在成长为世界经济的一个新的支柱性产业,而生物材料的研发已成为世界研究热点。钛合金是一种继不锈钢、钴铬合金和TiNi形状记忆合金之后可用于人体软、硬组织修复与替代较理想的外科植入物用首选材料,它先后经过了第一代材料纯钛(α型)和Ti6Al4V合金(α β型)和第二代无钒的α β型钛合金Ti6Al7Nb和Ti5Al2.5Fe以及以β型钛合金为主的第三代新型医用钛合金(如Ti-13Nb-13Zr)的发展历程,其出发点是寻找生物相容性更好(不含对人体有毒的元素)、与人体骨骼力学相容性更加匹配(降低弹性模量、减小对骨组织的“应力屏蔽“)且综合性能优良的钛合金材料。综述了国际上生物医用钛合金的研发历史和现状,重点介绍了国际上正在热点研究的新型β型医用钛合金材料的合金设计、加工制备及其组织与性能控制和在骨科与血管介入领域的应用现状,特别是介绍了我国自主开发的两种新型医用β型钛合金的研究及其相关医疗器械产品研制情况,最后指出了医疗器...     

钛合金在大型运输机上的应用

随着航空业的复苏,大型运输机的需求量日益增多.钛合金在大型运输机上的用量不断扩大,B787客机和C-17军用运输机的钛合金用量已分别达15%和10.3%.B777使用了Ti-10V-2Fe-3Al合金主起落架载重梁,B747使用了Ti-6Al-4V合金主起落架梁、A380和A350使用了全钛挂架.钛合金在大型运输机上的应用出现亮点是使用了钛合金整体精铸件、钛合金薄璧铸件、石墨纤维钛合金层板、新型高强高韧近β钛合金.文章最后指出我国航空界和材料界应充分重视相关钛合金材料及其热加工工艺研究开发和应用工作,不断提高使用性能,降低生产成本,以满足大型运输机的发展需求.     

Ti-6Al-4V钛合金的疲劳裂纹扩展规律

针对熔模铸造Ti-6Al-4V钛合金的等幅疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值进行了研究。结果表明：该钛合金CT试样的疲劳裂纹扩展门槛值高于CCT试样的疲劳裂纹扩展门槛值,同一类试样的疲劳裂纹扩展门槛值随着应力比的增加呈下降趋势;疲劳裂纹扩展速率随着平均应力的增加以及应力水平的增加而增大;根据疲劳裂纹扩展试验数据拟合了Ti-6Al-4V钛合金Paris方程和Walker方程中的相关材料参数,以为材料的使用寿命评估及损伤容限设计提供参考。     

Ti-15-3合金的工艺、性能与晶粒度间关系的研究

一、前言 钛合金具有高的比强度,在航空工业上得到广泛应用,被誉为“空中金属”。美国著名的SR-71“黑鸟”侦察机被称为“全钛飞机”,其机体就应用了大量的β型钛合金,但限于当时β钛合金的技术水平,没有得到更广泛的应用。近来随着几种新型β钛合金的问世,为航空工业应用β钛合金开辟了广阔前景。尤其是Ti-15-3合金被认为是β钛合金发展的一个顶峰,它是70年代美国空军材料试验室研制的,优点是强度高、冷成形性好,有良好的可焊性,已被制成燃料舱、壳体、紧固件等航空构件,成功地用于美国A-10攻击机、B-1战略轰炸机等。 Ti-15-3合金的一个重要应用方面是采用冷成形的方法加工成板金结构件。板材的成形与其强度、形变强化指数、塑性应变比、弯曲角等性能参数有着者密切的关系。本文着重研究了该合金的工艺及热处理制度对上述性能参数的影响。这对于产品工艺的制定、热处理制度的选择都具有实际意义。     

新型铝锂合金的微观组织及其在局部腐蚀中的作用

新型铝锂合金由于其低密度、高比强度、高比刚度、高弹性模量、高损伤容限等优良性能日益广泛地应用于航空航天领域。然而,由于特殊的微观组织以及锂元素极高的化学活性,新型铝锂合金容易发生局部腐蚀,严重影响合金构件的使用寿命和安全可靠性。对新型铝锂合金的微观组织及其在合金腐蚀过程中的作用研究进展进行了综述,以期为新型铝锂合金的研究与应用提供一定参考。     

600 ℃高温钛合金发展现状与展望

钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性能和低温性能好、热强度高等优点,是航空航天工业中重要的结构材料。同时,相比于铝、镁轻合金,钛合金高温性能优异,因而在航空发动机耐高温部件中也有着相当大的应用潜力。1954年,美国研发出了第一种实用型高温钛合金Ti-6Al-4V,高温长时使用温度为300～350℃,综合性能良好,在之后的很长一段时间内被广泛使用。随着航空航天工业的不断发展,尤其是航空发动机的发展,其他各国也都相继研发出了一些使用温度更高的高温钛合金,直至1984年,英国开发出了世界上第一个使用温度达600℃的高温钛合金IMI834。IMI834的典型特点是在原有的近α型高温钛合金Ti-Al-SnZr-Mo-Si体系中加入了0.06%C,扩大了两相区的加工窗口,优化了组织。在此之后,美国于1988年在原有高温钛合金Ti-6542S的基础上通过调整一些合金元素的含量也获得了一种实用温度为600℃的高温钛合金Ti1100。1992年,俄罗斯在BT18Y的基础上用5%的高熔点W代替1%Nb也开发出了一种达600℃的高温钛合金BT36。而国内高温钛合金起步相对较晚,前期以仿制为主,后逐渐形成了以添加稀土元素为特色的高温钛合金体系,典型的有中科院金属研究所和宝钛集团研发的Ti60和西北有色金属研究院自主研发的Ti600,它们的实际使用温度均为600℃,综合性能优异。总体来说,目前高温钛合金的使用温度很难突破600℃,主要是由于使用温度高于600℃时合金的热强性与热稳定性难以匹配协调,并且合金的抗氧化性急剧下降,表面氧化严重,导致合金热稳定性以及疲劳性能下降,甚至可能使航空发动机高压压气机部位的零部件存在"钛火"的风险。本文综述了国内外600℃及600℃以上的高温钛合金的发展现状。重点介绍了美国的Ti1100、英国的IMI834、俄罗斯的BT36、中国的Ti60、TG6和Ti600(600℃高温钛合金)以及中国的Ti65和Ti750(600℃以上高温钛合金)。总结了各国发展高温钛合金的思路,指出了限制高温钛合金向更高使用温度发展的瓶颈并提出了可能的解决途径。从控制α2相大小、形态、含量以及改善热加工工艺的角度对未来高温钛合金的发展进行了展望,以期为进一步提高高温钛合金的使用温度、优化高温钛合金性能提供指导。     

Mechanical properties and microstructures of low cost β titanium alloys for healthcare applications

Titanium alloys are the best choice of metallic materials for biomedical and healthcare applications due to the combination of their excellent mechanical properties and biocompatibility. However, the usage of titanium alloys is limited due to its high cost. In order to reduce their cost, two new titanium alloys, Ti–4.3Fe–7.1Cr (TFC alloy) and Ti–4.3Fe–7.1Cr–3.0Al (TFCA alloy), for healthcare goods such as wheelchairs have been recently developed using low cost ferro-chrom elements. The microstructure and mechanical properties of both alloys subjected to solution treatment in the beta field or thermomechanical treatment were investigated, and then evaluated for their potential to be used as wheelchair materials.The specific strength and fatigue ratio of TFC and TFCA alloys are much greater than those of the existing wheelchair materials. Unrecrystallized grains obtained in the alloys at low solution treatment temperature can be eliminated by increasing solution treatment temperature or by conducting thermomechanical treatment. The latter method is recommended because it also gives a better strength and ductility balance as a result, mainly, of grain refinement. However, TFCA alloy seems to have more potential to be used as wheelchair materials compared to TFC alloy because of its better workability and post thermomechanical treatment ductility.     

钛合金干滑动摩擦行为与磨损机理研究进展

钛合金因具有高的比强度、比刚度,良好的耐蚀性和耐热性等优点,在航空航天、化工、能源等领域广泛应用,但钛合金存在表面硬度低、抗塑性剪切能力较差、不易加工硬化以及表面氧化物保护作用较差等缺陷,使其耐磨性较差,阻碍了其在耐磨损领域的发展。为了提高钛合金自身的耐磨性潜力和扩大其应用领域,本文主要概述了近年来国内外有关钛合金干滑动摩擦磨损领域的研究现状,讨论了影响钛合金摩擦磨损性能的主要因素以及在不同条件下的磨损机理,并对钛合金干滑动摩擦磨损行为的研究进行了展望。     

双辉等离子表面冶金技术的新进展

总结了近年来双层辉光离子渗金属技术的发展，介绍了以双辉工艺在钛及钛合金表面形成阻燃合金，采用无氢渗碳在钛及钛合金表面形成高硬抗磨层，在纯铁、碳钢等基材表面形成时效硬化高速钢，在纯铜表面形成Ti-Cu耐磨合金等表面冶金新技术。     

Relationships of strength to composition and phase constitution for three aged beta titanium alloys

X-ray diffraction techniques were used to study properties of three beta titanium alloys in the alpha aged condition. The alloys studied were Beta 111 (Ti-11.5 Mo-6 Zr-4.5 Sn), Beta C (Ti-3 Al-8 V-6 Cr-4 Mo-4 Zr), and 8-8-2-3 (Ti-8 V-8 Mo-2 Fe-3 Al). The volume percentage of alpha phase present and the lattice parameters of both the alpha and beta structures were determined for different ageing treatments. Ultimate tensile strength is related to both alpha content and beta unit cell size in these alloys. However, at high strength levels, beta unit cell size is a more sensitive indicator of tensile strength than percentage of alpha phase. The effects of precipitation hardening mechanisms and alloy partitioning on strengthening are discussed.     

航空发动机用先进高温钛合金材料技术研究与发展

新一代高推重比航空发动机压气机和涡轮系统高温环境使用的叶片、盘、机匣、整体叶盘和整体叶环等构件设计通常选用先进高温钛合金材料。本文综述近年来我国600℃高温钛合金、阻燃钛合金、TiAl合金、连续SiC纤维增强钛基复合材料及其应用技术取得的最新研究进展,并提出材料及构件设计、加工和使用亟待突破的关键技术,包括工业铸锭成分高纯化和均匀化控制技术、大规格棒材及特殊锻件制备技术、整体叶盘和整体叶环零件机械加工技术、材料性能评价及应用设计技术等。先进高温钛合金材料的不断应用将有力推动我国航空发动机技术发展。     

Ti－15－3合金的性能数据

研究了可冷成形的Ｔｉ－１５－３高强钛合金两种时效制度的全面力学性能，为该合金的扩大应用提供了依据。     

Low cycle fatigue behavior of Ti6Al4V thermochemically nitrided for its use in hip prostheses

Titanium and its alloys have many attractive properties including high specific strength, low density, and excellent corrosion resistance. Besides, titanium and the Ti6Al4V alloy have long been recognized as materials with high biocompatibility. These properties have led to the use of these materials in biomedical applications. Despite these advantages, the lack of good wear resistance makes difficult the use of titanium and Ti6Al4V in some biomedical applications, like articulating components of prostheses. Some surface treatments are available in order to correct these problems, like thermal surface treatment by means of nitrogen gaseous diffusion at high temperature. Nitrogen enters into the material by diffusion, creating a surface layer of increased hardness. Low cycle fatigue behavior in air of Ti6Al4V alloy has been studied. Results show a reduction of low cycle fatigue life up to 10% compared to the not-treated material. Studies suggest it is not related to the titanium nitride surface layer, but to microstructural changes caused by the high temperature treatment.