[工学]钣钛成型_电子教案 第一章ppt课件

1、主要内容主要内容钛板成形技术钛板成形技术钛板成形技术钛板成形技术用什么作为用什么作为耐高温的电耐高温的电炉，必需不炉，必需不含有氧化物含有氧化物?“水冷铜坩埚水冷铜坩埚的电炉的电炉如何防止如何防止O O、C C 、N N等元等元素的侵入？素的侵入？真空或真空或惰性气氛惰性气氛怎样除去钛怎样除去钛 矿中的其他矿中的其他元素？元素？氯气和纯镁氯气和纯镁 钛的化学活性大，与大气中钛的化学活性大，与大气中O、N、水蒸气等发生、水蒸气等发生剧烈的化学反响。剧烈的化学反响。钛板成形技术钛板成形技术钛板成形技术钛板成形技术 我国按杂质含量和硬度将海绵钛我国按杂质含量和硬度将海绵钛(原料原料)分为五级分为五级

2、(0、1、2、3、4级级)钛板成形技术钛板成形技术世界各主要海绵钛消费国的产量2001-2007钛板成形技术钛板成形技术为什么主要运用于尖端领域呢？矿砂提炼静电分别克罗尔法真空熔炼 由于开采及提炼纯钛由于开采及提炼纯钛的过程繁复，长达六个月。的过程繁复，长达六个月。钛板成形技术钛板成形技术2007 2007 年国内各类钛加工材产量比例年国内各类钛加工材产量比例钛板成形技术钛板成形技术p工业纯钛工业纯钛工业纯钛系指几种含有少员铁、工业纯钛系指几种含有少员铁、碳和氧等杂质不同档次的非合碳和氧等杂质不同档次的非合金钛。它不能进展热处置强化。金钛。它不能进展热处置强化。其成形性能优良，并易于熔焊其成形

3、性能优良，并易于熔焊和钎焊。它主要用于制造各种和钎焊。它主要用于制造各种非承力构造件，长期任务温度非承力构造件，长期任务温度300。工业纯钛蒸发器钛 板钛板成形技术钛板成形技术p钛合金二元相图钛合金二元相图 钛与常见元素溶质间的二元相图分类钛与常见元素溶质间的二元相图分类 中性元素 稳定元素 稳定元素钛板成形技术钛板成形技术相稳定元素，能提高相稳定元素，能提高相的转变温度，扩展相的转变温度，扩展相区，如铝和氧、氮等；相区，如铝和氧、氮等；中性元素，在中性元素，在相和相和相中均有较大固溶度，对相中均有较大固溶度，对 相变温度影响不大，如锡、锆等。相变温度影响不大，如锡、锆等。 相稳定元素，普通是

4、降低相稳定元素，普通是降低相的转变温度，扩展相的转变温度，扩展相区。相区。钛板成形技术钛板成形技术纯钛参与合金元素构成钛合金。钛合金几乎都含有铝。铝纯钛参与合金元素构成钛合金。钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度。能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度。钛合金泵钛合金泵钛合金按退火组织可分为钛合金按退火组织可分为型钛合金、型钛合金、型钛合金和型钛合金和+型钛合金三类，牌号型钛合金三类，牌号分别用分别用TA、TB、TC加顺序加顺序号表示。如号表示。如TA5、TB2、TC4等。等。p钛合金钛合金钛板成形技术钛板成形技术主加元素为铝，还有锡、主加元素为铝，还有锡、硼等。不能热

5、处置强化，硼等。不能热处置强化，通常在退火形状下运用，通常在退火形状下运用，组织为单相组织为单相固溶体。强固溶体。强度低于另两类钛合金，但度低于另两类钛合金，但高温强度、低温韧性及耐高温强度、低温韧性及耐蚀性优越。蚀性优越。钛合金氢钛合金氢泵诱导轮泵诱导轮钛合金氢泵壳体钛合金氢泵壳体1、型钛合金型钛合金钛板成形技术钛板成形技术常用牌号有常用牌号有TA5、TA7等，主要用于等，主要用于制造制造500以下任务零件，如飞机压以下任务零件，如飞机压气机叶片、导弹燃料罐、超音速飞机气机叶片、导弹燃料罐、超音速飞机蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。 钛合金卫星框架钛合金卫

6、星框架钛合金液下泵钛合金液下泵 -Ti合金组织合金组织1、型钛合金型钛合金钛板成形技术钛板成形技术主加元素有钼、铬、钒、铝等。主加元素有钼、铬、钒、铝等。经淬火加时效处置后，组织为经淬火加时效处置后，组织为相基体上分布着细小的相基体上分布着细小的相相粒子。这类合金强度高，但冶粒子。这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，难于焊接炼工艺复杂，难于焊接, ,运用运用遭到限制。遭到限制。2、型钛合金型钛合金钛合金管钛合金管钛合金管运钛合金管运用用钛板成形技术钛板成形技术 型钛合金有型钛合金有TB2、TB3、TB4三个牌号。主要用于三个牌号。主要用于350以下任务的构造件和以下任务的构造件和紧固件，如飞机压气

7、机叶片、紧固件，如飞机压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等。轴、弹簧、轮盘等。钛合金棒钛合金棒钛合金眼镜架钛合金眼镜架钛离心泵钛离心泵2、型钛合金型钛合金钛板成形技术钛板成形技术3、+型钛合金型钛合金参与合金元素有铝、钒、参与合金元素有铝、钒、 钼钼 铬等。可进展热处置强化，强铬等。可进展热处置强化，强度高，塑性好，具有良好的热度高，塑性好，具有良好的热强性、耐蚀性和低温韧性。强性、耐蚀性和低温韧性。 +型钛合金共有九个牌号，型钛合金共有九个牌号，其中以其中以TC4运用最广、其经过运用最广、其经过淬火加时效处置后，组织为淬火加时效处置后，组织为+时效析出针状时效析出针状。钛板成形技术钛板成形技术 +

8、型钛合金主要用于制型钛合金主要用于制造造400以下任务的飞机压以下任务的飞机压气机叶片、火箭发动机外气机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹液氢燃料壳、火箭和导弹液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体。箱部件及舰船耐压壳体。生物医生物医用资料用资料飞机压气机叶片飞机压气机叶片3、+型钛合金型钛合金p几种典型钛合金性能及运用几种典型钛合金性能及运用钛板成形技术钛板成形技术 为为型钛合金，属型钛合金，属Ti-Al-Sn系系(Ti-5Al-2.5Sn)，铝和锡，铝和锡起稳定起稳定和固溶强化作用。和固溶强化作用。 具有中等强度和较高的耐热性。可在具有中等强度和较高的耐热性。可在400下长期下长期任务。任务。 具有良

9、好的低温性能和焊接性能。随温度降低，强具有良好的低温性能和焊接性能。随温度降低，强度升高，塑性略有下降在度升高，塑性略有下降在-250时仍坚持良好的塑性，用时仍坚持良好的塑性，用于超低温高压容器。于超低温高压容器。 冷热加工性较差。轧制工艺对热成型影响较大，轧冷热加工性较差。轧制工艺对热成型影响较大，轧制温度为制温度为750左右，具有较好的热成型性。左右，具有较好的热成型性。TA7合金合金钛板成形技术钛板成形技术 +型合金，国际上一种通用型钛合金，其用量占型合金，国际上一种通用型钛合金，其用量占钛合金总耗费量钛合金总耗费量50左右。在航空工业上多用于做压左右。在航空工业上多用于做压气机叶片，盘

10、和紧固件等；也可制造在气机叶片，盘和紧固件等；也可制造在196下运用下运用的低温容器，合金组织和性能稳定，任务可靠，工艺的低温容器，合金组织和性能稳定，任务可靠，工艺易掌握，适宜大规模消费。易掌握，适宜大规模消费。 性能缺乏：如冷变形性能差，难于轧制成薄板和性能缺乏：如冷变形性能差，难于轧制成薄板和薄壁管材；淬透性低薄壁管材；淬透性低(小于小于25mm)，限制了时效强化的，限制了时效强化的运用。运用。TC4 (Ti-6Al-4V)：钛板成形技术钛板成形技术亚稳定亚稳定型合金，在固溶形状下有良好的冷成形性，时型合金，在固溶形状下有良好的冷成形性，时效后抗拉强度为效后抗拉强度为13233MPa，延

11、伸率坚持在，延伸率坚持在78。用于用飞机上的铆钉和螺栓，用箔材用于用飞机上的铆钉和螺栓，用箔材(0.15 0.25mm)吹吹塑成型制成高强度波纹壳体可用于卫星上。塑成型制成高强度波纹壳体可用于卫星上。高韧性合金，冷成型性能优良，薄板、带材和箔材。固高韧性合金，冷成型性能优良，薄板、带材和箔材。固溶时效处置后其强度可超越溶时效处置后其强度可超越TC4合金约合金约50，性能均匀。，性能均匀。在在B1轰炸机上用它制造的零件达轰炸机上用它制造的零件达250个，用它取代强度个，用它取代强度较低的较低的TA7和必需热成型的和必需热成型的TC4合金。合金的冷成型性合金。合金的冷成型性能优良、各向异性较小，适

12、于钣金成形。能优良、各向异性较小，适于钣金成形。TB2(Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al)TB5Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al钛板成形技术钛板成形技术钛具有两种同素异构体钛具有两种同素异构体及及。低温。低温-Ti-Ti在在882882以下以下稳定，具有密排六方构造稳定，具有密排六方构造(HCP)(HCP)，高温，高温-Ti-Ti稳定于稳定于882882熔点熔点16781678，为体心立方构造，为体心立方构造(bcc)(bcc)。钛体积质量小钛体积质量小4.51g/cm3)4.51g/cm3)，比强度高。在，比强度高。在-253 -253 600600范围内，钛比强度最高；但由于同素异性

13、转变和高温范围内，钛比强度最高；但由于同素异性转变和高温下吸气、氧化倾向影响，耐热性为中等，介于铝与镍之间。下吸气、氧化倾向影响，耐热性为中等，介于铝与镍之间。具有优良的耐蚀性，在室温下能很快生成一层具极好维具有优良的耐蚀性，在室温下能很快生成一层具极好维护性的钝化层护性的钝化层TiO2)TiO2)。在许多介质中，其耐蚀性极高。在许多介质中，其耐蚀性极高。钛的低温性能很好。在液氮温度下仍有良好的机械性能，钛的低温性能很好。在液氮温度下仍有良好的机械性能，强度高而仍坚持有良好塑性和韧性。强度高而仍坚持有良好塑性和韧性。p钛的物理性能钛的物理性能钛板成形技术钛板成形技术p钛的弹性模量较低钛的弹性模

14、量较低120GPa120GPa。约为铁的。约为铁的54%54%，比模量稍，比模量稍低于钢适于做弹性元件，但加工时回弹比较大。合金化可低于钢适于做弹性元件，但加工时回弹比较大。合金化可使钛弹性模量发生很大变化。使钛弹性模量发生很大变化。p钛的具有导热系数和线膨胀系数均低。钛的比热容与不锈钛的具有导热系数和线膨胀系数均低。钛的比热容与不锈钢相当，电阻率比不锈钢稍大。钢相当，电阻率比不锈钢稍大。p钛的导磁率近乎为钛的导磁率近乎为1.01.0，非磁性，非磁性( (严厉说为顺磁性严厉说为顺磁性) )。制成。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下

15、潜深度比不锈钢潜艇添加比不锈钢潜艇添加80%80%。同时，由于钛无磁性，不会被水雷。同时，由于钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。发现，具有很好的反监护作用。p钛具有优良的生物相容性。无毒、质轻、强度高，是非常钛具有优良的生物相容性。无毒、质轻、强度高，是非常理想的医用金属资料，可用作植入人体的资料理想的医用金属资料，可用作植入人体的资料钛板成形技术钛板成形技术钛在各种介质中的耐腐蚀性钛在各种介质中的耐腐蚀性硝酸硝酸对各种浓度及温度的硝酸耐腐蚀性好对各种浓度及温度的硝酸耐腐蚀性好硫酸、盐酸及磷酸硫酸、盐酸及磷酸在低温低浓度溶液或高温高浓度在加缓蚀剂在低温低浓度溶液或高温高浓度在加缓

16、蚀剂条件下可有限制的使用条件下可有限制的使用氢氟酸氢氟酸很快被腐蚀很快被腐蚀有机盐酸有机盐酸一般良好，在蚁酸和三氯化醋酸中呈钝性一般良好，在蚁酸和三氯化醋酸中呈钝性无机盐酸无机盐酸除氧化钼外，在氯化盐（海水）中抗生疤性除氧化钼外，在氯化盐（海水）中抗生疤性突出突出碱碱 类类除特浓的氢氧化钾外，对各种浓度和沸点的除特浓的氢氧化钾外，对各种浓度和沸点的碱抗腐蚀性好碱抗腐蚀性好钛的耐腐蚀性能钛的耐腐蚀性能钛板成形技术钛板成形技术不同资料和温度条件应力不同资料和温度条件应力-应变曲线应变曲线TC4TA2TA7TC4p钛的力学性能钛的力学性能钛板成形技术钛板成形技术三、钛的力学性能三、钛的力学性能工工

17、业业 纯纯 钛：钛：270630MPa钛钛 合合 金：金：7001200MPa高强钛合金：高强钛合金：1200MPaa) 强强 度度d) 硬硬 度度 经加工的纯钛：经加工的纯钛：HB=200295b) 刚刚 度度工业纯钛的抗压、抗拉模量：工业纯钛的抗压、抗拉模量：105109GPa 抗剪、改动模量：抗剪、改动模量：46GPa 钛合金的抗压、抗拉模量：钛合金的抗压、抗拉模量：110120GPa 抗剪、改动模量：抗剪、改动模量：4151GPa c) 延伸率延伸率工业纯钛：工业纯钛：2540%钛钛 合合 金：金：820%钛板成形技术钛板成形技术1. 强度强度(b、0.2)高，所需成形压力；高，所需成

18、形压力；2. 屈强比屈强比(0.2 b)大，塑形交形范围小；大，塑形交形范围小；3. 弹性模量弹性模量E小，塑性变形回弹量大；小，塑性变形回弹量大；4. 延伸率延伸率及加工指数及加工指数n值较低，容易发生破裂；值较低，容易发生破裂；5. 弯曲才干差，凡有弯曲变形工序，弯曲半径都应加大；弯曲才干差，凡有弯曲变形工序，弯曲半径都应加大；6. 受压稳定性低，变形过程易失稳起皱；受压稳定性低，变形过程易失稳起皱；7. 硬度高，成形钛板的模具资料该当有较高的强度和硬度；硬度高，成形钛板的模具资料该当有较高的强度和硬度；8. 抗磨损才干低，成形过程极易损伤零件和模具；抗磨损才干低，成形过程极易损伤零件和模

19、具；9. 冷作硬化倾向大，普通工序间应进展退火以消除应力；冷作硬化倾向大，普通工序间应进展退火以消除应力；10. 对于缺口及变形速度敏感大，给冲压成形带来不利影响。对于缺口及变形速度敏感大，给冲压成形带来不利影响。钛板成形技术钛板成形技术钛加工材本钱构造图钛板成形技术钛板成形技术 目前，全世界已研制了几百种钛合金，但投入工业消费的目前，全世界已研制了几百种钛合金，但投入工业消费的不到不到100100种。我国研制的钛合金有近种。我国研制的钛合金有近6060种。列入国家规范的已种。列入国家规范的已有有4040余种，为满足高推重比航空发动机消费的需求，研讨余种，为满足高推重比航空发动机消费的需求，研

20、讨600650600650长时运用的钛合金。有三条途径：长时运用的钛合金。有三条途径： a) a)研讨传统型研讨传统型( (以固溶体为基的以固溶体为基的) )钛合金。受抗氧化性的制钛合金。受抗氧化性的制约，这种钛合金的极限温度估计为约，这种钛合金的极限温度估计为650650； b) b)开展金属间化合物为基的钛合金。即开展金属间化合物为基的钛合金。即Ti3AlTi3Al基与基与TiAlTiAl基基合金，其极限运用温度分别达合金，其极限运用温度分别达750750和和900900，用于航空发动机，用于航空发动机的的“热端热端( (涡轮部分涡轮部分) )，估计在近，估计在近1010年内可获得实践运用

21、；年内可获得实践运用； c) c)开展以开展以SiCSiC纤维加强的钛基复合资料和以纤维加强的钛基复合资料和以TiCTiC或或TiBTiB颗粒颗粒加强的钛基复合资料加强的钛基复合资料 它将使航空发动机的构造发生革命性变它将使航空发动机的构造发生革命性变化，实现压气机的化，实现压气机的“叶盘一体化，使发动机推重比到达叶盘一体化，使发动机推重比到达2020以以上。上。钛板成形技术钛板成形技术 d) d)开展综合性能更好的高强钛合金开展综合性能更好的高强钛合金 高强钛合金目前已到高强钛合金目前已到达达b1250MPab1250MPa程度，其强度可与程度，其强度可与30CrMnSiA30CrMnSiA

22、优质构造钢媲美，优质构造钢媲美，但其延伸率与断裂韧性但其延伸率与断裂韧性(KIC)(KIC)及弹性模量还差一些，耐热性在及弹性模量还差一些，耐热性在350350以下。以下。 e) e)开展耐蚀性更好的钛合金开展耐蚀性更好的钛合金 特别是开展在复原性介质中特别是开展在复原性介质中像像Ti-32MoTi-32Mo一样耐蚀，但加工性较好的合金。一样耐蚀，但加工性较好的合金。 f) f)开展多用途的公用钛合金开展多用途的公用钛合金 如新型外形记忆合金、恒弹如新型外形记忆合金、恒弹性钛合金、低膨胀钛合金、高电阻钛合金、低屈强比易冷成性钛合金、低膨胀钛合金、高电阻钛合金、低屈强比易冷成形的钛合金和高应变速

23、率的超塑成形钛合金等。形的钛合金和高应变速率的超塑成形钛合金等。 g) g)开展低本钱的钛合金开展低本钱的钛合金 包括不含或少含贵重元素的钛合包括不含或少含贵重元素的钛合金，能充分利用残留的钛合金和易切削加工的钛合金等。金，能充分利用残留的钛合金和易切削加工的钛合金等。 钛板成形技术钛板成形技术 国内开展的国内开展的600600用钛合金用钛合金Ti60Ti60和和Ti600Ti600合金均是以合金均是以Ti-Ti-A1-Sn-Zr-Mo-SiA1-Sn-Zr-Mo-Si等高温系的根底上参与少量的稀土元素等高温系的根底上参与少量的稀土元素NdNd，经过内氧化方式构成富有经过内氧化方式构成富有NdNd、SnSn和和O O的稀土相，降低基体的稀土相，降低基体中的氧含量，从而起到净化基体，改善合金热稳定性的作中的氧含量，从而起到净化基体，改善合金热稳定