工程材料--鈦及鈦合金

1、第三節(jié)第三節(jié) 鈦及鈦合金鈦及鈦合金 一、概述一、概述 純鈦密度小，熔點(diǎn)高。882.5發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變-Ti -Ti, 由體心立方-Ti轉(zhuǎn)變?yōu)槊芘帕?Ti。 純鈦比強(qiáng)度高，塑性、低溫韌性和耐蝕性好。 工業(yè)純鈦中含有氫、碳、氧、鐵、鎂等雜質(zhì)元素。 工業(yè)純鈦按雜質(zhì)含量不同分為TA1、TA2、TA3，編號(hào)越大，雜質(zhì)含量越多。美美F-22戰(zhàn)機(jī)約戰(zhàn)機(jī)約36%重量的零重量的零件用鈦合金制造件用鈦合金制造 純鈦主要用于 350以下工作、強(qiáng)度要求不高的零件，如石油化工用熱交換器、反應(yīng)器，海水凈化裝置及艦船零部件。 鈦鋼復(fù)合反應(yīng)釜鈦鋼復(fù)合反應(yīng)釜鈦管換熱器鈦管換熱器鈦制蒸餾塔鈦制蒸餾塔二、鈦合金的分類及熱處理二、

2、鈦合金的分類及熱處理（一）鈦合金的分類（一）鈦合金的分類純鈦加入合金元素形成鈦合金。鈦合金幾乎都含有鋁。鋁能提高鈦合金的強(qiáng)度、比強(qiáng)度和再結(jié)晶溫度。（a）表示添加Al、Ni、O等元素形成的相穩(wěn)定型相圖；（b）表示添加Mo、V等元素形成的相穩(wěn)定型相圖； （c）表示添加Cu、Ag、Si等元素形成的共析型相圖； （d）表示添加Zr等元素與Ti完全固溶，對(duì)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變影響不大。 按退火組織，鈦合金可分為型鈦合金、型鈦合金和+型鈦合金三類，它們的牌號(hào)分別用TA、TB、TC加順序號(hào)表示 。如TA5、TB2、TC4等。其中TA1TA3為工業(yè)純鈦。 （二）、鈦合金的熱處理（二）、鈦合金的熱處理 1、退火去應(yīng)力退

3、火再結(jié)晶退火（650850）2、HT強(qiáng)化（淬火時(shí)效）TA類不能HT強(qiáng)化TB類TC類均可HT強(qiáng)化 b稍有 1 1、 型鈦合金型鈦合金 主加元素為鋁，還有錫、硼等。 不能熱處理強(qiáng)化，通常在退火狀態(tài)下使用，組織為單相固溶體。 強(qiáng)度低于另兩類鈦合金，但高溫強(qiáng)度、低溫韌性及耐蝕性優(yōu)越。鈦合金氫泵鈦合金氫泵誘導(dǎo)輪誘導(dǎo)輪鈦合金氫泵殼體鈦合金氫泵殼體三、常用鈦合金牌號(hào)及應(yīng)用三、常用鈦合金牌號(hào)及應(yīng)用 常用牌號(hào)有TA5、TA7等 主要用于制造500以下工作的零件，如飛機(jī)壓氣機(jī)葉片、導(dǎo)彈的燃料罐、超音速飛機(jī)的蝸輪機(jī)匣及飛船上的高壓低溫容器等。 鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金液下泵鈦合金液下泵 -Ti合金組織合金

4、組織B-1B-1轟炸機(jī)轟炸機(jī)波音757客機(jī) 2 2、 型鈦合金型鈦合金 加入的合金元素有鉬、鉻、釩、鋁等。 經(jīng)淬火加時(shí)效處理后，組織為相基體上分布著細(xì)小的相粒子。 這類合金強(qiáng)度高，但冶煉工藝復(fù)雜，難于焊接,應(yīng)用受到限制。鈦合金管鈦合金管鈦合金管應(yīng)用鈦合金管應(yīng)用 常用常用型鈦合金有TB1、TB2兩個(gè)牌號(hào)。 主要用于350以下工作的結(jié)構(gòu)件和緊固件,如飛機(jī)壓氣機(jī)葉片、軸、彈簧、輪盤等。鈦合金棒鈦合金棒鈦合金眼鏡架鈦合金眼鏡架鈦離心泵鈦離心泵 3 3、 + + 型鈦合金型鈦合金 加入的合金元素有鋁、釩、 錳等。 可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度高，塑性好，具有良好的熱強(qiáng)性、耐蝕性和低溫韌性。鈦合金列管式換熱器鈦

5、合金列管式換熱器 +型鈦合金共有九個(gè)牌號(hào)，其中以TC4應(yīng)用最廣、用量最大，其經(jīng)過淬火加時(shí)效處理后，組織為+時(shí)效析出的針狀。+鈦合金組織鈦合金組織+鈦合金組織（電鏡）鈦合金組織（電鏡） +型鈦合金主要用于制造400以下工作的飛機(jī)壓氣機(jī)葉片、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、火箭和導(dǎo)彈的液氫燃料箱部件及艦船耐壓殼體等。 生物醫(yī)生物醫(yī)用材料用材料飛機(jī)壓氣機(jī)葉片飛機(jī)壓氣機(jī)葉片仿真手臂仿真手臂人工關(guān)節(jié)“自行車發(fā)燒友自行車發(fā)燒友” 的首選的首選鈦結(jié)構(gòu)自行車架微機(jī)械微機(jī)械四、鈦合金在艦船上的應(yīng)用四、鈦合金在艦船上的應(yīng)用 可以制造深潛器、水翼船、耐空泡腐蝕的船用螺旋槳及耐海水腐蝕的管系、閥門等許多重要部件。 國外艦船汽輪機(jī)用冷

6、凝管和部分海水管路系統(tǒng)早已選用鈦合金。 第四節(jié)第四節(jié) 滑動(dòng)軸承合金滑動(dòng)軸承合金 制造滑動(dòng)軸承的軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金稱為軸承合金。滑動(dòng)軸承是許多機(jī)器設(shè)備中對(duì)旋轉(zhuǎn)軸起支撐 作用的重要部件，由軸承體和軸瓦兩部分組成。l與滾動(dòng)軸承相比滑動(dòng)軸承具有承載面積大，工作平穩(wěn)，無噪音及拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)。 一、組織性能要求一、組織性能要求 當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦與軸頸發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，承受軸頸施加的交變載荷和沖擊力。 對(duì)軸承合金的性能要求： 足夠的強(qiáng)韌性，以承受軸頸施加的交變沖擊載荷. 較小的熱膨脹系數(shù)，良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性，以防止軸與軸瓦之間咬合。 較小的摩擦系數(shù)，良好的耐磨性和磨合性，以減少軸頸磨損，保證軸與軸瓦良

7、好的跑合。 （4）容易制造，價(jià)格便宜。 為滿足上述性能要求，軸承合金的組織應(yīng)是軟的基體上分布著硬的質(zhì)點(diǎn)或硬的基體上分布著軟的質(zhì)點(diǎn)。 當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軟的基體（或質(zhì)點(diǎn)）被磨損而凹陷，減少了軸頸與軸瓦的接觸面積，有利于儲(chǔ)存潤滑油和軸與軸瓦間的磨合，而硬的質(zhì)點(diǎn) (基體)則支撐著軸頸，起承載和耐磨作用。 軟基體 (或質(zhì)點(diǎn))還能起嵌藏外來硬雜質(zhì)顆粒的作用, 以避免擦傷軸頸。 1 1、錫基軸承合金、錫基軸承合金 是以錫為主并加入少量銻、銅等元素組成的合金，熔點(diǎn)較低，是軟基體硬質(zhì)點(diǎn)組織類型的軸承合金。 二、常用軸承合金二、常用軸承合金 工業(yè)上常用的是錫基、鉛基軸承合金, 又稱巴氏合金。 典型牌號(hào)為ZchSnSb

8、11-6。 (其組織為基體+白亮塊狀SnSb+星狀Cu6Sn5) 錫基軸承合金具有較高的耐磨性、導(dǎo)熱性、耐蝕性和嵌藏性，摩擦系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小，但疲勞強(qiáng)度較低，工作溫度不超過 150 ，價(jià)格高。巴氏合金軸瓦巴氏合金軸瓦 廣泛用于重型動(dòng)力機(jī)械，如氣輪機(jī)、渦輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等大型機(jī)器的高速軸瓦。 2 2、鉛基軸承合金、鉛基軸承合金 是以鉛為主加入少量銻、錫、銅等元素的合金，也是軟基體硬質(zhì)點(diǎn)型軸承合金。 典型牌號(hào)為ZchPbSb16Sn16Cu2。ZPbSb16Sn16Cu2合金的顯微組織合金的顯微組織( + )共晶基體共晶基體+方塊狀方塊狀SnSb+針狀針狀Cu6Sn5 鉛基軸承合金的強(qiáng)度、硬度、耐蝕

9、性和導(dǎo)熱性都不如錫基軸承合金，但其成本低，高溫強(qiáng)度好，有自潤滑性。 常用于低速、低載條件下工作的設(shè)備,如汽車、拖拉機(jī)曲軸的軸承等。 內(nèi)燃機(jī)軸瓦內(nèi)燃機(jī)軸瓦 錫基和鉛基軸承合金強(qiáng)度比較低，為提高其承載能力和使用壽命，生產(chǎn)上常采用離心澆注法，將它們鑲鑄在低碳鋼軸瓦上，形成一層薄而均勻的內(nèi)襯，成為雙金屬軸承。表面保護(hù)層表面保護(hù)層 減磨層減磨層 鎳柵層鎳柵層 軸承合金軸承合金 襯背襯背 3 3、銅基軸承合金、銅基軸承合金 常用的銅基軸承合金有ZQPb30和ZQSn10-1。 ZQPb30 顯微組織為硬的基體（銅）中分布著大量軟的質(zhì)點(diǎn)（鉛）。 具有很好的疲勞強(qiáng)度、高的導(dǎo)熱性、低的摩擦系數(shù)。 在高速、高負(fù)荷、大馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、高速柴油機(jī)的軸承等。 ZQSn10-1 在ZQSn10的合金成分中，再加入0.81.2P，組織為+Cu3P。 具有高的強(qiáng)度，適用于高速、高負(fù)荷的柴油機(jī)軸承。4、鋁基軸承合金、鋁基軸承合金 （1）鋁銻鎂軸承合金 其成分為3.54.5Sb和0.30.7Mg，其余為鋁。室溫顯微組織為Al+。 適用于載荷不超過2000MN/m2和滑動(dòng)速度