一文了解钛合金

一文了解钛合金

钛合金的简介

钛及钛合金材料具有密度小、比强度高、热膨胀系数小、耐腐蚀性好、相容性高、易焊接的优势特征，在航空航天、化工、医疗等领域得到广泛应用。

考虑到钛合金材料具有多晶型性，基于退火状态组成差异，可以将钛合金材料分为α型、β型以及α+β。但在实际机械加工过程中，尤其在热机械工艺处理下，会出现非平衡微观结构。参考β稳定元素含量与β相区淬火钛合金材料的相组成，可分为五大类，类型特征见表1。

钛合金的微观组织分形态分类

钛合金的微观组织通过热加工处理，会产生相应变化，这为钛合金微观组织结构调控性奠定良好基础。基于钛合金材料微观组织形态的差异化表现，可分为四种常见结构类型：等轴结构、双态结构、网篮结构以及魏氏结构。

钛合金制备加工工艺

1.铸造法

精密铸造工艺能够达到复杂薄壁钛合金铸件的生产标准，应用范围主要针对生产质量要求较高的航空零件。金属型重力铸造是使用冷凝壳或真空电弧熔炼将钛合金倒入可重复使用的近净成形模具中。这种方法可以细化钛合金微观结构结构，消除硬化层，同时使零件具有更好稳定性。然而，由于在铸造过程中金属模具的快速冷却，容易产生收缩腔级孔隙率，形成铸造缺陷；离心铸造是将熔融金属倒入模具中，然后通过模型旋转离心力，将模具填充并固化。该方法使液态金属在模具中形成空心的壳体，在没有型芯的情况下获得空心铸件，从而简化套筒及其他零件的制备过程。

2.锻造法

锻造法是钛合金零件主流加工方法之一，结合塑性变形的温度区间，可以将锻造法细分为传统锻造、近β锻造以及β锻造，如图1所示。

锻造可以有效提高钛合金的组织均匀性和力学性能。同时，钛合金内部组织结构与性能变化对热参数非常敏感。因此，锻造温度有所局限，由于钛合金导热性一般，变形容易引起温度不均而产生裂纹问题，影响生产效率，增加生产成本。

3.粉末冶金法

粉末冶金法类属于近净成形法，能够有效控制钛合金材料的成分偏析，消除粗大树枝状组织，充分利用材料。粉末冶金工艺包括热等静压、注塑以及SPS。粉末冶金基本无需切削金属材料，额外增加机械加工，从而实现零件一次性成型，减少原材料浪费。

钛合金的应用

一、航空航天

钛合金推重比大、韧性高、强度和可焊接性好，是一种综合性能优良的航空材料。在过去几十年中，航空用钛合金的合金化理论、综合强韧钛合金推重比大、韧性高、强度和可焊接性好，是一种综合性能优良的航空材料。在钛合金的研究主要集中在高温下热稳定性、蠕变抗力和低成本的钛合金设计及制造工艺等方面技术和热处理工艺均得到了很大发展

二、建筑方面

主要是应用于建筑物的屋顶，其次是大厦的幕墙、港湾设施、桥梁、海底隧道、外壁、装饰物、小配件类、立柱装饰、外装、纪念碑、标牌、门牌、栏杆、管道、防蚀被覆等。

三、钛合金应用于眼镜架：

钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％。

四、医用钛合金——人造骨骼

因为钛的耐腐蚀性、稳定性高，使它在和人长期接触以后也不影响其本质，所以不会造成人的过敏，它是唯一对人类植物神经和味觉没有任何影响的金属。