高强度重量比、优异的力学性能以及卓越的耐腐蚀性相结合,使各类钛合金成为许多关键应用领域的理想材料选择。
由于钛的同素异形体特性,通过调整热机械加工工艺可以实现微观结构的多样化变化,因此仅需极少的钛牌号即可获得广泛的性能和应用范围。对于具有α+β两相晶体结构的钛合金而言,这一点尤为显著。
应用最广泛的钛合金牌号是 Ti-6Al-4V α-β 合金。 尽管与钢和铝相比,这种钛合金在室温下的塑形和成形性能相对较差,但人们对其特性已十分了解,且它对加工过程中的波动具有很高的容忍度。由于Ti-6Al-4V的截面尺寸淬透性有限,因此通常以退火状态使用。
1、2、3和4号商用纯钛有棒材和坯料两种形式。 此外,还有几种钛合金通常以棒材和坯料形式供应,包括 Ti-6Al-4V(5 级和 24 级)、Ti-5Al-2.5Sn(6 级)、Ti-0.2Pd(7 级和 11 级), Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo(也称为BETA-C), Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-10V-2Fe-3Al(TIMETAL 10.2.3)、 Ti-4Al-4Mo-2Sn(IMI 550)、Ti-4Al-4Mo-4Sn-0.5Si-0.1C(IMI 551)、Ti-15Mo(IMI 205)以及TIMETAL 100。
可作为铸件提供的钛合金包括2、3和4号商业纯钛,以及Ti-6Al-4V(5号和24号)、Ti-0.2Pd(7号)、Ti-5Al-2.5Sn(6号), Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(TIMETAL 15.3)、TIMETAL 1100 以及 Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb(IMI 834)。
按应用领域划分,钛合金主要分为三类:耐腐蚀钛合金、高强度钛合金和耐高温钛合金。按组织结构划分,钛合金分为三类:α型合金、α-β型合金以及β型或近β型合金。
表1. 钛合金分类
分类
典型牌号/合金
主要特性
典型应用
商业纯钛
1–4级
耐腐蚀性极佳,成型性良好
化学加工、船舶、医疗
α型合金
Ti-5Al-2.5Sn
焊接性好,高温性能好
航空航天、低温应用
α-β 合金
Ti-6Al-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo
强度、韧性和耐腐蚀性之间达到了极佳的平衡
航空航天、生物医学、船舶
β型/近β型合金
Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-15Mo、BETA-C
强度极高、淬透性好、成形性极佳
航空航天起落架、高强度部件
本文根据商业纯钛牌号和合金结构对钛进行了分类。钛系列中的相关指南涵盖了您在阅读本文时所需的其他内容。《钛的性能》详细介绍了各牌号之间相互区别的关键特性,包括强度、低密度和耐腐蚀性。 《钛规格》解释了用于精确定义各牌号的命名体系,而《钛标准》则阐述了不同地区规范这些命名体系的框架。这些资料共同将牌号分类与其背后的性能、命名及标准联系起来。
钛的牌号可分为商业纯钛和钛合金。按应用领域划分,可分为耐腐蚀、高强度和耐高温牌号;按组织结构划分,则分为α型、α-β型以及β型或近β型合金。
Ti-6Al-4V 是一种 α-β 型合金,是应用最广泛的钛合金牌号。人们对其性能已十分了解,它对加工过程中的偏差具有较强的适应性,且通常以退火状态使用。
商业纯钛分为1、2、3和4号牌,它们在强度和纯度方面有所不同。这些牌号通常以棒材和坯料形式供应,因其耐腐蚀性而备受青睐。
铸造用钛合金包括商业纯钛2号、3号和4号牌,以及Ti-6Al-4V(5号和24号牌)、Ti-0.2Pd(7号牌)、 Ti-5Al-2.5Sn(6号牌)、TIMETAL 15.3、TIMETAL 1100以及IMI 834。
Ti-6Al-4V的截面尺寸淬透性有限,因此通常以退火状态供应和使用,以实现性能的可靠平衡。