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航空航天用钛标准件的主要牌号及力学性能

发布时间:2020-12-03 19:15:47 浏览次数 :

标准件用钛合金材料与标准件的制造工艺和用途密切相关。一方面,钛合金标准件的制造工艺主要包括3部分:首先,塑性变形,例如顶镦、减径和滚螺纹等;其次,表面强化,例如螺栓承力面与直杆过渡区的强化等;最后,机械加工,例如车、铣和磨等。

另一方面,钛标准件的用途不同,所需材料的性能要求也不同,这就需要使用不同的钛合金材料。以铆钉和螺栓为例,铆钉在安装过程中需要一端或者两端头,所以铆接过程对材料的塑性要求较高。螺栓一般要求具有较高的强度,其强度水平与30CrMnSiA高强度合金钢接近, 所以通常采用高强钛合金材料。综合以上两方面的因素,标准件用钛合金材料也主要分为工业纯钛、(α+B)型和β型钛合金三类,具体见表2。由表2可知,工业纯钛主要是TA1和TA2.(α+B)型钛合金主要包括TC4,TC6和Ti-662等。β型钛合金以亚稳定β型钛合金为主,这是因为亚稳定β型钛合金钼当量一般在10%左右。钼当量小于10%的近:型钛合金热处理强化效果不足;钼当量大于10%的稳定β型钛合金在时效热处理过程中,B相稳定性会较高,难以分解,所以亚稳定β型钛合金材料的强化效果最明显。

此外,亚稳定β型钛合金具有优异的冷成形性,可以进行冷镦,避免采用专业的加热设备和气体保护介质,生产效率和材料利用率高,成形后的标准件尺寸精度高、表面质量好。而(α+β)型钛合金标准件只能采用热敏成形,需要专门的加热设备和气体介质,生产效率和材料利用率低,也容易出现加热温度不均匀的现象。

合金牌号名义化学成分合金类型
TA1工业纯钛α型
TA2工业纯钛α型
TC4Ti-6Al-4V(α+β)型
TC6(BT3-1)Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si(α+β)型
Ti-662Ti-6Al-6V-2Sn((α+β)型
Ti-62222Ti-6Al-2Cr-2Mo-2Fe-2Sn(α+β)型
Ti-5111Ti-5A1-1Sn-1Zr-1V-0.8Mo(α+β)型
TC16(BT16)Ti-2.5Al-5.0Mo-5.0Va+β型
SP-700Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo近β型
Ti-555Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr近β型
VT16-1Ti-3Al-5V-3Cr-5Mo近β型
TB6(Ti-10-2-3)Ti-10Fe-2V-3Al近β型
Ti-3253Ti-3Al-2V-5Mo-3Fe亚稳定β型
β-ⅢTi-11.5Mo-6Zr-4Sn亚稳定β型
TB2Ti-5Mo-5V-8Cr-3A1亚稳定β型
TB3Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al亚稳定β型
B120VCATi-13V-11Cr-3Al亚稳定β型
TB4(Ti-47121)Ti-4Al-7Mo-10V-2Fe-1Zr亚稳定β型
TB5(Ti-15-3)Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn亚稳定β型
TB8(B21S)Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si亚稳定β型
TB9(BC)Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr亚稳定β型
Ti45NbTi45Nb稳定β型

表3和表4分别列出了铆钉和螺栓用钛合金材 料的力学性能。由表3可知,铆钉用纯钛抗拉强度在 350MPa以上, 剪切强度在240~350MPa; (α+B) 型 钛合金铆钉以退火态使用,β型钛合金在固溶态 使用,且两种合金的抗拉强度基本相同,为800~ 950MPa, 剪切强度在600MPa以上。螺栓用钛合金 材料除了TC4钛合金以外,全部是亚稳定:型钛合 金,且都在固溶+时效态使用,除了TB8,TB9和 Ti-555合金材料的抗拉强度能达到1200MPa以上, 大部分β型钛合金的抗拉强度一般都为1100MPa  左右, 剪切强度为650~700MPa。

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