损伤容限型钛合金

大截面Ti 6-4 ELI坯的加工和性能

Christopher McDaniel1, Charles Bresson1, Manish Kamal1, Vasisht Venkatesh2 and Steven P.Fox2

1

TIMET, PO Box 309, Toronto, OH 43964, USA

2

TIME-HTL, PO Box 2128, Henderson, NV 89009,USA

Ti 6-4 ELI的海洋应用持续增长，如今对大横截面（125-254mm厚）材料的需求不断增加。这些新的应用，要求Ti 6-4 ELI材料具有高的强度和伸长率，以及高的韧性。我们进行了一系列小尺寸的实验室热处理试验，并测试了它们的机械性能（拉伸强度和断裂韧性）和组织性能。在实验的基础上，对各种不同截面厚度和几何形状的大尺寸产品进行了评价，确立了力学性能、组织和对超声波的反应能力。实验室和生产中得出的样品都进行了评价。在这篇文章中，我们将呈现组织特征与力学性能以及与超声波响应之间的关系。

关键词：钛（Ti），海洋工程，大截面，再结晶退火，拉伸，断裂韧性，J-整体，微观结构，超声波

1 引言

在海洋工程中，钛的使用不断增加。许多新的应用需要大

钛合金应用

1. 简介

钛是周期表中第ⅣB类元素，外观似钢，熔点达1672℃，属难熔金属。钛在地壳中含量较丰富，远高于Cu、Zn、Sn、Pb等常见金属。我国钛的资源极为丰富，仅四川攀枝花地区发现的特大型钒钛磁铁矿中，伴生钛金属储量约达4.2亿吨，接近国外探明钛储量的总和。

纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工，如有杂质，特别是O、N、C等元素存在，会提高钛的强度和硬度，但会降低其塑性，增加脆性。

钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此，钛对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。

钛的另一重要特性是密度小。其强度是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，是目前所有工业金属材料中最高的。

液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如A1、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。例如，Ti-A1-Sn合金有很高的热稳定性，可在相当高的温度下长时间工作；以Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金，可以50%~15

1. 绘制3种基本类型裂纹简图并分析其受力特点和位移特点。

2. 什么是应力强度因子？它们有哪几个种类？请列举应力强度因子计算方法，并简述其原理。（15分）

3. 列举三种计算应力强度因子的不同方法，并简述其原理。 4. 计算下图中所示情况的应力强度因子

5. 说明断裂断裂韧度的概念及特点 6. 比较脆性断裂与准脆性断裂间的异同

7. 分析能量释放率G与应力强度因子K之间的关系 8. 给出J积分定义并证明其守恒性。

9. 定义J积分使用的前提条件，并解释其含义。

10. 什么是COD断裂准则？并简述COD断裂准则和J积分之间关系。 11. 何为耐久性设计？耐久性设计的目的和准则是什么？ （10）

12. 破损安全结构包括哪三种类型，每种类型的结构如何保证结构安全？（10） 13. 简述飞机结构设计对结构选材的一般要求 14. 简述损伤容限设计要点。 15. 简述损伤容限设计步骤。 16. 简述损伤容限设计内容。

17. 简述结构剩余强度的定义及特点。

18、简述飞机结构设计思想演变过程及其原因。（15）

19. 钢制压力容器使用应力为?0?60MPa，使用前进行超压试验的压应力为

?P?1.5?0。容器未损坏，问容器可能存在的最大初始裂纹长度

1. 绘制3种基本类型裂纹简图并分析其受力特点和位移特点。

2. 什么是应力强度因子？它们有哪几个种类？请列举应力强度因子计算方法，并简述其原理。（15分）

3. 列举三种计算应力强度因子的不同方法，并简述其原理。 4. 计算下图中所示情况的应力强度因子

5. 说明断裂断裂韧度的概念及特点 6. 比较脆性断裂与准脆性断裂间的异同

7. 分析能量释放率G与应力强度因子K之间的关系 8. 给出J积分定义并证明其守恒性。

9. 定义J积分使用的前提条件，并解释其含义。

10. 什么是COD断裂准则？并简述COD断裂准则和J积分之间关系。 11. 何为耐久性设计？耐久性设计的目的和准则是什么？ （10）

12. 破损安全结构包括哪三种类型，每种类型的结构如何保证结构安全？（10） 13. 简述飞机结构设计对结构选材的一般要求 14. 简述损伤容限设计要点。 15. 简述损伤容限设计步骤。 16. 简述损伤容限设计内容。

17. 简述结构剩余强度的定义及特点。

18、简述飞机结构设计思想演变过程及其原因。（15）

19. 钢制压力容器使用应力为?0?60MPa，使用前进行超压试验的压应力为

?P?1.5?0。容器未损坏，问容器可能存在的最大初始裂纹长度

轧制压力的影响因素 影响轧制压力的主要因素有：

（1）绝对压下量 在轧辊直径和摩擦系数相同的条件下，随着绝对压下量的增加，轧件与轧辊的接触面积加大，轧制压力增加。同时接触弧长增加，外摩擦的影响加剧，平均单位压力增加，轧制压力也随之增大。

（2）轧辊直径 在其他条件一定时，随着轧辊直径的加大，接触面积增加，同时接触弧长增加，外摩擦的影响加剧。因而，轧制压力增大。

（3）轧件宽度 随着轧件宽度的增加，接触面积增加，轧制压力增大。 （4）轧件厚度 随着轧件厚度的增加，轧制压力减小；反之，轧件愈薄，轧制压力愈大。

（5）轧制温度 随着轧制温度的升高，变形抗力降低，平均单位压力降低，轧制压力减小。

（6）摩擦系数 随着摩擦系数的增加，外摩擦影响加大，平均单位压力增加，轧制压力增大。

（7）轧件的化学成分 在相同条件下，轧件的化学成分不同，金属的内部组织和性能不同，轧制压力也不同。

（8）轧制速度 热轧时随着轧制速度的增加，变形抗力增加。冷轧时随着变形速度的增大、轧件温度的升高变形抗力有所降低。 轧制压力

轧制压力：辊加于轧件使之产生塑性变形的力。但通常把轧件作用于轧辊上并通过压下螺丝传递给机架的力称为轧制力，即是轧件加于

钛合金精密轧制新工艺

摘 要： 随着我国经济的飞速发展以及科学技术的不断进步，我国钛合金材料以其独特的优势特点，广泛地应用到了军事、医疗等各个领域，对于推动我国的发展做出了重要的贡献。本文通过对钛合金性能特点、研究现状和生产过程技术的难点出发，对钛合金轧制的先进加工工艺进行了简要介绍。

关键词： 钛合金； 精密轧制； 新工艺。

0、引言：

金属钛作为一种稀有金属，是优质的耐蚀轻型结构材料、新型的功能材料和重要的生物工程材料，这些优点使钛被称为继钢铁、铝之后崛起的“第三金属”和“战略金属”。目前钛合金的研究正向着高性能化、低成本化方向发展，但钛合金轧制加工技术还不是很成熟，其产品难以满足高端市场的需求。为了制造满足性能要求的钛或钛合金可用部件，半成品必须加工成最终形状。这要求采用与其它常用金属相似但又具有自身特点的加工成型方法。由于钛产品的初期成本已经相对较高，而人们又试图最大限度地降低加工成本，并同时希望达到其最佳性能。因此，精心选择加工路线和开发加工工艺特别重要。因此，针对钛合金轧制成型特点，论述了通过改进轧制工艺提高钛合金综合性能的方法，

一、 钛及钛合金材料 （一） 材料

1. 碘化钛碘与粗钛在低温下直接作用生成挥发性的碘化 钛，经加热使碘化钛分解，再沉积而得到高纯度的金属钛称为碘化钛。

牌号：TAD. 符号：Til2. 纯度＞99.9%（wt） 主要用于科研，如测试纯钛的化学性能、物理性能、合金化研究等。 2. 海绵钛

含钛的矿石从金红石（Tio2）存在，经氯（Cl2）化生成 四氯化钛（TiCl4），再用活性金属（Mg或Na）还原得到海绵状的金属钛（Ti）称为海绵钛。

镁法海绵钛： MHTi 纳法海绵钛：NHTi

海绵钛是疏松多孔，纯度99.1-99.7%（wt），其硬度HB 为100-157，是钛工业生产的原料。

海绵钛分级见表1. 3. 工业纯钛

含有一定量的氧、氮、碳、硅、铁及其他元素杂质的α 相钛称为工业纯钛。

工业纯钛的含钛量≮99.0%（wt）

按杂质元素含量把工业纯钛划分为四个级别，见表2.

表1 海绵钛分级（MHTi） GB/T2524-2002

产品 等级Grade Ti不小于% wt No less than 化学成分（质量分数，%） Chemical Composition，% 杂质元素不大于（% wt） Impurity

航空 T 2 C 1钛合金的机械加工西安飞机国际航空制造股份有限公司 (陕西 7 0 8 )刘红涛 109

随着先进的第四代飞机和高推比航空发动机的设计及应用技术的飞速发展，对材料特别是钛合金结构材料的需求大大增加，并对钛合金的性能提出了更高的要

先进飞机受力件的主选材料之一。但是钛合金的机械加工性有诸多不利的特性，属于难加工材料，原因在于：

( )屈服极限和强度极限之比 (/ )高达 1 08 09 ( . 5~ .5钢仅为 0 6— .5,导致冷作硬化，增 .5 0 7 )

求。其中，高损伤容限性能是目前先进战略飞机长寿命、高机动性、低成本的重要材料性能指标。

大冷作硬化层，降低合金塑性，加剧刀具磨损。( )导热性差，仅为钢的 16—13 2//,因而切屑带走热量与工件传导热量少，使切削区的温度高，导致加工变形：切削卷曲引起刀尖部位热量升高，压力加大， 使刀具前后面易于磨损；增加刀具后刀面与已加工面摩擦，影响加工表面质量。

海上预警机验证机作为一个新研项目，根据其设计方案的总体要求，其尾翼部分零部件选用了新型的高强

高韧损伤容限型钛合金 T2材料制造承力接头。但是 C1由于 T 2钛合金是我国自行研制的具有独立自主知识 C1产权的第一个高强高韧损伤容

世硕电子(昆山)有限公司

世硕电子 3#手机维修车间/丙类仓库（连廊

五～ 六）/水箱间/警卫室三新建工程

矽钛合金耐磨地坪施工方案

南通华新建工集团有限公司 日 期：2015 年 1 月 15 日

工程名称 施工组织设计、施工方案审批表

世硕电子 3#手机维修车间/丙类仓库（连 廊五～六）/水箱间/警卫室三新建工程 TJ1.4

2015 年 1 月 15 日 日 期 现报上下表中的技术管理文件，请予以审批。 类 别 编 制 人 册 数 页 数 施工组织设计 施 工 方 案 钱忠勤 1 9 页 内容附后 矽钛合金耐磨地坪施工方案 申报简述： 1.工程概况 2.编制依据 3.现场管理组织机构 4.施工准备 5.矽钛合金耐磨地坪施工及质量控制措施 6.技术质量指标 7.成品保护措施 8.安全措施 申报部门（分包单位）：

钛合金钎缝中元素的扩散行为研究Ξ

郭万林　李天文

(北京航空材料研究院,北京100095)

摘　要:　采用钛基钎料钎焊T C4板材,在钎焊接头组织和力学性能分析的基础上,确定合理的工艺规范,并从理论上对T C4板材钎缝中元素扩散行为进行了分析,总结出了较为普遍的规律。

关键词:　钛合金　钎焊　扩散

中图分类号:14612+3　　文献标识码:A　　文章编号:0258-7076(2001)05-0345-04

　　钛及其合金是一种重要的金属结构材料。由于其比强度高、中温性能好和良好的耐蚀性,被广泛应用在宇航工业中,成为宇航业中不可缺少的结构材料,对其连接方法的研究成为其应用发展的一个重要方面。本文针对TC4材料采用不同的钎焊工艺进行试验,借助于扫描电镜对不同钎焊工艺条件下的钎焊接头组织进行对比分析,找出理想的钎焊方法及工艺。并在试验分析的基础上,通过对元素扩散的计算与分析,找出对这种钛合金钎焊具有指导性的理论模型。

1　实验用材料及设备

基体材料为TC4板材,厚115mm;所用钎焊材料成分为T i222.5Cu212.5Zr29Ni及钎焊温度910～930℃。钎焊设备用ZKH21型真空扩散焊炉;组织分析设备用J E O L J K S25600LV扫描电子显微镜