钛合金钢管标准、钛合金牌号、化学成分、优点

TA1 钛合金钢管 TA2 钛合金钢管 TA3 钛合金钢管
钛合金钢管标准有: GB/T 3620.1―94 钛及钛合金牌号和化学成分 GB/T 3625―95

　　换热器及冷凝器用钛及钛合金钢管 TA1、TA2、TA3 均为工业纯钛，它们具有较高的力学性能、优良的冲压性能，并可进 行各种形式的焊接，焊接接头强度可达基体金属强度的 90%，且切削加工性能良好。钛管 对氯化物、硫化物和氨具有较高的耐蚀性能。钛在海水中的耐蚀性比铝合金、不锈钢、镍基 合金还高。钛耐水冲击性能也较强. 用于制造凝汽器管子，可在受污染的海水、悬浮物含量高的水中，及在较高的流速下使 用. 钛合金按组织可分三类.(1 钛中加入铝和锡元素.2 钛中加入铝铬钼钒等合金元素.3 钛中 加入铝和钒等元素.)钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好.另外: 钛合金的工艺性能差,切削加工困难.在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质.还有抗磨性 差,生产工艺复杂. 以钛为基加入其他元素组成的合金。钛的工业化生产是 1948 年开始的。航空工业发展 的需要，使钛工业以平均每年约 8%的增长速度发展。

　　目前世界钛合金加工材年产量已达 4 万余吨,钛合金牌号近 30 种。 使用最广泛的钛合金是 Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al- 2.5Sn(TA7)和工 业纯钛(TA1、TA2 和 TA3)。 钛合金钢管主要用于制作飞机发动机压气机部件， 其次为火箭、 导弹和高速飞机的结构 件。60 年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的 冷凝器， 石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。 钛及其合金已成为一种耐 蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。 中国于 1956 年开始钛和钛合金研究;60 年代中期开始钛材的工业化生产并研制成 TB2 合金。

特点钛合金与其他金属材料相比,有下列优点:

①比强度(抗拉强度/密度)高(见图),抗拉强 度可达 100～140kgf/mm2，而密度仅为钢的 60%。
②中温强度好,使用温度比铝合金高几百 度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在 450～500℃的温度下长期工作。
③耐蚀性好, 在大气中钛表面立即形成一层均匀致密的氧化膜， 有抵抗多种介质侵蚀的能力。 通常钛在氧 化性和中性介质中具有良好的耐蚀性， 在海水、 湿氯气和氯化物溶液中的耐蚀性能更为优异。 但在还原性介质，如盐酸等溶液中，钛的耐蚀性能较差。
④低温性能好,间隙元素极低的钛 合金,如 TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。
⑤弹性模量低,热导率小，无铁磁性。 合金元素钛有两种同质异晶体:882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方 的β钛。

合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类:

①稳定α相、提高相转变温度的 元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的 常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。
②稳定β相、降低相变温度的元素 为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等;后者有铬、锰、铜、铁、 硅等。
③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。 氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显 著强化效果,但却使塑性下降。 通常规定钛中氧和氮的含量分别在 0.15～0.2%和 0.04～0.05% 以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛 合金中氢含量控制在 0.015%以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。

类别 钛合金根据相的组成可分为三类:α合金,(α+β)合金和β合金,中国分别以 TA、 TC、TB 表示。

① α合金含一定量的稳定α相的元素，平衡状态下主要由α相组成。α合金比重小， 热强性好、具有良好的焊接性和优异的耐蚀性,缺点是室温强度低,通常用作耐热材料和耐蚀 材料。 α合金通常又可分为全α合金(TA7)、 近α合金 (Ti-8Al-1Mo-1V)和有少量化合物的α 合金(Ti-2.5Cu)。
② (α+β)合金含一定量的稳定α相和β相的元素，平衡状态下合金的组 织为α相和β相。(α+β)合金有中等强度、并可热处理强化，但焊接性能较差。(α+ β) 合金应用广泛,其中 Ti-6Al-4V 合金的产量在全部钛材中占一半以上。
③ β合金含大量稳定β相的元素，可将高温β相全部保留到室温。β合金通常又可分 为可热处理β合金(亚稳定β合金和近亚稳定β合金)和热稳定β合金。可热处理 β合金在 淬火状态下有优异的塑性，并能通过时效处理使抗拉强度达到 130～140kgf/mm2。β合金通 常作高强度高韧性材料使用。缺点是比重大，成本高，焊接性能差，切削加工困难。 钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金(钛-钼，钛-钯合金等)、低温合金 以及特殊功能合金(钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金)等。典型合金的成分和性能见表。 热处理 钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。

　　一般认为细小等轴 组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度;针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断 裂韧性;等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。 常用的热处理方法有退火、固溶和时效处理。退火是为了消除内应力、提高塑性和组织 稳定性，以获得较好的综合性能。通常α合金和(α+β)合金退火温度选在(α+β)―→β相 转变点以下 120～200℃;固溶和时效处理是从高温区快冷,以得到马氏体α′相和亚稳定的 β相,然后在中温区保温使这些亚稳定相分解，得到α相或化合物等细小弥散的第二相质点， 达到使合金强化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)―→β相转变点以下 40～100℃ 进行， 亚稳定β 合金淬火在(α+β)―→β相转变点以上 40～80℃进行。 时效处理温度一般 为 450～550℃。此外,为了满足工件的特殊要求，工业上还采用双重退火、等温退火、β热 处理、形变热处理等金属热处理工艺。

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