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鈦管用途與加工過程中如何利用鈦的機械性能和物理性能

 鈦合金具有強度高而密度又小,機械性能好,韌性和抗蝕性能很好。另外,鈦合金的工藝性能差,切削加工困難,在熱加工中,非常容易吸收氫氧氮碳等雜質。還有抗磨性差,生產工藝復雜。鈦的工業化生產是1948年開始的。航空工業發展的需要,使鈦工業以平均每年約 8%的增長速度發展。目前世界鈦合金加工材年產量已達4萬余噸,鈦合金牌號近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業純鈦(TA1、TA2和TA3)。

       鈦合金主要用于制作飛機發動機壓氣機部件,其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。60年代中期,鈦及其合金已在一般工業中應用,用于制作電解工業的電極,發電站的冷凝器,石油精煉和海水淡化的加熱器以及環境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結構材料。此外還用于生產貯氫材料和形狀記憶合金等。

中國于1956年開始鈦和鈦合金研究;60年代中期開始鈦材的工業化生產并研制成TB2合金。

鈦管用途與加工過程中如何利用鈦的機械性能和物理性能_中牌制管機(圖1)   鈦合金是航空航天工業中使用的一種新的重要結構材料,比重、強度和使用溫度介于鋁和鋼之間,但比強度高并具有優異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。1950年美國首次在F-84戰斗轟炸機上用作后機身隔熱板、導風罩、機尾罩等非承力構件。60年代開始鈦合金的使用部位從后機身移向中機身、部分地代替結構鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構件。鈦合金在軍用飛機中的用量迅速增加,達到飛機結構重量的20%~25%。70年代起,民用機開始大量使用鈦合金,如波音747客機用鈦量達3640公斤以上。馬赫數小于 2.5的飛機用鈦主要是為了代替鋼,以減輕結構重量。又如,美國SR-71 高空高速偵察機(飛行馬赫數為3,飛行高度26212米),鈦占飛機結構重量的93%,號稱“全鈦”飛機。當航空發動機的推重比從4~6提高到8~10,壓氣機出口溫度相應地從200~300°C增加到500~600°C時,原來用鋁制造的低壓壓氣機盤和葉片就必須改用鈦合金,或用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機盤和葉片,以減輕結構重量。70年代,鈦合金在航空發動機中的用量一般占結構總重量的20%~30%,主要用于制造壓氣機部件,如鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、鑄鈦壓氣機機匣、中介機匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強度,耐腐蝕和耐低溫性能來制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構架和火箭殼體。人造地球衛星、登月艙、載人飛船和航天飛機 也都使用鈦合金板材焊接件。


加工過程中如何利用鈦的機械性能和物理性能_三信制管機   

(1)鈦的彈性模量相對于它的抗拉性能來說較低,因此,在壓形及滾筒操作中,必須考慮較大的回彈余量。正是由于彈性模量較低,為了達到同樣的穩定度,鈦制零件的橫斷面要比相同的鋼制零件稍大些。

  (2)鈦容易機加工,但是要考慮它的咬粘傾向(比不銹鋼大)及低的熱傳導性能,必須對常用的機加工技術和螺紋,支承面的設計進行適當改進。起碼要有剛性的機床,銳利的刀具,用時采用慢速,大切削量,并留有排屑的余地,還建議使用大量的冷卻潤滑劑。

  (3)鈦的熱膨脹系數是碳鋼的75%。在設備設計和制造中需要使這兩種材料結合時,應當特別注意這一點。

  (4)由于鈦是一種活潑金屬,當加熱到600℃以上時,它易于和空氣中的氧結合,因此一般不推薦鈦在高于這一溫度的情況下長期使用。

  (5)工業純鈦在溫度超過150~200℃時,機械強度迅速降低。

  (6)氫在鈦中的擴散速度比氧快,因而在熱加工以前,使用的加熱爐應有微氧化性氣氛,這樣雖然會產生比較薄的氧化皮膜,但卻避免了氫所可能引起的深度污染。

  (7)較軟的工業純鈦板,退火處理后很容易冷成形;較硬的工業純鈦和Ti2.5Cu則需要中溫加工,而對于Ti6Al4V加工溫度最好為600~700℃。

  (8)可以通過薄鈦板與厚鋼板的爆炸焊接來得到復合板,可用于制造高壓、高溫容器及熱交換器。但用它來替代整體鈦或是套裝的襯鈦板,在經濟上并不合算。

 

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