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鈦合金和鋁合金的區別有哪些?主要分類是什么?

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鈦合金和鋁合金的區別有哪些?主要分類是什么?
發布時間:2021-09-17 瀏覽:
合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性,相繼對其進行研究開發,并得到了實際應用。****個實用的鈦合金是1954年美國研制成功的Ti-6Al-4V合金,由于它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好,而成為鈦合金工業中的****合金。當然,在20世紀50~60年代,主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金,70年代開發出一批耐蝕鈦合金,80年代以來,耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展。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。包括:鈦合金和鋁合金的區別、鈦合金主要分類、性能優點、切削刀具材料選擇、切削的特點、切削注意事項。

鈦合金和鋁合金的區別
一、鈦合金
1、鈦合金特點: 以鈦為基加入其他合金元素組成的合金稱作鈦合金。鈦合金具有密度低、比強度高、抗腐蝕性能好、工藝性能好等優點,是較為理想的航天工程結構材料。
2、研究范圍: 鈦合金可分為結構鈦合金和耐熱鈦合金,或α型鈦合金、β型鈦合金和α+β型鈦合金。研究范圍還包括鈦合金的成形技術、粉末冶金技術、快速凝固技術、鈦合金的軍用和民用等。
二、鋁合金
1、鋁合金是純鋁加入一些合金元素制成的,如鋁-錳合金、鋁-銅合金、鋁-銅-鎂系硬鋁合金、鋁-鋅-鎂-銅系超硬鋁合金。鋁合金比純鋁具有更好的物理力學性能:易加工、耐久性高、適用范圍廣、裝飾效果好、花色豐富。鋁合金分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁等種類,各種類均有各自的使用范圍,并有各自的代號,以供使用者選用。
2、鋁合金仍然保持了質輕的特點,但機械性能明顯提高。鋁合金材料的應用有以下三個方面:一是作為受力構件;二是作為門、窗、管、蓋、殼等材料;三是作為裝飾和絕熱材料。利用鋁合金陽極氧化處理后可以進行著色的特點,制成各種裝飾品。鋁合金板材、型材表面可以進行防腐、軋花、涂裝、印刷等二次加工,制成各種裝飾板材、型材,作為裝飾材料。
總結:說穿了二者都是合金材料,都有質輕強度好的特點,但是鈦合金比鋁合金的強度好,剛性好,塑性也要好所以在航空材料時選用鈦合金。


鈦合金的主要分類
鈦是同素異構體,熔點為1668℃,在低于882℃時呈密排六方晶格結構,稱為α鈦;在882℃以上呈體心立方晶格結構,稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點,添加適當的合金元素,使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金(titanium alloys)。室溫下,鈦合金有三種基體組織,鈦合金也就分為以下三類:α合金,(α+β)合金和β合金。中國分別以TA、TC、TB表示。
1、α鈦合金
它是α相固溶體組成的單相合金,不論是在一般溫度下還是在較高的實際應用溫度下,均是α相,組織穩定,耐磨性高于純鈦,抗氧化能力強。在500℃~600℃的溫度下,仍保持其強度和抗蠕變性能,但不能進行熱處理強化,室溫強度不高。



2、β鈦合金
它是β相固溶體組成的單相合金,未熱處理即具有較高的強度,淬火、時效后合金得到進一步強化,室溫強度可達1372~1666 MPa;但熱穩定性較差,不宜在高溫下使用。



3、α+β鈦合金
它是雙相合金,具有良好的綜合性能,組織穩定性好,有良好的韌性、塑性和高溫變形性能,能較好地進行熱壓力加工,能進行淬火、時效使合金強化。熱處理后的強度約比退火狀態提高50%~100%;高溫強度高,可在400℃~500℃的溫度下長期工作,其熱穩定性次于α鈦合金。



鈦合金的性能優點
1、強度高
鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右,僅為鋼的60%,純鈦的強度才接近普通鋼的強度,一些高強度鈦合金超過了許多合金結構鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大于其他金屬結構材料,見表7-1,可制出單位強度高、剛性好、質輕的零、部件。目前飛機的發動機構件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。
2、熱強度高
使用溫度比鋁合金高幾百度,在中等溫度下仍能保持所要求的強度,可在450~500℃的溫度下長期工作這兩類鈦合金在150℃~500℃范圍內仍有很高的比強度,而鋁合金在150℃時比強度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達500℃,鋁合金則在200℃以下。
3、抗蝕性好
鈦合金在潮濕的大氣和海水介質中工作,其抗蝕性遠優于不銹鋼;對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強;對堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優良的抗腐蝕能力。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質的抗蝕性差。
4、低溫性能好
鈦合金在低溫和超低溫下,仍能保持其力學性能。低溫性能好,間隙元素極低的鈦合金,如TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性。因此,鈦合金也是一種重要的低溫結構材料。
5、化學活性大
鈦的化學活性大,與大氣中O、N、H、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產生強烈的化學反應。含碳量大于0.2%時,會在鈦合金中形成硬質TiC;溫度較高時,與N作用也會形成TiN硬質表層;在600℃以上時,鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層;氫含量上升,也會形成脆化層。吸收氣體而產生的硬脆表層深度可達0.1~0.15 mm,硬化程度為20%~30%。鈦的化學親和性也大,易與摩擦表面產生粘附現象。


鈦合金切削刀具材料選擇
1、切削加工鈦合金應從降低切削溫度和減少粘結兩方面出發,選用紅硬性好、抗彎強度高、導熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料,YG類硬質合金比較合適。由于高速鋼的耐熱性差,因此應盡量采用硬質合金制作的刀具。常用的硬質合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。
2、涂層刀片和YT類硬質合金會與鈦合金產生劇烈的親和作用,加劇刀具的粘結磨損,不宜用來切削鈦合金;對于復雜、多刃刀具,可選用高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo)、高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料,適于制作切削鈦合金的鉆頭、鉸刀、立銑刀、拉刀、絲錐等刀具。
推薦:京瓷銑削用材質 PR1535



銑削 PR1535的特點:
要說到耐熱合金在銑削加工時發生的問題,那就是受到加工時產生熱能影響而出現硬化層。銑削加工時,刀具的前端因連續加熱與冷卻的熱疲勞產生龜裂會發生崩損。PR1535/CA6535在抑制龜裂進展效果上比以往刀具材質提高23%,更進一步的在熱傳導率上提高11%,大幅提高了在耐熱合金加工時刀具的穩定性。

采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金,可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下,切削速度可達200 m/min;若不用切削液,在同等磨損量時,允許的切削速度僅為100m/min。


鈦合金切削的特點
1、變形系數。
這是鈦合金切削加工的顯著特點,變形系數小于或接近于1。切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大,加速刀具磨損。
2、切削溫度高:
由于鈦合金的導熱系數很小(只相當于45號鋼的1/5~1/7),切屑與前刀面的接觸長度極短,切削時產生的熱不易傳出,集中在切削區和切削刃附近的較小范圍內,切削溫度很高。在相同的切削條件下,切削溫度可比切削45號鋼時高出一倍以上。
3、單位面積上的切削力大:
主切削力比切鋼時約小20%,由于切屑與前刀面的接觸長度極短,單位接觸面積上的切削力大大增加,容易造成崩刃。同時,由于鈦合金的彈性模量小,加工時在徑向力作用下容易產生彎曲變形,引起振動,加大刀具磨損并影響零件的精度。因此,要求工藝系統應具有較好的剛性。
4、冷硬現象嚴重:
由于鈦的化學活性大,在高的切削溫度下,很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮;同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現象不僅會降低零件的疲勞強度,而且能加劇刀具磨損,是切削鈦合金時的一個很重要特點。
5、刀具易磨損:
毛坯經過沖壓、鍛造、熱軋等方法加工后,形成硬而脆的不均勻外皮,極易造成崩刃現象,使得切除硬皮成為鈦合金加工中較困難的工序。另外,由于鈦合金對刀具材料的化學親和性強,在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下,刀具很容易產生粘結磨損。車削鈦合金時,有時前刀面的磨損甚至比后刀面更為嚴重;進給量f<0.1 mm/r時,磨損主要發生在后刀面上;當f>0.2 mm/r時,前刀面將出現磨損;用硬質合金刀具精車和半精車時,后刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適。


鈦合金切削注意事項
1、由于鈦合金的彈性模量小,工件在加工中的夾緊變形和受力變形大,會降低工件的加工精度;工件安裝時夾緊力不宜過大,必要時可增加輔助支承。
2、如果使用含氫的切削液,切削過程中在高溫下將分解釋放出氫氣,被鈦吸收引起氫脆;也可能引起鈦合金高溫應力腐蝕開裂。
3、切削液中的氯化物使用時還可能分解或揮發有毒氣體,使用時宜采取安全防護措施,否則不應使用;切削后應及時用不含氯的清洗劑徹底清洗零件,清除含氯殘留物。
4、禁止使用鉛或鋅基合金制作的工、夾具與鈦合金接觸,銅、錫、鎘及其合金也同樣禁止使用。
5、與鈦合金接觸的所有工、夾具或其他裝置都必須潔凈;經清洗過的鈦合金零件,要防止油脂或指印污染,否則以后可能造成鹽(氯化鈉)的應力腐蝕。
6、一般情況下切削加工鈦合金時,沒有發火危險,只有在微量切削時,切下的細小切屑才有發火燃燒現象。為了避免火災,除大量澆注切削液之外,還應防止切屑在機床上堆積,刀具用鈍后立即進行更換,或降低切削速度,加大進給量以加大切屑厚度。若一旦著火,應采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等滅火器材進行撲滅,嚴禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器,也不能澆水,因為水能加速燃燒,甚至導致氫爆炸。


上文相關知識大家都了解了嗎?這些是賢集網小編為大家介紹的鈦合金和鋁合金的區別、鈦合金主要分類、性能優點、切削刀具材料選擇、切削的特點、切削注意事項。近幾十年來,鈦合金工業一直在努力進入具有巨大市場潛力的民用工業領域,但收效不大,其主要原因之一是人們總是試圖將各種航空航天用鈦合金“強加”給民用工業領域。在航空航天領域中,性能是首先要考慮的問題,而其它因素如價格等則排在****位,所以,適合于領域應用的鈦合金往往具有優異的性能,但價格昂貴。而對于民用工業領域來說,用一種新的材料取代現有材料,價格低廉是至關重要的。但實際情況是,目前的鈦合金產品比鋼貴10多倍。近幾年來,由于認識到價格是鈦合金進入民用領域的較大障礙,研究人員和生產廠家都在降低價格方面做了大量工作。希望未來可以有更好的發展!


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