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各类典型钛合金性能介绍

发布时间:2024-05-05人气:11

自20世纪50年代以来,钛及钛合金因具有优异的综合性能,得到了世界各国的高度重视,在各行各业获得了广泛的应用。钛合金牌号众多,各种合金各有特点,按合金类型主要分为α及近α型钛合金、α+β型钛合金和β型钛合金。本文根据以上三种类型介绍各种典型钛合金的物理性能和力学性能


 

类别

描述

α型钛合金

包括工业纯钛和只含α稳定元素的合金;

α型钛合金

β稳定元素含量小于C1的合金;

马氏体α+β型钛合金

β稳定元素含量从C1Ck的合金,简称α+β型钛合金;

近亚稳定β型钛合金

β稳定元素含量从CkC3的合金,简称近β型钛合金;

亚稳定β型钛合金

β稳定元素含量从C3Cβ的合金,简称β型钛合金;

稳定β型钛合金

β稳定元素含量超过Cβ的合金,简称全β型钛合金。

 

1   

α及近α型钛合金   


 


TA7钛合金   

TA7钛合金是一种中等强度的α型单相钛合金,含有 5%α稳定元素铝和 2.5%中性元素锡。通常在退火状态下使用,在室温和高温下具有良好的断裂韧度,工艺塑性较低,板材成形应在加热状态进行,其特点是耐热强度较好,还具有很好的熔焊性能,适用惰性气体保护下的钨电极和金属电极熔焊工艺。长期工作温度可达 500℃,短时工作温度可达800℃,该种钛合金常应用于航空工业和制造船舶零部件。


物理性能

密度ρ=4.42g /cm3,熔化温度范围为1540-1650℃。


表1 TA7钛合金的热导率

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表2 TA7钛合金的比热容

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表3 TA7钛合金线膨胀系数

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力学性能  

表4 技术标准规定的TA7钛合金力学性能

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TA11钛合金  


TA11钛合金是一种近α型钛合金,其名义成分为 Ti-8A1-1Mo-1V,含有α稳定元素Al和同晶型β稳定元素Mo和V。该合金具有较高的弹性模量和较低的密度,所以其比刚度是工业钛合金中最高的。该合金主要用于制造航空发动机高压压气机盘、叶片和机匣等,最高长期工作温度为450℃。生产的半成品主要有板材、带材、棒材、锻件、焊丝等。


物理性能

密度ρ=4.37g /cm3。


表5 TAI1钛合金的热导率

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表6 TAll钛合金的比热容

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表7 TAI1钛合金的线膨胀系数

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表8 TAll钛合金经应力热暴露后的室温拉伸性能

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力学性能

表9 技术标准规定的TAll钛合金力学性能

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TA12钛合金  


TA12钛合金名义成分为Ti-5.5AI-4Sn-2Zr-1Mo-0.25Si-1Nd,是一种用稀土金属Nd强化的综合性能良好的近α型热强钛合金。该合金长时间工作温度可达550℃,用于航空发动机高压段的压气机盘、鼓筒和叶片等零件。该合金具有良好的工艺塑性,适合于各种压力加工成形,并可采用各种方式的机械加工。生产的半成品主要有棒材、锻件、板材等,也可用于生产铸件。


物理性能

密度ρ=4.56g/cm3


表10 TA12钛合金热导率

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表11 TA12钛合金比热容

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表12 TA12钛合金热膨胀系数

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力学性能

表13 技术标准规定的TA12钛合金力学性能

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TA19钛合金   


TA19钛合金是一种近α型钛合金,其名义成分为Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo,含有稳定元素Al、中性元素Sn和Zr、同晶型β稳定元素Mo、共析型β稳定元素Si。主要用于制造航空发动机的压气机机匣和飞机蒙皮等,长期工作的最高温度为 500℃。


物理性能

密度ρ=4.53g/cm3,熔化温度范围为1588-1715℃。


表14 TA19钛合金热导率

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表15 TA19钛合金比热容

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表16 TA19钛合金线膨胀系数

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力学性能

表17 技术标准规定的TA19钛合金力学性能

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TA15钛合金   


TAI5钛合金的名义成分为 Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V。该合金不能进行热处理强化。在退火状态以α相固溶体为基体,含少量的β相(5%一7%),该合金具有良好的综合力学性能和工艺性能,主要应用于发动机的各种叶片、机匣;飞机的各种板 金件、梁、接头、大型壁板、焊接承力框等,焊接结构件和铸件也广为选用。


物理性能

密度ρ=4.450 g/cm3


表18 TA15钛合金的热导率

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表19 TA15钛合金的比热容

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表20 TA15钛合金线膨胀系数

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力学性能

表21 技术标准规定的TA15钛合金力学性能

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Ti53311S钛合金   


Ti53311S钛合金的名义成分为 Ti-5Al-3Sn-3Zr-1Nb-1Mo-0.25Si,是多元合金化的近α型钛合金,含有β稳定元素Al,对α相起固溶强化的作用;含有β稳定元素Mo,Nb,强化β相并改善工艺塑性;含有中性稳定元素 Sn,Zr,Si,提高合金的耐热性。该钛合金还具有较好的与异种金属焊接的性能,能在高温下长时间工作。该合金适用于航空、航天飞行器的耐热结构件选材,可经受50万次以上的热震疲劳试验。


物理性能

密度p=4.54g/cm3,熔化温度约为(1650士50)℃。


表22 Ti53311S钛合金的热导率

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表23 Ti53311S钛合金的线膨胀系数

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力学性能

表24 Ti53311S钛合金棒材(ф10-90mm)在不同温度下的拉伸性能

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表25 Ti53311S钛合金棒材(ф10-90mm)的550℃蠕变性能

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2    


α+β型钛合金   

 


TC4钛合金   


TC4(Ti-6Al-4V)钛合金是由美国于1954年研制成功的Ti-AI-V系α-β型钛合金,含有6%的α稳定元素Al和4%的β稳定元素V。TC4钛合金的主要特点是优异的综合性能和良好的工艺性能。


物理性能

密度ρ=4.44g/cm3,熔化温度为1630-1650℃


表51 TC4钛合金热导率

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表52 TC4钛合金比热容

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表53 TC4钛合金线膨胀系数

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表54 TC4钛合金电阻率

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表55 TC4钛合金静态和动态弹性模量

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表56 TC4钛合金切变模量

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表57 TC4钛合金泊松比

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力学性能

表58 技术标准规定的TC4钛合金力学性能

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表59 TC4钛合金各种温度下的拉伸性能

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表60 TC4钛合金室温冲击韧性

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表61 TC4钛合金室温断裂韧度

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表62 TC4钛合金应力腐蚀断裂韧度

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TC6钛合金   


TC6钛合金是一种综合性能良好的马氏体型α-β两相钛合金,其名义成分为Ti-6A1-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si,含有α稳定元素Al、同晶型β稳定元素Mo和共析型β稳定元素 Cr,Fe和Si,β稳定系数Kβ=O.6。TC6钛合金主要用来制造航空发动机的压气机盘和叶片等零件,能在400℃以下长时间工作6000h以上和在450℃工作2000h以上。

物理性能


密度ρ=4.50g /cm3


表63 TC6钛合金的热导率

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表64 TC6钛合金的比热容

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表65 TC6钛合金的线膨胀系数

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力学性能

表66 技术标准规定的TC6钛合金力学性能

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TC11钛合金   


TC11钛合金是一种综合性能良好的α-β型钛合金,名义成分为Ti-6.5A1-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si,铝当量为3.5,钼当量为 7.3。在 500℃以下有优异的热强性能,并且具有较高室温强度。该钛合金还具有良好的热加工工艺性(包括常规工艺性能和超塑性),可以进行焊接和各种方式的机加工。

物理性能

TC11的密度 ρ=4.48g/cm3


表 67 TC11钛合金热导率

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表 68 TC11钛合金比热容

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表 69 TC11钛合金线膨胀系数

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表 70 TC11钛合金电阻率

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力学性能

表71 技术标准规定的TC11钛合金力学性能

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TC16钛合金   


TC16钛合金是一种马氏体型α-β两相钛合金,其名义成分为Ti-3Al-5Mo-4.5V,含有α稳定元素Al和同晶型β稳定元素Mo和V。TC16钛合金主要用于制造紧固件,最高工作温度为 350℃。该钛合金的半成品主要有热轧棒材和冷镦用磨光棒(线)材。

物理性能

密度ρ=4.68g/cm3


表72 TC16钛合金的热导率

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表73 TC16钛合金的比热容

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表74 TC16钛合金的线膨胀系数

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力学性能

表75 TC16钛合金退火状态的室温拉伸性能(退火状态)

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表76 TC16钛合金在不同温度下的拉伸性能

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表77 TC16钛合金的冲击性能

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表 78 TC16钛合金的扭转性能

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表79 TC16钛合金的剪切性能

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表80 TC16钛合金的热稳定性

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TC17钛合金   


TC17钛合金是一种富β相的α-β型钛合金,名义成分为Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr。含有α稳定元素Al,中性稳定元素Sn和Zr,同晶型β稳定元素Mo,共析型β稳定元素Cr。该合金具有强度高、断裂韧度好、淬透性高和锻造温度范围宽等一系列优点,能够满足损伤容限设计的需要和高结构效益、高可靠性及低制造成本的要求。TC17钛合金的最高工作温度可达427℃。


物理性能

密度ρ=4.65g/ cm3,室温热导率为8.2W/(m·℃)


表81 TC17钛合金的线膨胀系数

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力学性能

表82 TC17钛合金棒材的技术标准

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表83 TC17钛合金盘件的技术标准

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TC21钛合金   


TC21是中合金化的Ti-AI-Sn-Zr-Mo-Cr-Nbα+β型高强高韧损伤容限钛合金,其主要性能特点是高强、高韧、损伤容限、可焊,可在 500℃以下长期工作。TC21钛合金最适合于制造各类结构锻件及零部件,在航空航天工业和民用行业中可望 获得广泛应用。


物理性能

密度ρ=4.6g/cm3,室温热导率为6.62W/(m℃),室温到100℃的线膨胀系数为8.7X10-6℃-1,室温电阻率为 1.75μΩ*m,室温比热容为 0.54J/(kg ℃),室温弹性模量为119GPa。


力学性能

表84 技术标准规定的TC21钛合金力学性能(热处理态)

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表85 直径为20mm的TC21棒材不同温度下的拉伸性能

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TC18钛合金   


TC18钛合金是一种近β型钛合金,其名义成分为Ti-5Al-4.75Mo-4.75V-1Cr-1Fe。该钛合金具有高强、高韧、高淬透性,故称为“三高”钛合金。该合金的半成品主要有锻件、棒材、型材、厚板和管材等。


物理性能

密度ρ=4.62g/cm3


表86 TC18钛合金的热导率

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表 87 TC18钛合金的比热容

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表 88 TC18钛合金的线膨胀系数

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表 89 TC18钛合金的电阻率

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力学性能

表 90 技术标准规定的TC18钛合金力学性能(退火状态)

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TC19钛合金   


TC19合钛金名义成分为 Ti-6A1-2Sn-4Zr-6Mo,为 Ti-AI-Zr-Sn-Mo系马氏体型热强钛合金,可以进行热处理强化可应用于高温、长时、大载荷环境,长时使用温度可达到400℃,短时、大载荷使用温度可达540℃。该钛合金用来制作涡轮发动机中温段的零部件,如压气机盘、风扇和叶片等重要构件。


物理性能


表 91 TC19钛合金的典型物理性能

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力学性能

表 92 技术标准规定的TC19钛合金力学性能

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3


β型钛合金


 


TB2钛合金   


TB2钛合金是一种亚稳定β型钛合金,其名义成分为 Ti-5Mo-5V-8Cr-3A1,含有同晶型β稳定元素 M o 和 v ,共 析 型β稳 定 元 素 C r ,α稳定元素A l,M o 当量为22.2。该合金在固溶处理状态下具有良好的冷成形性能和焊接性能,在 固溶时效状态下具有高的强度和良好的塑性相匹配。该合金的主要半成品有板材、带材、箔材、丝材、棒材和锻件等。该钛合金已应用于航天的星箭连接带,适合于制造在300°C以下工作的航空紧固件,也适合于制造在500°C以下短时工作的航天紧固件。


物理性能

密度ρ=4.83g/cm3


表93 TB2钛合金的热导率

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表94 TB2钛合金比热容

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表 95 TB2钛合金线膨胀系数

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表 96 TB2钛合金电阻率

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力学性能

表 97 技术标准规定的TB2钛合金力学性能

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TB6钛合金   


TB6钛合金是一种Ti-AI-V系近β型钛合金,含有3%的α稳定元素A1,10%的同晶型β稳定元素V和2%的共析型β稳定元素Fe。主要特点是比强度高、断裂韧性好、锻造温度低和抗应力腐蚀能力强,适合于制造高强度的钛锻件。


物理性能

密度ρ=4.62g/cm3,熔化温度范围为(1650士14)℃。


表 98 TB6钛合金的热导率

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表 99 TB6钛合金的比热容

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表 100 TB6钛合金的线膨胀系数

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表 101 TB6钛合金的电阻率

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力学性能

表 102 技术标准规定的TB6钛合金力学性能

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TB8钛合金    


 


TB8钛合金的名义成分是Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si,是一种介稳定的β型钛合金。该钛合金采用较多的Mo元素而不是V,大大改善了合金的抗氧化性能和抗腐蚀性能,并具有与TB5(Ti-15-3)钛合金相似的较好的冷轧和冷成形能力。TB8钛合金除了生产板材、带材外,也可生产箔材、丝材、管材、棒材和锻件 。板材主要用于制造中等复杂程度的飞机冷成形饭金零件。


物理性能

密度ρ=4.93g /cm3


表 103 TB8钛合金的热导率

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表104 TB8钛合金的比热容

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表 105 TB8钛合金的线膨胀系数

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表 106 TB8钛合金的电阻率

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力学性能

表 107 技术标准规定的TB8钛合金板材力学性能

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表 108 技术标准规定的TB8钛合金棒材和锻件力学性能

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TB7钛合金    


 TB7是一种在高浓度还原性酸(H2S04,HCl等)中具有优异耐蚀性能的耐蚀钛合金,其名义成分为Ti-32Mo。该钛合金含有高达32%的难熔金属元素Mo。TB7钛合金可用于铸造化工机械的泵、阀等零件,也可生产包括锻件、棒材、板材和管材等形式的半成品。


物理性能

密度ρ=5.58g/cm3,熔化温度为1780℃。

 

表 109 TB7钛合金的热导率

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表 110 TB7钛合金的比热容

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表111 TB7钛合金的线膨胀系数

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表 112 Ti-32Mo在硫酸中的耐蚀性

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表 113 Ti-32Mo在盐酸中的耐蚀性

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表 114 Ti-Mo钛合金在盐酸中的腐蚀率(mm/a)

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力学性能

表 115 技术标准规定的TB7钛合金力学性能

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