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β型钛合金TB6、TB8钛合金、TC21高强高韧损伤容限钛合金、TC18近β型钛合金航空航天钛合金
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司
更新时间：2013-06-13
随着我国新一代涡扇航空发动机和第 3 代战斗机的研制生产，钛合金在我国航空工业中的应用得到了快速发展，同时也对钛合金的性能提出越来越高的要求。这种要求集中表现在两个方面，一是更高的断裂韧性，二是在保证足够断裂韧性的基础上获得超过1100MPa的高强度。
以往的事故分析表明，飞机机体结构常会出现一种低应力断裂现象，即构件的工作应力低于材料的屈服强度而发生的脆性断裂，这是由于构件内部存在由铸造、锻造、热处理，甚至机械加工所产生的微裂纹。这种带有裂纹的构件使用时的安全性、可靠性和寿命，取决于裂纹失稳扩展的抵抗能力，这个能力就是以断裂韧性为标志：KIC。研究表明，β型钛合金可以在更高的强度水平上具有比α型钛合金与α+β两相钛合金更好的断裂韧性，满足提高飞机构件的结构效益和构件寿命的要求。与此同时，随着我国航空航天工业的迅速发展，新一代标准件要求材料强度水平达1100～ 1300MPa级以上，所以研发1100～1300MPa级以上的β型钛合金材料及其加工工艺成为我国材料工程技术人员的当务之急。
TB6钛合金（Ti-10V-2Fe-3Al），是迄今为止应用最为广泛的一种高强高韧近β型钛合金，是一种为适应损伤容限性设计原则而产生的高结构效益、高可靠性和低制造成本的钛合金，合金中以Fe和V为主要β稳定元素。常规使用状态下 Rm≥1100 MPa，KIC≥60 MPa·m1 /2，已经应用于波音777 客机起落架主梁、A380主起落架支撑等部件。该合金研制的技术难点是避免β稳定元素的偏析。
TC18 钛合金（Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe），是一种近β型合金，具有高强、高韧、高淬透性，强度极限在退火状态下可达1080 MPa，在强化热处理状态下可达1200 MPa 或更高，具有满意的延伸率、断面收缩率和冲击韧性。
我国西北有色金属研究院、北京航空材料研究院等单位联合研制的TC21（Ti-6Al-2Mo-1.5Cr-2Zr-2Sn-2Nb），是具有我国自主知识产权的第一个高强高韧损伤容限钛合金。目前使用状态下 Rm≥1100MPa，KIC≥70 MPa·m1 /2。该合金已经在我国第 3 代先进飞机上获得了工程化应用。
用V作为钛合金β相 稳定元素有一个缺点，即V的抗氧化能力很差，所以这些β钛合金的使用温度一般不超过300℃。为了使合金具有良好的抗氧化性能和高温性能，要选用抗氧化性能良好的的高熔点Mo和Nb作为β相稳定元素。TB8钛合金（Ti-3Al-15Mo-2.7Nb-0.25Si）是针对抗氧化金属及复合材料基体的需求而研制的一种β型钛合金。该合金不仅具有优异成形性、深淬透性、良好的抗腐蚀能力，还具有优异的高温抗氧化性能，可用于制作有温度要求的飞机结构件或发动机部件紧固件和液压管材等。波音777飞机发动机舱导风罩选用该合金后获得了很好的效果。国内某型号飞机采用该材料代替30CrMnSiA结构钢后，机身承力框焊接组合件实现减重15%～20%，大大提高了飞机的结构效益。目前我国已经能够生产出强度高于1300 MPa的TB8钛合金棒丝材。
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