Question

钛合金与钢相比在航空航天上有何优势和不足

Answer 1

以钛为基加入其他合金元素组成的合金称作钛合金.钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、工艺性能好等优点,是较为理想的航天工程结构材料.
研究范围：
钛合金可分为结构钛合金和耐热钛合金,或α型钛合金、β型钛合金和α＋β型钛合金.研究范围还包括钛合金的成形技术、粉末冶金技术、快速凝固技术、钛合金的军用和民用等.
应用：
钛合金是一种新型结构材料,它具有优异的综合性能,如密度小（~4.5g cm-3）,比强度和比断裂韧性高,疲劳强度和抗裂纹扩展能力好,低温韧性良好,抗蚀性能优异,某些钛合金的最高工作温度为550��C,预期可达700��C.因此它在航空、航天、化工、造船等工业部门获得日益广泛的应用,发展迅猛.轻合金、钢等的（σ0.2/密度）与温度的关系,钛合金的比强高于其他轻金属、钢和镍合金,并且这一优势可以保持到500��C左右,因此某些钛合金适于制造燃气轮机部件.钛产量中约80%用于航空和宇航工业.例如美国的B-1轰炸机的机体结构材料中,钛合金约占21%,主要用于制造机身、机翼、蒙皮和承力构件.F-15战斗机的机体结构材料,钛合金用量达7000kg ,约占结构重量的34%.波音757客机的结构件,钛合金约占5%,用量达3640 kg.麦克唐纳 道格拉斯（Mc-Donnell-Dounlas）公司生产的DC10飞机,钛合金用量达5500kg,占结构重量的10%以上.在化学和一般工程领域的钛用量：美国约占其产量的15%,欧洲约占40%.由于钛及其合金的优异抗蚀性能,良好的力学性能,以及合格的组织相容性,使它用于制作假体装置等生物材料.
特点：
钛金属的密度较小,为4.5g/cm3,仅为铁的60%,通常与铝、镁等被称为轻金属,其相应的钛合金、铝合金、镁合金则称为轻合金.世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对钛合金材料进行研究开发,并且得到了实际应用.钛是二十世纪五十年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高、易焊接等特点而被广泛用于各个领域,尤其是强度高、易焊接性能有利于高尔夫杆头的制造.
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al（铝）-4V（矾）合金.Ti-6Al-4V合金在耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性方面均达到较好水平.Ti-6Al-4V合金使用量已占全部钛合金的75~85%.许多其它合金可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型.目前,世界上已研制出的钛合金有数百种,最著名的合金有二十至三十种,例如,有Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、Ti-811、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1100、BT9、BT20、IMI829、IMI834等；用于球杆制造的有10-2-3,SP700,15-3-3-3（通常所说的β钛）,22-4,DAT51.
钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物（TixAl,此处x=1或3）四类.下表列出了四类典型钛合金及特点.
类别
典型合金
特点
α
Ti-5Al-2.5Sn
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo
强韧性一般,焊接性能好
抗氧化强,蠕变强度较高
较少应用在高尔夫球刊刊头制造上
α+β
Ti-6Al-4V
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo
强韧性中上,可热化处理强,可焊
疲劳性能好,多应用于铸造刊头
如铁杆、球道木等
β
Ti-13V-11Cr-3Al
Sp700
Ti-15va-3Cr-3Al-3Ni
强度高,热处理强化能力强
可锻性及冷成型性能好
可适用多种焊接方式
TixAl
Ti3Al(α2)及TiAl(Y0