低溫鈦合金的研發
發布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新時間：2016-02-17
低溫鈦合金：Ti-6Al-4V ELI; Ti-5AI-2.5Sn ELI; Ti-3Al-5Sn-1Mo-0.2Si; Ti-4Al-2.5Sn; Ti-4Al-1.4Vl; Ti-25Zr-1.5Mo; CT77低溫鈦合金
?低溫環境下使用的結構件除要求保持一定的強度，還要求具有良好的塑韌性、較低的熱導率和優良的加工性能。目前常用的低溫結構材料主要包括不銹鋼、鋁合金、鎳基合金和鈦合金等。與不銹鋼、鋁合金等低溫結構材料相比，鈦和某些鈦合金還具有足夠的低溫韌性、高的比強度且在低溫下熱傳導率低、膨脹系數小、無磁性的特點。近年來隨著各國探索太空的競爭，迫切需要能適應太空低溫服役環境的材料，因此鈦合金在宇航、超導等領域成為一種倍受關注的工程材料，其中一些新研發的低溫鈦合金因其重要的戰略價值而受到世界各國的普遍重視。
鈦和鈦合金隨著溫度的降低，強度性能大幅度提高，高循環次數疲勞壽命特性有所提高，但和一般金屬材料相似，其延伸率、沖擊韌性和斷裂韌性都有下降趨勢。如何降低鈦合金低溫脆性，主要從以下幾個方面加以考慮。
一、?采用α和近α鈦合金。
由于β鈦合金的塑-脆轉變溫度較高，隨著使用溫度的降低，其塑韌性急劇降低，一般不適合在低溫環境下使用。α和近α鈦合金的塑-脆轉變溫度普遍較低，即使在液氮（77K）和液氫（20K）溫度下仍然具有較好的塑韌性，可以滿足低溫環境中的應用要求。目前國際上比較成熟的低溫鈦合金基本上都屬于α和近α鈦合金。
二、?降低間隙元素含量。
因為O、C、N等間隙元素含量的增加會顯著降低鈦合金在低溫環境下的斷裂韌性、延展性與沖擊韌性，因此低溫鈦合金的成分必須為超低間隙級。例如，在美國，為降低鈦合金的低溫脆性，在現有合金中降低間隙元素含量，開發了超低間隙元素含量的低溫鈦合金Ti-6Al-4V ELI（ELI指低間隙原子、高純度）和低溫鈦合金Ti-5AI-2.5Sn?ELI等。在阿波羅計劃中，Ti-5AI-2.5Sn?ELI已成功應用于核動力火箭的液氫貯箱；一些導管和高壓氣瓶材料也大量使用了Ti-5AI-2.5Sn?ELI。日本在Ti-5AI-2.5Sn?ELI基礎上研發了Ti-3Al-5Sn-1Mo-0.2Si，有更好的斷裂韌性與屈服強度的匹配，而高周疲勞強度更優，隨著溫度的降低，合金的疲勞強度增加，當溫度為77K，循環次數為105次時，該合金最大疲勞強度達1300MPa，而Ti-5AI-2.5Sn?ELI僅有1100MPa。
三、降低鋁含量。
據研究，適當減少鋁含量有利于減小鈦合金的低溫脆性。例如。前蘇聯為解決低溫脆性問題，大力發展了低鋁的近α鈦合金，如Ti-4Al-2.5Sn、Ti-4Al-1.4V等，最近，俄羅斯又推出Ti-Al-Zr-Nb系。另外，前蘇聯也開發了不含鋁的低溫鈦合金，如Ti-25Zr-1.5Mo系列，該合金低溫時具有高的強度和塑性與滿意的沖擊韌性相匹配，對氧含量敏感性也較小。這些低溫鈦合金已在航天火箭技術裝備中獲得了大量應用，如制造液體燃料火箭發動機的燃燒倉和“和平-1”號軌道對接件。
中國船舶重工集團公司第七二五研究所近期開發了一種低溫鈦合金CT77，該合金的塑-脆轉變溫度為77K。該合金不但具有優異的冷成形和熱成形性能，還具有良好的焊接性能，焊接系數大于0.9。
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