鈦合金在飛行器制造中的應用

關于鈦合金在飛行器制造中的應用12

1791年，英國牧師格累高爾發(fā)現了一種新元素。1795年，法國化學家克拉普羅特以日耳曼神話中女神坦的名字為它命名，譯成中文就是“鈦”。從此，鈦便進入了科學家的實驗室。鈦是一種新金屬，由于它具有一系列優(yōu)異特性，被廣泛用于航空、航天、化工、石油、冶金、輕工、電力、海水淡化、艦艇和日常生活器具等工業(yè)生產中，它被譽為現代金屬。金屬鈦生產從1948年至今才有半個世紀的歷史，它是伴隨著航空和航天工業(yè)而發(fā)展起來的新興工業(yè)。它的發(fā)展經受了數次大起大落，這是因為鈦與飛機制造業(yè)有關的緣故。但總的說來，鈦發(fā)展的速度是很快的，它超過了任何一種其他有色金屬的發(fā)展速度。鈦第2頁,共57頁，星期六，2024年，5月3

鈦的蘊藏量十分豐富，在地球上鈦的儲量約占地殼總重的0.61%，在所有元素中占第十位，居于氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、氫之后，按金屬元素計，為第7位；在常用金屬中則僅次于鋁、鐵和鎂，占第四位；比銅、鎳、鉛、鋅的總和還多十余倍。但由于它的高溫性質特別活潑，很難提純，因此金屬鈦直到二十世紀四十年代才生產出來。第二次世界大戰(zhàn)后首先在真空爐中成功地用鎂還原四氯化鈦獲得了海綿鈦，工業(yè)上開始少量應用。冶煉技術一經突破并投入工業(yè)生產后，這種新材料迅速受到人們的重視。隨著鈦材需求量的增加，鈦及鈦合金的產量一定會有大的增長。鈦及鈦合金由于具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、較高的強度和比強度以及能耐較高的溫度，已作為一種工業(yè)材料在飛行器制造行業(yè)得到了廣泛的應用。第3頁,共57頁，星期六，2024年，5月4

1、記憶功能鈦-鎳合金在一定環(huán)境溫度下具有單向、雙向和全方位的記憶效應，被公認是最佳記憶合金。在工程上做管接頭用于戰(zhàn)斗機的油壓系統；石油聯合企業(yè)的輸油管路系統；直徑0.5mm絲做成的直徑500mm拋物網狀天線用于宇航飛行器上；在醫(yī)學工程上用于制作鼾癥治療；制成螺釘用于骨折愈合等。上述應用均獲得了明顯效果。

2、超導功能鈮-鈦合金在溫度低于臨界溫度時，呈現出零電阻的超導功能。

3、貯氫功能鈦-鐵合金具有吸氫的特性，把大量的氫安全的貯存起來，在一定的環(huán)境中又把氫釋放出來。這在氫氣分離、氫氣凈化、氫氣貯存及運輸、制造以氫為能源的熱泵和蓄電池等方面應用很有前途。

第4頁,共57頁，星期六，2024年，5月5

1密度小,比強度高金屬鈦的密度為4.51g/cm3,高于鋁而低于鋼、銅、鎳，但比強度高于鋁合金和高強合金鋼。

2彈性模量低鈦的彈性模量在常溫時為106.4GPa,為鋼的57%。

3導熱系數小金屬鈦的導熱系數小，是低碳鋼的五分之一，銅的二十五分之一。

4抗拉強度與其屈服強度接近鈦的這一性能說明了其屈強比（屈服強度/抗拉強度）高，表示了金屬鈦材料在成形時塑性變形差。由于鈦的屈服極限與彈性模量的比值大，使鈦成型時的回彈能力大。第5頁,共57頁，星期六，2024年，5月6

5無磁性、無毒鈦是無磁性金屬，在很大的磁場中也不會被磁化，無毒且與人體組織及血液有好的相溶性，所以被醫(yī)療界采用。

6抗阻尼性能強金屬鈦受到機械振動、電振動后，與鋼、銅金屬相比，其自身振動衰減時間最長。利用鈦的這一性能可作音叉、醫(yī)學上的超聲粉碎機振動元件和高級音響揚聲器的振動薄膜等。

7耐熱性能好新型鈦合金可在600℃或更高的溫度下長期使用。

8耐低溫性能好鈦合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等為代表的低溫鈦合金,其強度隨溫度的降低而提高,但塑性變化卻不大。在-196~-253℃低溫下保持較好的延性及韌性,避免了金屬冷脆性,是低溫容器,貯箱等設備的理想材料。

9吸氣性能鈦是一種化學性質非常活潑的金屬,在高溫下可與許多元素和化合物發(fā)生反應。鈦吸氣主要指高溫下與碳、氫、氮、氧發(fā)生反應。第6頁,共57頁，星期六，2024年，5月7

10耐腐蝕性能

鈦是一種非?；顫姷慕饘?，其平衡電位很低，在介質中的熱力學腐蝕傾向大。但實際上鈦在許多介質中很穩(wěn)定，如鈦在氧化性、中性和弱還原性等介質中是耐腐蝕的。這是因為鈦和氧有很大的親和力，在空氣中或含氧的介質中，鈦表面生成一層致密的、附著力強、惰性大的氧化膜，保護了鈦基體不被腐蝕。即使由于機械磨損也會很快自愈或重新再生。這表明了鈦是具有強烈鈍化傾向的金屬。介質溫度在315℃以下鈦的氧化膜始終保持這一特性。

為了提高鈦的耐蝕性，研究出氧化、電鍍、等離子噴涂、離子氮化、離子注入和激光處理等表面處理技術，對鈦的氧化膜起到了增強保護性作用，獲得了所希望的耐腐蝕效果。針對在硫酸、鹽酸、甲胺溶液、高溫濕氯氣和高溫氯化物等生產中對金屬材料的需要，開發(fā)出鈦-鉬、鈦-鈀、鈦-鉬-鎳等一系列耐蝕鈦合金。鈦鑄件使用了鈦-32鉬合金，對常發(fā)生縫隙腐蝕或點蝕的環(huán)境使用了鈦-0.3鉬-0.8鎳合金或鈦設備的局部使用了鈦-0.2鈀合金,均獲得了很好的使用效果。第7頁,共57頁，星期六，2024年，5月81.在飛機上的應用

鈦合金是現代飛機承力結構中最有應用前景的材料。同鋁合金及鋼相比，它具有更高的比強度。同時，其耐腐蝕性、疲勞抗力均很高。在高溫下不可能采用鋁合金時，鈦合金卻能有效地工作?？紤]到飛機結構承力部件（壁板、緣條、隔框、梁、接頭及起落架等）的特點，制造時要用到厚板、模鍛件（鍛件）、鑄件，以及擠壓型材、軋制型材和薄板等半成品。設計此類疲勞危險的結構部件，要求選用高比強度,最大斷裂韌性和最小裂紋擴展速率的材料。鈦合金可滿足要求，方法是對不同半成品采用不同的變形加工和熱處理，形成必需的冶金組織；針對鈦合金的所有特點，研究制訂出鈦合金零部件的加工工藝。4.1鈦合金在飛行器結構上的應用第8頁,共57頁，星期六，2024年，5月9

結構的重量效率是主要的質量指標之一。改進半成品及決定結構件采用何種連接，對提高結構重量總效率起著十分重要的作用。這不僅取決于設計任務書，還取決于結構材料的工藝性能。對兩塊壁板的等壽命對接結構分析得知，焊接接頭具有最高的重量效益，且電子束焊接優(yōu)于其它焊接，因此選擇鈦合金制造飛機結構的主要要求之一是合金本身要有良好的可焊性。而鈦合金Ti-6Al-4V就具有良好的可焊性。第9頁,共57頁，星期六，2024年，5月10

從技術和質量上考慮，飛行器制造工業(yè)都是金屬鈦的最大用戶，從板、管材到鑄件、鍛件，消耗鈦加工材達60%以上。在1980年前，民用機與軍用機都想在機體上采用鈦制部件，但因成本問題而受到限制。然而燃料費在美國各主要航空公司的經營成本中所占的比例自1970年以來一直在上升（1970年占12%，1980年占28%，1990年占31%），從而推動了具有高比強度的鈦部件在飛機上的廣泛應用。因使用鈦部件而使初期投資增加的部分，可因節(jié)省航運費和維修費而完全抵消。加上定期客機效率的改善，使得波音公司投資數十億美元，開發(fā)了節(jié)能效率好的757型和767型客機。第10頁,共57頁，星期六，2024年，5月11

隨著燃料成本的連續(xù)上升，可以預計到新的民用客機中鈦的用量將增加。當前正在為改善結構效率，降低部件成本而積極地開發(fā)有力的新合金和新的加工方法。這樣一來預計鈦合金的用量將進一步增加。對飛機制造廠來說，把燃料消耗降低到最小限度，對提高民用機的經濟性，提高戰(zhàn)斗機的留空時間具有重要的作用。從機體斷面的形狀、新機翼技術、恰當地選擇發(fā)動機等基本設計方面，應盡可能以提高燃料效率為目標。因為重量是節(jié)省燃料的主要因素，飛機制造廠家必須盡全力謀求輕量化。使用改良鋁、復合材料，再和鈦復合使用，具有可靠性的輕量化就成為可能了。第11頁,共57頁，星期六，2024年，5月12

據估計，殲擊機鋁合金原材料成本約占飛機總成本的1%。如果殲擊機完全用鈦合金制造，則原材料成本占總成本的3.5%。如果鈦成本降低一半，則殲擊機總成本總共也只能減少1%。因而，飛機的成本主要不取決于原材料成本，而是取決于生產費用。根據這一分析，可以認為在飛機制造中應用鈦不存在成本障礙，或即使存在也影響很小，因而可以預計鈦將來在飛機制造中會得到比現在更為廣泛的應用。2.在宇宙飛船和航天飛機上的應用（略）3.在宇宙火箭上應用（略）第12頁,共57頁，星期六，2024年，5月13第13頁,共57頁，星期六，2024年，5月14第14頁,共57頁，星期六，2024年，5月15第15頁,共57頁，星期六，2024年，5月16第16頁,共57頁，星期六，2024年，5月17第17頁,共57頁，星期六，2024年，5月18

4.2航空用鈦合金的分類與一般性能1.鈦及合金的分類牌號名義成分合金類型工作溫度（C）TA7Ti-5A-2.5Snα500TC1Ti-2Al-1.5Mn近α350TC3Ti-5Al-4Vα+?400TC4Ti-6Al-4Vα+?400TC6Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Siα+?450TC11Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si

α+?500TB2Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al?300Ti-22Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al?30047121Ti-7Mo-10V-2Fe-1Zr-4Al?300ZTC4Ti-6Al-4Vα+?350ZT3Ti-5Al-5Mo-2Sn-0.3Si-0.02Ceα+?500按照合金在平衡和亞穩(wěn)定狀態(tài)的相組成，鈦合金可分為α、近α、α+?、近?、?等五類；但習慣上將鈦合金分為α、α+?和?三大類。若按照使用性能特點，則可分為結構鈦合金、耐熱（熱強）鈦合金和耐蝕鈦合金和功能鈦合金等類。我國鈦合金國標牌號中，TA系列代表α型鈦合金；TB系列代表?型鈦合金；TC系列代表α+?型鈦合金。第18頁,共57頁，星期六，2024年，5月19鈦有兩種同素異構晶型。低于882.5℃為低溫α晶型，呈密排六方晶格；在882.5℃到熔點（1668℃±10℃）為穩(wěn)定的高溫β晶型，呈體心立方晶格。鈦可以與多種元素形成合金，合金元素的加入對鈦的物理和機械性能產生很大的影響，并引起多晶型轉變溫度的變化。加入鈦中的各元素的總量影響著相變溫度的變化程度。合金元素使鈦的晶體結構畸變并引起強化；相變行為的能力隨元素的不同的而不同。鈦與間隙元素（即處于鈦晶格內間隙位置）氧、氮、碳以及金屬元素鋁、錫等構成的合金具有穩(wěn)定的α相類型，稱為α穩(wěn)定元素，能夠提高純鈦的相變溫度。鈦與過渡元素如釩、鈮、鉭、鉬及錳、鎂、鐵、鉻等構成的合金則具有β相或α+β相類型，稱為β穩(wěn)定元素，它們不同程度地降低純鈦的相變溫度。第19頁,共57頁，星期六，2024年，5月20α型鈦合金主要以α穩(wěn)定元素為合金元素，在室溫下具有α單相組織，不能通過熱處理使之強化，通常只進行退火處理；組織穩(wěn)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，室溫強度不高。β型鈦合金中則含有相當數量的β穩(wěn)定元素，它們當中有的能無限地溶于β鈦中（如鉬、鈮、釩、鉭等），有的則只是有限地固溶于β鈦中（如鉻、鐵、錳等）。工業(yè)用β合金均系在β相區(qū)內加熱后淬火，將β相保持下來，在室溫時得到穩(wěn)定的β單相組織。經固溶處理（淬火）后再進行時效而使合金強化；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1372～1666MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。第20頁,共57頁，星期六，2024年，5月21α+β合金退火后由α相加β相組成，也能夠通過固溶加時效強化，但強化效果不如β型鈦合金。雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)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(tài)提高50％～100％；高溫強度高，可在400℃～500℃的溫度下長期工作，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。第21頁,共57頁，星期六，2024年，5月22航空航天用鈦合金主要有α型鈦合金、鈦鋁化合物為基的高溫鈦合金和鑄造鈦合金等。非航空航天用鈦合金方面則主要應用于化工裝置、有色冶金、發(fā)電站冷凝器、海水淡化設備和汽車零件、人工關節(jié)等領域。

第22頁,共57頁，星期六，2024年，5月23

4.2航空用鈦合金的分類與一般性能2.工業(yè)純鈦的主要物理性能第23頁,共57頁，星期六，2024年，5月243.鈦的耐腐蝕性

如上所述，由于氧對鈦的親和力很高，在鈦表面常有一層薄而堅固的氧化膜。這層氧化膜的存在使得鈦在許多強腐蝕介質中呈鈍化狀態(tài)，因而鈦具有十分突出的耐腐蝕性能。工業(yè)純鈦在中性和堿性溶液、氧化性酸中均有高的耐腐蝕性。此外在海水中鈦不受腐蝕，甚至有名的王水（一份硝酸加三份鹽酸）在常溫下對鈦的作用也很小。氫氟酸、鹽酸、磷酸、硫酸以及為數不多的幾種熱、濃有機酸：草酸、甲酸、三氯（代）乙酸、三氟（代）乙酸、氯化鋁及鹵素元素與鈦發(fā)生作用，主要是由于它們侵蝕和破壞了鈦的保護層。加入氧化劑或離子時此種腐蝕情況可得到改善。第24頁,共57頁，星期六，2024年，5月254.鈦的力學性能(1)室溫性能純鈦具有一定的強度，鈦合金則具有較高的強度。工業(yè)純鈦 =265~617MPa 45鋼：900MPa，抗拉

650MPa屈服鈦合金 =686~1176MPa 高強鈦合金 ≥1176MPa

由于鈦的比重僅為鋼的60%，所以鈦具有較高的比強度。第25頁,共57頁，星期六，2024年，5月26第26頁,共57頁，星期六，2024年，5月27第27頁,共57頁，星期六，2024年，5月28(2)高溫性能大多數鈦合金在500℃時仍具有一定的機械性能，但一般只在450℃左右使用。

鈦合金高溫性能的改善主要是靠尋找理想的合金系統以及改進工藝來達到的。如調整合金元素，提高材料的蠕變強度、熱穩(wěn)定性以及抗鹽應力腐蝕的能力，改進熱處理制度，注意合理的操作，防止可能的氣體和其它物質的污染等均能達到上述目的。但要研制出一種性能優(yōu)良、工藝簡單、成本低廉的材料也卻非易事。因為往往由于注意了一方面的要求（如高強度），卻很可能在另一種性能（如蠕變性能）方面受到影響。所以，盡管各國都在大力研究，但能長期經受生產、使用實踐的考驗，具有優(yōu)異的綜合性能的鈦合金為數并不很多。第28頁,共57頁，星期六，2024年，5月29第29頁,共57頁，星期六，2024年，5月30(3)低溫性能某些壓力容器（航天裝置上的液氧、氫及氟貯箱）工作溫度分別為-183℃、-253℃、-269℃及-212℃，要求材料在極低溫度下仍具有較好的物理和機械性能。工業(yè)純鈦可以在-196℃的環(huán)境里應用，而Ti-5Al-2.5Sn(TA7)以及Ti-5Al-4V(TC3)使用溫度可達-253℃，AT2系合金（以Ti-Zr為基體，用鈮、釩或鉬構成的三元合金）低溫性能很好。第30頁,共57頁，星期六，2024年，5月31第31頁,共57頁，星期六，2024年，5月325.鈦的工藝性能(1)切削加工性

鈦合金零件的機械加工比鋁合金、結構鋼困難得多。原因在于鈦合金的特性，屈服極限與強度極限之比很高為0.85~0.95（鋼0.65~0.75）；導熱性較差；鈦易粘附于刀具；高溫下與氣體的化學活性很強；合金元素的偏析使切削層性能不一等。

第32頁,共57頁，星期六，2024年，5月33

屈服極限與強度極限之比很高，使鈦合金冷作硬化增高，即冷作硬化層增大，從而降低合金塑性，使刀具磨損加劇。基于這個因素，再加上導熱性差，致使切削區(qū)溫度升高，因而使合金的有害氣體含量增加（特別是對于薄截面）。金屬氣體含量過高，切屑便無法塑性變形，而且收縮率變?yōu)樨撝怠５毒咔暗度忻媾c切屑的摩擦而迅速磨損，后刀刃面與加工表面也迅速磨損。金屬基體，特別是零件表層的性能不一，促使刀具磨損。同時，即使在連續(xù)加工時也造成斷續(xù)切削。第33頁,共57頁，星期六，2024年，5月34

切屑與刀前表面的接觸面積比鋼小50~66%，而刀尖上的接觸壓力卻增大同樣的幅度，因而局部溫度很高，足以引起氧化和形成薄的堅硬層，使切削加工困難。合金的導熱性低，使刀刃難以導熱和冷卻。此外，刀刃前面不形成積屑，而加工鋼時有積屑，它有利于導熱。

第34頁,共57頁，星期六，2024年，5月35

鈦合金表面有一層α硬殼，加工性很差。由于硬殼的硬度和厚度不均勻，對切削加工性影響也不相同。鈦合金切削加工與鋼的主要區(qū)別是增加進給量和切削深度時降低切削速度。切削速度應比鋼降低2～3倍，以保證刀具的必要壽命。因此，生產率要降低。第35頁,共57頁，星期六，2024年，5月36第36頁,共57頁，星期六，2024年，5月37

加工鈦合金比加工鋼一般要求更高的切削力，因此必須采用高剛性機床。切削力大而彈性模量低，會加大毛坯的彈性變形，很難制成尺寸精確的加工件。因此，零件的固定和加工必須使刀具相對于零件支點的扭矩和彎矩為最小。第37頁,共57頁，星期六，2024年，5月38

鈦合金的銑削采用中等進給量，銑削速度為14~18m/min。鋸切時，采用有波紋形鋸齒的鋸條，齒距5~6mm。鈦的磨削則有些困難，為防止金屬溫度升高及磨削工具與金屬發(fā)生相互作用，磨削時嚴禁采用高速度。因此選擇成分適宜的冷卻液和把冷卻液送至加工區(qū)的壓力起著重要作用。金屬鈦的細屑被滑油油污后易自燃，鈦的粉塵有爆炸危險。在熄滅正在燃燒的鈦時，不能使用普通滅火劑（水、泡沫滅火劑和二氧化碳），必須使用鎂火焰用的干砂、白云石灰以及適宜的滅火器。第38頁,共57頁，星期六，2024年，5月39

(2)成形性能鈦板的成形性能與其內部組織、力學性能以及變形條件有關。五十年代開始，在飛機結構上采用了鈦板零件。由于鈦屈服強度高，彈性模量低，因而回彈極大。這樣，在鈦板零件生產過程中便遇到了大量的成形問題。比如將一塊厚度為1mm的退火TC4平板壓入半徑為100mm的弧形模中，取出時仍為平板。就其彈性大小而論，它超過了彈簧鋼板。熱壓機床問世之前，美國北美航空公司曾組織了70多人的手工校形工段，專門解決零件的成形精度問題。第39頁,共57頁，星期六，2024年，5月40

國內在開始生產鈦零件時，碰到的問題也很多。原因是對鋁板零件熟悉的鈑金工和技術人員，對鈦板成形卻很不適應。首先下料切邊工序就因剪刀刀刃磨損太快而成為難題；校形時錘頭極易鐓粗，敲修過程中錘頭彈回很高，零件、模具上錘擊印痕累累仍未能使零件貼模就范。難怪國內都把鈦稱為難成形材料，有人則稱它是熱成形材料，這是對鈦板成形性能籠統的和偏于感性的評價。但這不應妨礙人們對其進行具體分析，掌握其特性，以便作出恰當的處理。第40頁,共57頁，星期六，2024年，5月41鈦的主要成形性能可以歸納如下：鈦板強度較高，要求成形機床的噸位較大，單位成形力高。在常溫下鈦的抗拉強度與屈服強度十分接近，因而決定了材料的塑性變形范圍窄，成形過程中變形稍大就有可能產生破壞。這對拉彎和拉形等要求控制應力的成形工藝很不利。鈦及其合金的彈性模量E小，僅為鋼材的一半左右，因而反映沖壓回彈大小的/E的比值比鋼大得多；均勻延伸率δ值或穩(wěn)定性指數n值較低，所以拉伸發(fā)生失穩(wěn)前的應變較小。同時斷面收縮率亦較低，而且波動范圍大。因此容易發(fā)生破壞而出現廢品，或只能作變形程度較小的零件。第41頁,共57頁，星期六，2024年，5月42鈦板的彎曲能力差，只有普通材料的五分之一左右。凡有彎曲變形的工序（如閘壓和橡皮成形），工件的彎曲半徑都應加大。受壓時的穩(wěn)定性較低，僅為一般材料的一半左右，易失穩(wěn)起皺。再加上彎曲性能不好，在起皺部件波紋部?？梢姷綇澚眩此^“皺裂”），這也是鈦板成形中的一大問題。硬度比鋼約高出一倍，加上強度高，因此用于成形鈦材的模具材料應當有較高的強度和硬度。鈦的抗磨損能力比不銹鋼還低，極易損傷零件和模具。由于存在較高的殘余應力，在沖壓件上產生裂紋，沖壓之后，零件產生翹曲。為了消除應力，零件于沖壓后應進行退火處理。冷變形后發(fā)生急劇硬化，因而需要增加中間退火次數。對于缺口、缺陷以及變形速度敏感性大，給沖壓成形帶來不利影響。第42頁,共57頁，星期六，2024年，5月43

為了克服鈦合金在室溫下成形的困難，改善鈦及鈦合金的沖壓性能，往往不得不采用加熱成形方法。隨著鈦板應用的擴大，熱成形與熱校形技術也得到發(fā)展。此外，某些具有超塑性特性的鈦板，還可以利用超塑性原理進行加工。綜合鈦的各種有關特性，可以簡要地歸納成以下幾點：比重小，強度大，比強度高；能耐多種介質的腐蝕，特別是對海水的抗蝕性能突出；在高溫下化學性能活潑，易受污染；屈強比高，塑性變形區(qū)小，常溫下加工困難；彈性模量低，回彈大；延性較低；對切口、劃傷以及其它表面缺陷敏感，易產生裂紋、擦傷，容易粘接；熱傳導率?。患毿×Ｗ尤菀字?。第43頁,共57頁，星期六，2024年，5月44第6章鈦合金鈑金零件的成形

在飛機各種結構件中，鈑金件占65~70%，其中鈦合金的應用越來越多。用板材成形制作的零件有各種蒙皮、包括整流包皮和整流罩在內的復雜形狀零件、帶孔或下陷的直線和曲線型板制零件、帶翻邊及波紋槽的平面零件等。零件的可成形性在很大的程度上取決于合金的工藝性。所謂工藝性是指合金材料及由這種合金制作的結構的綜合性能，它能采用最完善的工藝，在材料消耗最少、時間最短的條件下保證較高的質量。第44頁,共57頁，星期六，2024年，5月45

6.0鈦板的基本力學試驗數據第45頁,共57頁，星期六，2024年，5月46

鈦合金的比值脆性

鈦合金的E/回彈量大，手工修整極其困難

n值大材料均勻變形的能力強

值大表明在同樣受力條件下，板料厚度方向上的變形能力低，減少起皺，有利于拉延進行和產品質量提高。第46頁,共57頁，星期六，2024年，5月47

6.1鈦板的成形特性

要制作一個形狀復雜的優(yōu)質鈑金件，需要涉及板材許多方面的性質。從一塊平板變成復雜形狀的零件，反映出材料的變形性（塑性變形的可能與程度）、穩(wěn)定性（變形過程是否起皺或頸縮）、抗磨損性（板料與模具接觸磨擦損傷的程度）、回彈（工件從模具中取出后的精度或貼模程度）等諸多特性。現簡述如下：第47頁,共57頁，星期六，2024年，5月481.變形性

常用的變形性指標是單向拉伸時的相對延伸率δ和拉斷時的斷面收縮率ψ。δ指的是在一定長度上的相對變形。拉伸斷裂時包括整個長度上的均勻變形和局部細頸區(qū)的集中變形，把延伸率細分為出現細頸前的均勻延伸率和細頸區(qū)的局部延伸率，對使用來說更方便。前者與試樣長度無關，后者則代表局部達到破裂時的變形程度。

塑性變形可達到的程度歸結起來可表達為應變速度、溫度與應力狀態(tài)的函數。即

Deform=f(V,T,S)第48頁,共57頁，星期六，2024年，5月492.穩(wěn)定性

沖壓成形時的穩(wěn)定性有兩種類型。

一為受拉時，比如拉彎或拉型的穩(wěn)定性，這主要取決于材料的均勻延伸率或n值，而厚向異性指數

的影響則很小。另一個是受壓時的穩(wěn)定性。為建立評判方法，選用相同尺寸與厚度尺寸的長板條，在兩端同樣鉸支下，沿長度受壓，并使應力剛好達到塑性狀態(tài)，這時板條的長度L與厚度t之比就代表該材料在成形時的相對穩(wěn)定性，或叫抗皺能力。其值越大越穩(wěn)定。第49頁,共57頁，星期六，2024年，5月503.抗磨損性

鈦和鈦合金的抗磨損性很低，因為鈦和其它金屬在滑動接觸狀態(tài)下，很容易“焊接”在一起。即使當正壓力和相對滑動都很小，部分表面也會粘??；如果強行將其拆開，就會嚴重地破壞表面光潔度。正因為這樣，鈦材不宜制作螺紋和齒輪。顯而易見，在鈦板沖壓成形時就必須采取表面保護及減磨措施，以便盡量避免零件的擦傷和模具的損壞。鈦合金零件其他金屬零件粘著點第50頁,共57頁，星期六，2024年，5月514.回彈

眾所周知，要使板料成形，必須要施加一個超過它屈服點的應力，使其產生塑性變形，并迫使它與模具貼合。但從模具中將零件中取出后，因為應力釋放就會發(fā)生與原來變形方向相反的所謂回彈變形。它使零件的角度、半徑和深度等與模具產生顯著的偏差，這是鈦成形的主要困難之一。究其原因，則是彈性變形引起