钛及钛合金加工的力学功能

钛及钛合金加工的力学功能

纯钛的抗拉强度为265-353MPa,一般钛合金为686-1176MPa,现在最高可达1764MPa。钛合金与许多钢的强度相当，但比强度钛合金要好许多，这里的比强度是指资料的强度除以其表观密度，又被称为强度-重量比。比强度的国际单位为（N/m2）/(kg/m3)或N·m/kg。资料的抗拉强度与资料表观密度之比叫做比强度。资料在开裂点的强度与密度之比。

钛及钛合金的紧缩强度不低于其拉伸强度。工业纯钛的紧缩屈从强度和拉伸屈从强度大致持平，而Ti-6Al-4V和Ti-5Al-2.5Sn合金紧缩强度比抗拉强度稍高。剪切强度一般为抗拉强度的60%-70%.钛和钛合金薄板的承压屈从强度是抗拉强度的1.2-2.0倍。

在正常大气气氛下，经加工和退火的钛和钛合金的耐久强度为（0.5-0.65）倍抗拉强度。在缺口状况（Kt=3.9）进行107次疲惫实验时，退火Ti-6Al-4V的耐久强度为0.2倍抗拉强度。

高纯度级的加工工业纯钛的硬度通常小于120HB，其他纯度的加工钛的硬度为200-295HB。纯钛铸件的硬度为200-220HB。钛合金在退火状况下的硬度值为32-38HRC，相当于298-349HB。铸态的Ti-5Al-2.5Sn和Ti-6Al-4V合金的硬度为320HB，低空隙杂质Ti-6Al-4V铸件的硬度为310HB。

工业纯钛的拉伸弹性模量为105-109GPa,大多数钛合金在退货状况下的拉伸弹性模量为110-120GPa。时效硬化的钛合金比在退火状况下具有稍高的拉伸弹性模量，抗压弹性模量等于或者大于拉伸弹性模量。尽管钛和钛合金的刚度比铝和铝合金的高许多，但仅为铁的55%。钛合金的比弹性模量与铝合金的相当，仅次于铍、钼和某些高温合金。

工业纯钛的扭转或剪切模量为46GPa,钛合金的剪切模量为43-51GPa。

为提高钛合金的强度，添加空隙元素含量，会给合金的抗冲击功能和开裂韧度带来有害的影响。依据钛合金的种类和状况的不同，加工工业纯钛的夏氏缺口冲击强度值为15-54J/cm2,铸造状况的为4-10J/cm2。钛合金在退火状况下的冲击强度为13-25.8J/cm2,时效状况的稍低。铸造状况的Ti-5Al-2.5Sn合金的夏氏V形缺口冲击强度为10J/cm2,Ti-6Al-4V合金的为20-23J/cm2。含氧量愈低的钛合金加工材，此值愈高。

许多钛合金具有很高的开裂韧度，或者说，钛合金抗裂纹扩展的才能很好。退火状况的Ti-6Al-4V合金就是一种耐性极好的资料。当缺口集中系数Kt=25.4mm时，缺口抗拉强度与非缺口抗拉强度之比大于1。

钛合金在高温下还能坚持必定的功能。一般工业钛合金在540℃温度下能坚持其有用的功能，但仅能供短时间应用，长期运用的温度范围为450-480℃。现在已研制出600℃温度下运用的钛合金。钛合金作为导弹资料可在540℃温度下长期运用，还可在760℃温度下短时间运用。

钛及钛合金资料在低温文超低温下仍能坚持其原有的必定的力学功能。跟着温度的降低，钛和钛合金资料的强度不断添加，而延性逐步变差。许多退火的钛合金资料在-195.5℃温度下还具有足运用的延性和开裂韧度。含空隙元素特少的Ti-5Al-2.5Sn合金可在-252.7℃温度下运用。它的缺口抗拉强度与非缺口抗拉强度之比，在-25.7℃温度下为0.95-1.15。

液氧、液氢和液氟是导弹和世界设备中的重要推进剂。用于制造低温气体容器和低温结构件的资料其所具有的低温功能是非常重要的。当显微结构呈等轴状和空隙元素（氧、氮、氢等）的含量很低时，钛合金的延性仍在5%以上。大多数钛合金在-252.7℃温度下具有较差的延性，而Ti-6Al-4V合金的伸长率还能达到12%。