Ti55531 钛合金(Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr)是新型高强高韧近 β 型钛合金,在航空领域可用于飞机起落架(承受起降冲击力与载荷、减轻重量)、发动机吊挂(保证飞行中稳定)、机翼及机身承力结构件(轻量化设计)、航空发动机压气机盘与叶片等高温高压部件(满足恶劣环境性能要求),如空客 A380 起落架与发动机吊挂、波音 787 和空客 A350 部分承力件均有应用;在舰船领域适用于耐压壳体(承受海水压力、耐腐蚀)、螺旋桨(耐蚀抗空蚀、降噪声振动)、海水冷却与燃油等管道系统(防腐蚀泄漏)及发动机曲轴、连杆等零部件(适应海洋环境、稳定运行),凭借其高强度、高韧性、耐腐蚀性等优势提升航空舰船设备的可靠性与性能。利泰金属结合多年的Ti55531钛合金棒板锻件的深加工,将其综合性能以多表呈现如下:
1. 定义及化学成分
类别 | 描述 |
名义定义 | 近β型钛合金,以Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr为基,具有高强韧性和深淬透性。 |
化学成分 | Al: 4.5-5.5%, Mo: 4.5-5.5%, V: 4.5-5.5%, Cr: 2.8-3.2%, Zr: 0.8-1.2%, Fe≤0.25%, O≤0.15%, 余量Ti。 |
2. 物理性能
参数 | 数值 |
密度 | 4.65-4.75 g/cm³ |
熔点 | 1600-1650℃ |
热导率 | 6.7 W/(m·K) |
热膨胀系数 | 8.6×10⁻⁶/℃ (20-400℃) |
3. 机械性能
性能 | 数值(固溶+时效态) |
抗拉强度 (Rm) | 1250-1400 MPa |
屈服强度 (Rp0.2) | 1150-1300 MPa |
延伸率 (A) | 8-12% |
断裂韧性 (KIC) | 50-70 MPa·√m |
4. 耐腐蚀性能
环境 | 表现 |
海水 | 优异抗点蚀和应力腐蚀开裂能力 |
酸性介质 | 需表面处理(如阳极氧化)提升耐蚀性 |
高温氧化 | ≤400℃稳定,更高温度需涂层保护 |
5. 国际牌号对应
国家/标准 | 对应牌号 |
中国 | Ti55531 (GB/T 3620.1) |
美国 | Ti-5553 (ASTM B381) |
俄罗斯 | ВТ35 |
欧洲 | Ti-5-5-5-3-1 (AMS 4984) |
6. 特点与优势
高强韧性:强度接近Ti-6Al-4V的1.3倍,韧性保持良好。
深淬透性:可制造大截面锻件(厚度>150mm)。
加工窗口宽:β相区热加工性能优异。
7. 标准与型材
型材 | 执行标准 | 典型规格 |
棒材 | AMS 4984 | Φ20-300mm |
板材 | ASTM B381 | 厚度5-50mm |
锻件 | HB 7716 | 最大投影面积1.5m² |
丝材 | GB/T 3623 | Φ0.5-10mm |
8. 加工工艺与流程
工艺 | 关键技术 |
熔炼 | 真空自耗电弧炉(VAR)三次熔炼,控制氧含量≤0.15%。 |
锻造 | β相区开坯(T>850℃),α+β相区终锻。 |
热处理 | 固溶(800-850℃)+时效(500-600℃)。 |
机加工 | 低切削速度(<50m/min),硬质合金刀具。 |
9. 应用领域
航空航天:飞机起落架、发动机风扇盘、机身承力框。
舰船:深海耐压壳体、推进器轴。
突破案例:C919起落架锻件减重15%,疲劳寿命提升20%。
10. 与航空航天钛合金对比
合金 | 强度 (MPa) | 韧性 (MPa·√m) | 成本 |
Ti55531 | 1300 | 60 | 高 |
Ti-6Al-4V | 950 | 80 | 中 |
Ti-1023 | 1100 | 45 | 较低 |
11. 未来发展新领域
增材制造:激光选区熔化(SLM)制备复杂结构件。
海洋工程:深海装备耐压结构。
生物医疗:骨科植入物(需表面改性)。
12. 加工注意事项
热处理:避免β相区长时间保温(防止晶粒粗化)。
焊接:需电子束焊或激光焊,焊后需去应力退火。
表面处理:喷丸强化提升疲劳性能。
13. 国内外产业化对比
维度 | 国内 | 国外 |
熔炼技术 | 突破Φ800mm铸锭 | 已量产Φ1000mm铸锭 |
成本控制 | 较国际高20-30% | 规模化生产优势明显 |
14. 技术挑战与前沿攻关
挑战:大规格锻件组织均匀性控制。
前沿方向:
热机械处理(TMP)优化β晶粒尺寸。
纳米析出相调控(α相尺寸<50nm)。
15. 趋势展望
轻量化升级:替代高强钢,实现装备减重10-30%。
智能化生产:数字孪生技术优化热加工参数。
循环经济:废料回收率提升至90%以上。
总结:Ti55531凭借其高强深淬透特性,在航空航天领域占据重要地位,未来将向增材制造与海洋工程扩展,但需突破大尺寸制备和成本控制瓶颈。
相关链接
- 2024-02-21 固溶温度对Ti55531钛合金锻件的组织与性能的影响