耐高温钛合金紧固件

目前,紧固件用钛合金材料使用温度不高。在航空航天领域, 由于新型号飞机以及飞行器的飞行速度不断提高, 要求材料的服役温度也随之提高。因此, 耐高温钛合金紧固件也是未来的发展趋势, 尤其是在航天领域, 要求新型高温钛合金材料能够在600~800 ℃短时服役。

通常采用Ti2AlNb合金替代较重的高温合金, 其变形比较严重, 而采用Ti2AlNb合金替代其他钛合金材料还是较重, 无法满足减重要求; Ti-Al基金属间化合物工艺塑性较差, 成熟度较差。所以未来紧固件用高温钛合金材料仍然以近α型和高铝当量的两相钛合金为主。

在高温下, 钛合金的强度和抗蠕变性能的提高主要依赖于Al, Sn, Zr的固溶强化作用,。然而受到铝当量限制的影响, 这些元素的含量不能无限地提高,。所以在适当控制Al, Sn, Zr含量的情况下, 通过多元素复合合金化进行补充强化来设计钛合金。β稳定化元素Mo对高温钛合金的高温强度和蠕变强度有固溶强化作用, Nb, Cr和V也有类似的效果，少量β稳定化元素的加入还可以防止合金脆化。此外, 钛合金中Si的含量对性能至关重要, 加入质量分数0.2%左右的Si后, 椭球形硅化物将非均匀、不连续地沉淀于α片边界上, 能够有效地阻碍位错的运动, 产生弥散强化作用, 使合金的抗蠕变性能大大提高。但是硅化物的出现同时对合金组织的热稳定性也产生了有害影响, 不仅降低合金的塑性, 而且会增强合金的有序化程度, 促进Ti3Al相的生成。因此, Si含量应控制在较低水平, 一般质量分数不大于0.5%。因此, 多元素复合强化仍然是新型高温钛合金材料设计的发展方向。