铸造钛及钛合金的性能与切削加工

本书系统地介绍了铸造钛及钛合金的性能与切削加工技术。其主要内容包括工业纯钛、 ZTA5合金、ZTA7合金、ZTA15合金、ZTC3合金、ZTC4合金、ZTC5合金、ZTC6合金、美国铸造Ti-6Al-4V合金，以及钛和钛合金铸件的切削加工。对每种铸造钛及钛合金，介绍了其材料牌号与技术标准、熔炼铸造与热处理、物理性能、化学性能、力学性能、相变温度与组织结构、工艺性能、选材及应用等内容。本书内容丰富，图文并茂，所列各种数据和图表准确可靠，对铸造钛及钛合金的生产与科研工作极具参考价值。

铸造钛及钛合金是钛及钛合金铸造的原材料，它们的性能和质量直接影响铸件的性能与质量，换句话说，铸造钛及钛合金的性能与质量是保证其铸件质量与使用寿命的基石。因此，在钛及钛合金铸造全过程中必须对其严格控制。20世纪人们对钛及钛合金铸件的应用存在片面认识，认为钛及钛合金铸件质量不稳定，性能难以得到可靠保证，当时的航空、航天部门设计单位都不敢使用钛及钛合金铸件。因此，当时航空部门对钛及钛合金铸造专业研究的投入很少，对北京航空材料研究院钛及钛合金铸造专业每个五年计划的投入资金也就20万～30万元，年均只有4万～6万元。投入资金少，导致在合金性能研究方面根本无法做深入细致的工作，60多年仅研制和试用了8种铸造钛及钛合金。其中，有的合金(如ZTA7)仅做了一点基本的物理、化学性能和少量室温拉伸性能研究，其他性能如持久性能、蠕变性能、疲劳性能等都没进行测试；还有ZTA5合金仅确定了成分，各种性能测试都没做；其他几种合金虽然测试了各种性能，但测试的试样数量仅3～6个，数据的代表性和可靠性难以使人完全信服。
20世纪80年代末，热等静压技术在钛及钛合金铸件上得到成功应用，使钛及钛合金铸件的质量和性能及可靠性提高到与变形钛及钛合金件相近的水平，而在提高金属利用率、缩短制造周期、降低制造成本以及异形制造等方面优于变形钛及钛合金，从而逐渐改变了人们对钛及钛合金铸造的片面看法，特别是美国的F-22战斗机上的关键件都采用了钛合金铸件，彻底改变了航空、航天部门设计人员的观念，也促进了我国钛及钛合金铸造的发展。
我国铸造钛及钛合金与国际上相似，大都沿用了变形钛及钛合金的成分，按相组成分类与变形钛及钛合金也一样，有α型合金、近α型合金、α+β型合金、近β型合金、β型合金五种。ZTA5、ZTA7、ZTC4是中温中强铸造钛合金，其中ZTC4合金铸件应用范围最.广，用量最.大，占了国内研制生产钛合金铸件量的85%以上。ZTA15、ZTC3、ZTC5、ZTC6等是北京航空材料研究院根据航空、航天发展需要相继研制或仿制的高温铸造钛合金和高强铸造钛合金。ZTC4为20世纪60年代研制的合金。20世纪80年代，国外开始对钛及钛合金铸件进行热等静压处理工艺探索研究，北京航空材料研究院紧跟国外步伐，结合钛及钛合金铸件在飞机、发动机推广应用项目，开展了合金热等静压处理及热处理工艺对合金组织性能影响的分析研究，全面评价了ZTC4合金铸件热等静压后的力学性能、疲劳性能等各项性能，为该合金的应用和热等静压处理工艺的应用奠定了技术基础。ZTC3可在500℃下长期工作，曾用于涡喷十三系列发动机机匣批量生产。ZTA15、ZTC6是北京航空材料研究院1990—2003年仿制的合金，其中ZTA15为仿制俄罗斯BT20Л合金， ZTC6为仿制美国Ti6242合金。两种材料特性相近，均为近α型合金，其强度、工作温度均高于ZTC4合金，同时具有良好的焊接性和较好的铸造工艺性。近20年来，ZTA15在国内航空、航天领域用量较大。
为满足铸件生产应用的需要和方便铸造钛及钛合金研究，作者对国内已有的8种铸造钛及钛合金的性能进行了汇总，并对美国铸造Ti-6Al-4V合金的性能进行了全面介绍。本书最.后一章介绍了钛和钛合金铸件的切削加工。
在本书编写出版过程中,作者得到了河北润木铸造材料有限公司、江苏华钛瑞翔科技有限公司、温州恒得晟钛制品有限公司、三门峡予营新材料有限公司、东营市宏宇精铸设备有限责任公司、洛阳伍鑫金属材料科技有限公司的大力支持，也得到了许多同事的支持和帮助，在此深表感谢！
由于作者水平有限，书中难免有错误或不妥之处，敬请广大读者批评指正。

作者

前言
第1章工业纯钛1
1.1概述1
1.2材料牌号与技术标准1
1.3熔炼铸造与热处理2
1.4物理性能与化学性能3
1.5力学性能14
1.6相变温度与组织结构16
1.7工艺性能17
1.8选材及应用17
第2章ZTA5合金19
2.1概述19
2.2材料牌号与技术标准20
2.3熔炼铸造与热处理21
2.4物理性能与化学性能21
2.5力学性能22
2.6相变温度与组织结构24
2.7工艺性能26
2.8功能考核试验27
2.9选材及应用28
第3章ZTA7合金29
3.1概述29
3.2材料牌号与技术标准29
3.3熔炼铸造与热处理30
3.4物理性能与化学性能30
3.5力学性能31
3.6相变温度与组织结构34
3.7工艺性能34
3.8选材及应用35
第4章ZTA15合金36
4.1概述36
4.2材料牌号与技术标准37
4.3熔炼铸造与热处理37
4.4物理性能与化学性能38
4.5力学性能39
4.6相变温度与组织结构47
4.7工艺性能48
4.8功能考核试验50
4.9选材及应用50
第5章ZTC3合金53
5.1概述53
5.2材料牌号与技术标准53
5.3熔炼铸造与热处理54
5.4物理性能与化学性能54
5.5力学性能55
5.6组织结构61
5.7工艺性能62
5.8功能考核试验62
5.9选材及应用63
第6章ZTC4合金64
6.1概述64
6.2材料牌号与技术标准65
6.3熔炼铸造与热处理66
6.4物理性能与化学性能67
6.5力学性能68
6.6组织结构80
6.7工艺性能81
6.8功能考核试验83
6.9选材及应用85
第7章ZTC5合金87
7.1概述87
7.2材料牌号与技术标准87
7.3熔炼铸造与热处理88
7.4物理性能与化学性能88
7.5力学性能89
7.6组织结构94
7.7工艺性能95
7.8功能考核试验95
7.9选材及应用96
第8章ZTC6合金98
8.1概述98
8.2材料牌号与技术标准98
8.3熔炼铸造与热处理99
8.4物理性能与化学性能99
8.5力学性能100
8.6相变温度与组织结构104
8.7工艺性能104
8.8选材及应用105
第9章美国铸造Ti-6Al-4V合金106
9.1概述106
9.2材料牌号与技术标准107
9.3熔炼铸造与热处理108
9.4物理性能与化学性能109
9.5力学性能110
9.6工艺性能159
9.7选材及应用162
第10章钛和钛合金铸件的切削加工163
10.1钛和钛合金铸件的切削加工性163
10.2钛和钛合金铸件切削加工的设备和方法165
10.3钛和钛合金铸件切削加工过程的主要参数165
10.4钛和钛合金铸件切削加工参数的选择172
10.5钛和钛合金铸件切削加工过程中应注意的问题190
参考文献192