Ti-Al相图(工程材料科学与设计).ppt

Ti-Al相图,一、 钛的基本性质与合金化,有同素异构转变。 ，hcp | 882| ，bcc,比强度高。=4.51g/cm3，可保持到550600,耐蚀性好。形成保护膜, 耐海水腐蚀性是最好的,低温性能好。在77K下仍有良好的力学性能,导热系数低。比铁低4.5倍，易产生热应力,主要合金元素有A1、Zr、V 、Mo、Mn、Cr等,合金元素的质量分数（%） （a）Ti-Sn(Al等) （b）Ti-V(Mo等) （c）Ti-Mn(Cr等) （d）Ti-Zr 图 钛与常见合金元素间的四种典型二元相图,二、 钛合金的相变特点 1、马氏体转变,基 本 概 念,相(bcc) 六方马氏体(hcp)； 斜方马氏体。,tc ：当T淬到一定温度，相浓度到Ck时， 淬火到室温相也不发生M转变的临界淬火温度。 Ck和tc是非常重要的两个参数。,Ck ： Ms室温时相不发生M转变的合金浓度,钛合金M是置换型过饱和固溶体，与钢间隙式M不同,2、相的形成 稳定型钛合金的成分位于临界浓度Ck附近时，淬火时 除形成或r外，还能形成淬火相，用q表示。,特 点,性 质,q是六方晶格，与相有共格关系。相形 状与Me原子半径r有关，r与钛相差较小的合金， 相是椭圆形，r相差较大时为立方体形,相硬而脆，虽强度、硬度和弹性模量， 但塑性急剧。一般情况下,相是有害组织，在 热处理时都要避开它的形成区间。加A1能抑制 相的形成 大多数工业用钛合金都含有A1,3、亚稳定相的分解,淬火形成的、和 r相都是不稳定的,最终产物 都是平衡 +相,共析 型的,分解产物是 +TixMy化合物,各种亚 稳相分 解过程,（1）过冷r相分解 ; （2）马氏体分解,钛合金、在300 400发生快速分解，在400500回火时 弥散度高的+相混合物，弥散强化。 （3）相的分解.,三、常用钛合金 Ti合金按退火组织可以分为:,分 类,钛合金,以TA表示； 钛合金,以TB表示； +钛合金， 以TC表示. 符号后面的数字表示顺序号。,各 类 合 金 特 点,钛合金高温性能好，组织稳定，焊接性好， 是常用耐热钛合金，但常温强度低，塑性不高,+钛合金可热处理强化，常温强度高，中温 的耐热性也不错，但组织不够稳定，焊接性差,合金塑性加工性好，合金浓度适当时，通过 热处理可获得高的常温力学性能，是发展高强度钛 合金的基础，但组织不够稳定，冶炼工艺复杂,应用程度: +合金 合金 钛合金,1、钛合金,主要Me是Al和Sn，固溶强化:+1%Me，强度3570MPa,Al 作 用 特 点,A1在相中固溶度很大,耐热性(500) 但Al6后与共格有序相2（Ti3Al） 2是硬而脆中间相，对合金塑韧性不利。 Al大于25%后，则出现相（TiAl）,应 用 特 点,一般工业用钛合金Al含量很少超过6。 钛合金使用温度500。 钛合金不能热处理强化，退火或热轧态 下使用。TA7是应用最多的一种。 TA4TA6是Ti-Al系二元合金,2、+钛合金,合 金 化 特 点,含46%的稳定元素和都有较多量。 +元素和同时强化。 +合金性能主要由相元素来决定。 相元素主要是铝， 67%以免生成2而 韧性。另补加少量中性元素锡和锆。 元素选择较复杂。+Mo和V等，再适当+少 量Mn和Cr或微量Si。,性 能 特 点,+钛合金力学性能变化范围较宽，可适 应各种用途，约占航空工业使用的钛合金70 以上。目前国内外应用最广泛的+钛合金 是Ti-A1-V系的Ti-6A1-4V，即TC4合金。,3、钛合金 钛合金是发展高强度钛合金潜力最大的合金。,热处理 特点,合金化特点：加入大量稳定元素。 热处理特点:室温为单相组织，经时效可 强度。淬火态下能冷成型进行时效处理。,性能 特点 与应 用,强韧性优于+合金，具有良好的焊接性和 压力加工性。缺点是元素浓度高，密度，易 偏析，性能波动大。相元素多是稀有金属，价 格，200使用，应用受限制. 目前应用仅TB2 ，主要用于制造各种整体热处 理的冲压件和焊接件；如轮盘、轴类等重载荷旋 转件，以及飞机的构件等,四、 钛及钛合金的发展与应用,1、钛合金生产工艺 冶炼技术：电子束重熔技术，真空冶炼等 2、钛合金的新发展 宇航工业 ：AlloyC是一个新型高温钛合金，使用温度 高达650 ，用于制造发动机的排气管； 船舶工业 ：深海潜水调查船的耐压壳体。近钛合金 Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo和+钛合金TC4； 民品工业 :电磁烹调器具 、网球球拍、高尔夫球头 ； 汽车工业 :进、排气阀，目前仅用于赛车和运动汽车； 化学工业 :反应器、热交换器、吸收塔、冷却器等； 医疗领域 :骨骼整补等嵌入材料 。,钛合金是20世纪出现的一种新型结构材料。它具有密度 小、强度高、耐高温和耐腐蚀等特点，且资源丰富，已成 为航天、化工等部门广泛应用的材料,钛合金塑性差，且不能热处理强化. 钛合金主加元素是Cr、Mo、V等元素及少量铝。主 要是时效硬化，因其明显的缺点,应用受到一定的限制,+钛合金是目前最重要的钛合金。同时加入稳定 元素和稳定元素，使和同时得到强化。力学性能变 化范围较宽，可以适应各种用途，约占航空工业使用的钛 合金70以上。,小 结,TiAl3 liquid (63 wt % Al) + -Ti.,The phase Ti3Al transforms the