有色金属及其合金-钛合金 ppt课件

1、钛的名字源于钛的名字源于Titans，即希腊神话中地球上大力士。，即希腊神话中地球上大力士。地壳中钛元素含量位列第四地壳中钛元素含量位列第四 (0.86%) ，居铝、铁、镁之后。，居铝、铁、镁之后。自然界中不存在纯钛，仅以氧化物存在，如自然界中不存在纯钛，仅以氧化物存在，如FeTiO3、TiO2。强度与钢相当，而密度几乎仅有钢的一半。强度与钢相当，而密度几乎仅有钢的一半。TitansRutile (TiO2)Ilmenite (FeTiO3)1791年：英国化学家格雷戈尔研讨钛铁矿和金红石时发现。1795年：德国化学家克拉普罗特在匈牙利的金红石时也发现。 所发现的钛是粉末状的二氧化钛，而不是金

2、属钛。1910年：美国化学家亨特初次制得纯度达99.9%金属钛。1947年：开场冶炼，当年产量仅2吨 全世界:1955年 1975年 2019年2万吨 7万吨 14万吨 2019年1-12月，中国海绵钛累计消费8.58万吨，同比增长17.16%； 2019年宝鸡钛业股份钛材产量年宝鸡钛业股份钛材产量2.8万吨万吨 占占世界约世界约20% 军用飞机上的各种资料用量的变化趋势：复合资料和钛军用飞机上的各种资料用量的变化趋势：复合资料和钛合金的用量逐渐增多合金的用量逐渐增多机型机型F-16YF-17 F/A-18A/BF/A-18C/DF/A-18E/FF/A-22F-35B-1B-2X-45A X

3、-45B复合复合资料资料389.51023243629385090钛合金钛合金2712131541272126铝合金铝合金8373505029154119钢钢510151614596马赫数M5时，蒙皮温度高达数千华氏度，高超音速轰炸机用材问题非常突出。即使早期研制的SR-71高空高速侦查机M=3，蒙皮温度已相当高，故钛合金用量高达93%。 民用飞机的上各种资料用量的变化趋势：复合资料和钛合金的用量不断增多。机型机型钛合金钛合金复合资料复合资料第三代客机第三代客机A3204.55.5第四代客机第四代客机A34068第五代客机第五代客机A380102 2空客民机机体上钛合金和复合资料的用量%钢、铝

4、时代冷端以钛为主、热端以镍为主的镍、钛、钢时代未来：部分地被树脂基、金属基、陶瓷基复合资料和金属间化合物所取代。航空发动机的各种资料用量的变化趋势：882.5度同素异构转变 (-Ti-Ti)。与氧、氮、碳和氢猛烈反响。价钱昂贵。主要用于价钱不是关键要素的先进运用场所。高强度和韧性。晶体构造：原子半径：密度：熔点：密度小、比强度高：密度约为钢或镍合金一半，比强度高于铝合金及高合金钢。钛飞机钛飞机当超音速飞机飞行时，它的机翼当超音速飞机飞行时，它的机翼的温度可以到达的温度可以到达500。如用比。如用比较耐热的铝合金制造机翼，一到较耐热的铝合金制造机翼，一到二三百度也会吃不消，必需有一二三百度也会吃

5、不消，必需有一种又轻、又韧、又耐高温的资料种又轻、又韧、又耐高温的资料来替代铝合金，而钛恰好可以满来替代铝合金，而钛恰好可以满足这些要求。钛还能经得住零下足这些要求。钛还能经得住零下一百多度的考验，在这种低温下，一百多度的考验，在这种低温下，钛仍旧有很好的韧性而不发脆。钛仍旧有很好的韧性而不发脆。导热系数低：为低碳钢的五分之一，铜的二十五分之一。耐热性高：因熔点高，使得钛被列为耐高温金属。耐低温：低温下坚持良好的韧性及塑性，是低温容器的理想资料。无磁性：强磁场中不被磁化。无毒且与人体组织及血液有很好的相容性。导电性能差为铜的3.1%、热膨胀系数小与玻璃相近。吸气：钛的化学性质非常活泼，高温下易

6、与碳、氢、氮及氧发生反响，可做储氢资料。(6)耐蚀性好：空气中或含氧的介质中，钛外表生成一层致密的、附著力强、惰性大的氧化膜，维护钛基体不被腐蚀。 室温下钛比较稳定。 高温下活泼，熔化态能与大多数坩埚外型资料发生作用。 高温下与卤素、氧、硫、碳、氮等进展剧烈反响。 钛在真空或惰性气氛下熔炼，如真空自耗电弧炉、电子束炉、等离子熔炉等设备中熔炼。 钛在氮气中加热会发生熄灭，钛尘在空气中会发生爆炸，所以钛材加热和焊接宜用氩气作维护气体。 钛在室温可吸收氢气，500以上吸气才干更剧烈，可作为高真空电子仪器的脱气剂；利用钛吸氢和放氢的特性，可以作储氢资料。 化学性质常温下钛外表极易构成由氧化物、氮化物组

7、成的钝化膜，它在大气及许多浸蚀性介质中非常稳定，具有很好的抗蚀性。 大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和大多数有机酸中，钛抗蚀性相当于或超越不锈钢，在海水中耐蚀性极强，可与白金相比，是海洋开发工程理想的资料。 钛与生物体相容性好，无毒，适做生物工程资料。 钛在复原性酸(浓硫酸、盐酸、正磷酸)、氢氟酸、氯气、热强碱、某些热浓有机酸及氧化铝溶液中不稳定，会发生剧烈腐蚀。另外，钛合金有热盐应力腐蚀倾向。 550以下钛与氧构成维护作用良好的致密氧化膜。538以下，钛的氧化符合抛物线规律。但在800以上，氧化膜分解，氧原子以氧化膜为转换层进入金属晶格，此时氧化膜已失去维护作用，使钛很快氧

8、化。 耐蚀性能航空航天、 海洋、化工、 生物医学资料、运动器材提取工艺提取工艺 ： Kroll Kroll 提取工艺提取工艺熔化工艺：熔化工艺： 电渣精炼法电渣精炼法Electroslag Refining (ESR)Electroslag Refining (ESR) 真空电弧重熔法真空电弧重熔法Vacuum Arc Remelting (VAR)Vacuum Arc Remelting (VAR) 电子束熔炼电子束熔炼 (EBM) (EBM) 等离子熔炼等离子熔炼(PAM)(PAM) 感应凝壳熔炼法感应凝壳熔炼法钛合金的消费 经过以下步骤，钛矿石 (主要为金红石，TiO2) 转变为海绵钛

9、：Cl2 与矿石中的TiO2反响，构成TiCl4；TiCl4经分级蒸馏而净化；在Ar维护下，液态TiCl4 与 Mg 或Na 反响，获得海绵钛。钛的提取消费过程：钛铁矿或金红石高纯度四氯化钛镁复原四氯化钛海绵钛钛材和钛粉。海绵钛与合金元素混合后液压成块状；块状物焊接成熔化电极棒；电极棒经二次或三次真空熔炼得到优质钛或钛合金锭。真空电弧重熔法方坯作为电极， 其一端位于交流电加热的电渣熔池中；熔融金属与高温电渣反响，电渣中还可参与合金元素用以调整合金成分；已熔化金属流经熔渣进入熔池而被提纯，最终凝固成电渣精炼铸锭；精炼时，非金属杂质和熔渣发生反响，熔融金属中的夹杂物被电渣吸收去除。属于非直接结晶，

10、消除了中心结晶孔，提高了均匀性电渣精炼法在水冷铜坩埚中熔化金属；所用热源为等离子枪或电子束 ；与坩埚壁接触的金属液构成凝固壳层 (凝固的钛) ，而熔融的钛合金浮于壳层上部， 阻止坩埚污染钛合金熔体；大密度夹杂物堆积到坩埚底部而去除。等离子弧熔炼(PAM)它是对真空电弧熔炼的改良电子束熔炼由炉壁侧底面参与要熔化的资料，熔化热源为电子束。 金属液体位于坩埚上部，这样就获得了优质铸锭。水冷铜坩埚可防止炉衬资料的污染； 装入坩埚中的金属受感应电源的磁场作用而熔化； 熔化的金属液体在坩埚底、侧壁凝固构成壳层；消费低本钱、高质量钛合金。感应凝壳熔炼法 纯钛力学性能与纯度有关：间隙杂质氧、氮、碳含量添加，其

11、强度升高，塑性大幅度降低。 常温下钛的塑性比其他六方构造金属(镉、锌、镁) 要高得多。缘由是：滑移模型和晶体中各晶面的层错能有关，如层错能低，那么全位错易于分解为不全位错，以促进滑移的继续进展；钛的层错能比基面小，原在基面上滑移的位错经过交滑移而转移到棱柱面上，并可发生分解，这样基面上的滑移很快终止，而棱柱面上的滑移那么发扬着主导作用。反之，对于基面层错能比较低的金属，如镉、锌、镁，那么0001是主要滑移面。3 3 纯钛纯钛力学性能 纯钛强度随温度升高而降低，加热到250时抗拉强度减小一半。500以下加热时断面收缩率变化很小，而伸长率延续下降；500以上，塑性随温度提高而添加，接近转变温度时，

12、出现超塑性(A100)。 纯钛有良好的低温塑性，特别是间隙元素含量很低的型合金适宜在低温下运用，如在火箭发动机或载人飞船上作超低温容器。 钛的疲劳性能特点与钢类似，具有比较明显的物理疲劳极限，纯钛的反复弯曲疲劳极限为0.60.8Rm，钛的疲劳性能对金属外表形状及应力集中系数比较敏感。 钛的耐热性比铁和镍低。这与钛原子自分散系数大和存在同素异晶转变有关。钛的耐磨性较差，经过渗氮、碳、硼可提高其耐磨性。 钛可进展锻造、轧制、挤压、冲压等各种压力加工；加热钢材用的设备都可用于钛材加热，要求炉内气氛坚持中性或弱氧化性气氛，绝不允许运用氢气加热。 钛的屈强比0.700.95，变形抗力大；弹性模量相对较低

13、，因此钛材在加工成型时比较困难。 纯钛具有良好的焊接性能，焊缝强度、延性和抗蚀性与母材相近。为防止焊接时的污染，须采用钨极氩气维护焊。 钛的切削加工较困难。主要缘由是钛的摩擦系数大，导热性差，热量主要集中在刀尖上，使刀尖很快软化；同时钛的化学活性高，温度升高易粘附刀具，呵斥粘结磨损。切削加工时，应正确选用刀具资料，坚持刀具锋锐，并采用良好的冷却。工艺性能 杂质元素主要有氧、氮、碳、氢、铁和硅。 氧、氮、碳、氢为间隙型元素；铁、硅为置换型元素，可以固溶在相或相中，也可以化合物方式存在。 钛的硬度对间隙型杂质元素很敏感，杂质含量愈多，钛的硬度就愈高。 综合思索间隙元素对硬度的影响，引入氧当量： O

14、当=O+2N十0.67 氧当量和硬度的关系为： HV=65+310 O0.5当。 杂质元素对钛性能的影响杂质元素对钛性能的影响Hot-rolled structureHCP phase structure 球形 0.3% Fe 氢对纯钛及钛合金性能的影响就是引起氢脆。 氢在-Ti中溶解度比-Ti中大得多，且在-Ti中的溶解度随温度降低而急剧减少，当冷却到室温时，析出脆性氢化物TiH2，使合金变脆，称为氢化物氢脆。 含氢-Ti在应力作用下，促进氢化物析出，由此导致的脆性叫做应力感生氢化物氢脆。 溶解在钛晶格中的氢原子，在应力作用下，经过一定时间会分散到晶体缺陷处，与那里的位错发生交互作用，使位错

15、被钉扎，引起塑性降低。当应力去除并静置一段时间，再进展高速变形时，塑性又可以恢复，这种脆性称为可逆氢脆。 钛及钛合金中氢含量小于0.015时，可防止氢化物型氢脆，但无法防止应力感生氢化物氢脆和可逆氢脆。 减少氢脆的措施是减少氢含量，如严厉控制原资料纯度、采用真空熔炼、用中性或弱氧化性气氛加热、惰性气体维护焊接、尽量防止酸洗增氢等。用真空退火去氢。氢对纯钛及钛合金性能的影响 氢可提高高温形变塑性，即提高热塑性或超塑性。消费上先将氢渗入合金中，然后高温变形，再经过真空退火去氢。增塑的缘由是氢降低钛的形变激活能，即降低钛原子分散迁移所必需抑制的能垒，提高了变形过程中分散协调变形才干；同时氢原子在高温

16、下分布较均匀，减小了部分弹性畸变；氢有促进晶粒细化作用，从而改善高温热塑性。 氮、氧、碳都提高+ 相变温度，扩展相区，属稳定元素。均可提高强度，急剧降低塑性，其影响程度按氮、氧、碳递减。为了保证合金的塑性和韧性，工业钛合金中氢、氧、氮、碳含量分别控制在0.015、0.15、0.05，0.1以下。低温用钛及钛合金，由于氧、氮和碳提高塑脆转化温度，应尽量降低它们的含量，特别是氧含量。 微量铁和硅在固溶范围内与钛构成置换固溶体，它们对钛的性能影响没有间隙杂质元素那样剧烈。作为杂质时，铁和硅的含量分别要求小于0.3和0.15，但有时也作为合金元素参与。 形变再结晶退火后，相呈等轴状，称等轴； 相区缓慢

17、冷却，相以集束片状方式沿晶界和晶内有规那么的析出，此类形状称魏氏； 相区快冷，那么发生马氏体转变，马氏体形状与纯度有关：高纯钛中呈锯齿状，工业纯钛中呈片状，两者均属板条状马氏体。 纯钛组织根本形状魏氏板条状马氏体等轴等轴 工业纯钛退火得到单相组织，属型钛合金。 工业纯钛根据杂质含量不同分为TAl、TA2、TA3、 TA4，其中TA为型钛合金的代号，数字表示合金的序号。钛的纯度随序号增大而降低，抗拉强度提高，塑性下降。 纯钛只能冷变形强化。当变形度大于30以后，强度添加缓慢，塑性不再明显降低。 纯钛的热处置：再结晶退火 540700 和去应力退火450600，退火后均采用空冷。 工业纯钛可制成板

18、、管、棒、线、带材等半废品。 工业纯钛可作为重要的耐蚀构造资料，用于化工设备、滨海发电安装、海水淡化安装和舰艇零部件。 工业纯钛的牌号、性能及用途工业纯钛的牌号、性能及用途TA表示组织为表示组织为的钛合金的钛合金包括全包括全、近、近和和+化合物合金化合物合金 。以铝、锡、锆为主要合金元素，在近以铝、锡、锆为主要合金元素，在近型钛合金中还添加少量型钛合金中还添加少量稳定化元素，如钼、钒、钽、铌、钨、铜、硅等稳定化元素，如钼、钒、钽、铌、钨、铜、硅等 。共共33个牌号。个牌号。 4 钛合金钛合金钛合金分类、牌号TB表示组织为的钛合金包括热力学稳定型合金、亚稳定型合金和近型合金主要参与的合金元素：M

19、o、VTC表示组织为表示组织为的的钛合金：以钛合金：以Ti-Al为基再为基再加适量加适量稳定元素稳定元素合金类型屈服强度/MPa抗拉强度/MPa延伸率/%特点型型200500250550152599%纯钛，性能随氧含量变化近近型型850100095011001215有一定的蠕变抗力， 少量（杂质Fe的稳定作用）可细化晶粒；焊接性能好，可进行锻造。型型9001200100013001015低温到400范围内均有较好的性能；通过热机械处理很容易改变晶粒结构。型型11001300 12501400610可时效热处理；时效前的成形性能优良。 钛合金中的常参与的合金元素：铝、锡、锆、钼、钒、铬、铁、硅、

20、铜、稀土，其中运用最多的是铝。铝： 除工业纯钛外，各类钛合金中几乎都添加铝，铝主要起固溶强化作用，每添加1Al，室温抗拉强度添加50MPa。 铝在钛中的极限溶解度为7.5；超越极限溶解度后，组织中出现有序相Ti3Al(2)，对合金的塑性、韧性及应力腐蚀不利，故普通加铝量不超越7。 铝改善抗氧化性，铝比钛还轻，能减小合金密度，并显著提高再结晶温度，如添加5Al可使再结晶温度从纯钛600提高到800。铝提高钛固溶体中原子间结合力，从而改善热强性。铝还提高氢在-Ti中的溶解度，减少由氢化物引起氢脆的敏感性。钛合金中常见合金元素的作用钛合金中常见合金元素的作用锡和锆： 属中性元素，在-Ti和-Ti中均

21、有较大溶解度，常与其他元素同时参与，起补充强化作用。 为保证耐热合金获得单相组织，除铝以外，还参与锆和锡进一步提高耐热性；同时对塑性不利影响比铝小，使合金具有良好的压力加工性和焊接性能。 锡能减少对氢脆的敏感性。钛锡系合金中，锡超越一定浓度后构成有序相Ti3Sn，降低塑性和热稳定性。 为了防止有序相Ti3X(2相)的出现，思索到铝和其它元素对2相析出的影响，Rosenberg提出铝当量公式。 *% 1/3% 1/6% 1/2% 10 %8 9%AlAlSnZrGaO只需铝当量89，就不出现2相。钼、钒： 稳定元素中运用最多，固溶强化相，并显著降低相变点、添加淬透性，从而加强热处置强化效果。含钒

22、或钼的钛合金不发生共析反响，在高温下组织稳定性好；但单独加钒，合金耐热性不高，其蠕变抗力只能维持到400；钼提高蠕变抗力的效果比钒高，但密度大；钼还改善合金的耐蚀性，尤其是提高合金在氯化物溶液中抗缝隙腐蚀才干。锰、铬： 强化效果大，稳定相才干强，密度比钼、钨等小，故运用较多，是高强亚稳定型钛合金的主要参与元素。但它们与钛构成慢共析反响，在高温长期任务时，组织不稳定，蠕变抗力低；当同时添加同晶型元素，特别是钼 时，有抑制共析反响的作用。 硅： 共析转变温度较高(860)，加硅可改善合金的耐热性能，因此在耐热合金中常添加适量硅，参与硅量以不超越相最大固溶度为宜，普通为0.25左右。由于硅与钛的原子

23、尺寸差别较大，在固溶体中容易在位错处偏聚，阻止位错运动，从而提高耐热性。稀土：稀土： 提高合金耐热性和热稳定性。稀土的内氧化作用，构成了细小提高合金耐热性和热稳定性。稀土的内氧化作用，构成了细小稳定的稳定的RExOv颗粒，产生弥散强化。由于内氧化降低了基体中的氧颗粒，产生弥散强化。由于内氧化降低了基体中的氧浓度，并促使合金中的锡转移到稀土氧化物中，这有利于遏止脆性浓度，并促使合金中的锡转移到稀土氧化物中，这有利于遏止脆性2相析出。此外，稀土还有剧烈抑制相析出。此外，稀土还有剧烈抑制晶粒长大和细化晶粒的作用，晶粒长大和细化晶粒的作用，因此改善合金的综合性能。因此改善合金的综合性能。小结：合金元素

24、的作用： 固溶强化：提高室温强度最显著的元素为铁、锰，铬、硅，其次为铝、钼、钒，而锆、锡、钽、铌强化效果差。稳定相或相：合金元素提高或降低相变点。加强热处置强化效果：稳定元素添加合金淬透性。消除有害作用：铝、锡防止相，稀土抑制2相析出，同晶元素阻制相共析分解。改善合金的耐热性：参与铝、硅、锆，稀士等。提高合金的耐蚀性和扩展钝化范围：加钯、钌、铂，钼等。 各类合金元素对钛合金常规力学性能的影响： 稳定元素：铝的固溶强化效果最大，锆、锡次之。锆、锡普通不单独参与，而是与其它元素复合参与。 同晶元素：合金元素浓度超越相极限溶解度时，将进入+相区，此时合金元素优先溶于相，因此相具有更高的强度和硬度，合

25、金强度将随组织中相所占比例添加而提高，大约至相和相各占50时强度到达峰值。再添加相数量，强度反而有所下降。强化作用按钼、钒、钽、铌次序递减。 共析型稳定元素：对合金性能的影晌规律和同晶型元素类似，特别是非活性共析元素铬、锰、铁在普通消费和热处置条件下，共析转变并不发生，因此可将钼、钒等组元同等对待，退火组织仍为+相。但在高温长期运用的耐热合金，非活性共析元素的存在，将降低资料的热稳定性。 合金元素对性能的影响合金元素对性能的影响 合金耐热性取决于金属基体键合才干、原子分散过程及组织稳定性。钛合金耐热性与相图类型及成分的关系为：单相固溶体的耐热性随溶解度添加而提高，当组织中出现第二相时那么有所下

26、降；因+两相组织在加热时发生转变，相界附近原子分散，且原子在相中的分散比相快，这导致耐热性下降。所以，耐热合金以单相组织为宜，常用型或近型钛合金作为高温资料。 提高钛合金固态相变温度的合金元素，可改善耐热性。 在相变温度附近，组织稳定性下降，原子活性添加，从而金属软化。因此，耐热合金的合金化应以稳定元素(如铝)和中性元素(锡、锆)为主；稳定化元素中，只需钼、钨剧烈提高钛原子键合才干及硅、铜提高共析转变温度等元素，在适当浓度范围内可有效地添加合金的热强性。某些金属间化合物的耐热性高，如Ti-Al系中Ti3Al(2相 、TiAl() 。共析转变温度低的合金在高温易软化，耐热性差，如Ti-Mn、Ti

27、-Fe合金。 退火用于各种钛合金，是纯钛和型钛合金的独一热处置方式退火 退火：消除应力，提高塑性及稳定组织。 工艺：去应力退火、再结晶退火、双重退火、等温退火和真空去氢退火等。 去应力退火：消除冷变形、铸造及焊接等工艺过程中产生的内应力，退火过程主要发生回复。退火温度普通为450650。消除应力退火所需时间取决于工件厚度和剩余应力大小。 再结晶退火：消除加工硬化、稳定组织和提高塑性。这一过程主要发生再结晶，也称完全退火；同时也有相、m相在组成、形状和数量上的变化，大部分和+钛合金都是在完全退火形状下运用。退火温度介于再结晶温度和相变温度之间。钛合金的热处置：退火、淬火、时效、化学热处置钛合金的

28、热处置：退火、淬火、时效、化学热处置 耐热钛合金：保证在高温及长期应力作用下组织及性能稳定，耐热钛合金：保证在高温及长期应力作用下组织及性能稳定，常用双重退火；第一次高温退火是使再结晶充分进展，并控制常用双重退火；第一次高温退火是使再结晶充分进展，并控制初生初生相数量；第二次低温退火是使组织更接近于平衡形状。相数量；第二次低温退火是使组织更接近于平衡形状。 稳定元素含量较高的稳定元素含量较高的+型合金：用等温退火，这是因型合金：用等温退火，这是因相相稳定性高，空冷不能使稳定性高，空冷不能使相充分分解，而采用等温冷却，使相充分分解，而采用等温冷却，使相相完全转变。完全转变。 真空退火：是消除氢脆

29、的主要措施之一，氢在钛中的溶解真空退火：是消除氢脆的主要措施之一，氢在钛中的溶解析出过程是可逆的。故可采用真空退火方法降低钛中的氢浓度。析出过程是可逆的。故可采用真空退火方法降低钛中的氢浓度。退火温度为退火温度为650680，保温，保温16 h，真空度应不低于，真空度应不低于1.3310-1Pa。 根据合金成分和冷却条件，加热到相区的钛合金能够发生以下转变： + ： +TixMy ： 或 ： ：密排六方晶格，为六方马氏体 ：斜方晶格，为斜方马氏体 ： 亚稳定六方晶格相在慢冷时的转变相在快冷时的转变相在冷却时的转变：相在冷却时的转变：淬火：淬火：合金加热到合金加热到相区后缓冷：相区后缓冷： 相中

30、析出次生相中析出次生。随着温度降低，次生。随着温度降低，次生相不断增多，相不断增多，相不断相不断减少，稳定减少，稳定的组元浓度延续增高。当到达室温时，两相分别到达各自的组元浓度延续增高。当到达室温时，两相分别到达各自平衡浓度，室温得到平衡浓度，室温得到+平衡组织。平衡组织。 缓冷时，先在原缓冷时，先在原晶界开场形核长大，构成晶界晶界开场形核长大，构成晶界，然后从晶界向，然后从晶界向晶内呈集束状扩展，直至相互接触为止。相互平行位向一致的一组片状晶内呈集束状扩展，直至相互接触为止。相互平行位向一致的一组片状构成一个群体，称为构成一个群体，称为集束，集束，相处于片状相处于片状相之间，呈延续的或延相之

31、间，呈延续的或延续的层片状，冷却后构成魏氏续的层片状，冷却后构成魏氏(+)(+)。加热温度愈高、冷却愈缓慢，那。加热温度愈高、冷却愈缓慢，那么么片愈厚，片愈厚，集束尺寸也愈大，构成位向比较单一的集束，这种组织集束尺寸也愈大，构成位向比较单一的集束，这种组织称并列式魏氏构造。称并列式魏氏构造。 冷却速度较快时，冷却速度较快时，一样时在晶界、一样时在晶界、晶粒内部独立生核，这样晶粒内部独立生核，这样群体数目增多，组织细化，这种由多种取向的片状群体数目增多，组织细化，这种由多种取向的片状相构成的组织称作相构成的组织称作网状魏氏构造。网状魏氏构造。相在缓冷时的转变：相在缓冷时的转变：不同成分钛合金从不

32、同成分钛合金从相区淬火时的组织变化规律：相区淬火时的组织变化规律： 钛合金从钛合金从相区淬火，发生无分散的马氏体转变：相区淬火，发生无分散的马氏体转变： 当当稳定元素含量少时，稳定元素含量少时，转变为转变为马氏体。马氏体。 假设假设稳定元素含量高时，稳定元素含量高时，转变为转变为马氏体。马氏体。 当合金元素含量在临界浓度附近时，淬火构成亚稳定当合金元素含量在临界浓度附近时，淬火构成亚稳定六方晶格六方晶格 相。相。(2) 由于由于型钛合金淬火后得不到亚稳态型钛合金淬火后得不到亚稳态相，而相，而或或相的相的强化效果又不大，因此强化效果又不大，因此型钛合金普通不进展淬火处置，大型钛合金普通不进展淬火

33、处置，大都在退火形状下运用。都在退火形状下运用。相在快冷时的转变 钛合金与钢铁强化机制的区别主要为：钛合金与钢铁强化机制的区别主要为：钢淬火所得马氏体硬度高，强化效果大，回火使钢软化。而钛合金淬钢淬火所得马氏体硬度高，强化效果大，回火使钢软化。而钛合金淬火所得马氏体硬度不高，强化效果小，回火使钛合金产生弥散强化。火所得马氏体硬度不高，强化效果小，回火使钛合金产生弥散强化。钢只需一种马氏体强化机理，而同一成分的钢只需一种马氏体强化机理，而同一成分的+型钛合金有两种强化型钛合金有两种强化机理：高温淬火机理：高温淬火相中所含相中所含稳定元素小于临界浓度，得到马氏体，时稳定元素小于临界浓度，得到马氏体

34、，时效时马氏体分解产生弥散强化；低温淬火效时马氏体分解产生弥散强化；低温淬火相中所含相中所含稳定元素大于临稳定元素大于临界浓度，得到亚稳定界浓度，得到亚稳定mm，再经时效，再经时效，mm相分解为弥散相使合金相分解为弥散相使合金强化。强化。时效强化效果时效强化效果 取决于合金元素的性质、浓度及热处置规范。由于这些要取决于合金元素的性质、浓度及热处置规范。由于这些要素将影响所构成的亚稳定相构造、数量、分解程度及弥散性。素将影响所构成的亚稳定相构造、数量、分解程度及弥散性。同一合金系：一样淬火时效条件下，强化效果随合金浓度的添同一合金系：一样淬火时效条件下，强化效果随合金浓度的添加而提高。普通在临界

35、浓度加而提高。普通在临界浓度CkCk附近，到达强化峰值，对应附近，到达强化峰值，对应CkCk浓浓度合金淬火可获得度合金淬火可获得100100的亚稳的亚稳相，而且相，而且相在时效过程中，相在时效过程中，分解也最充分。越过分解也最充分。越过CKCK值，过冷值，过冷相稳定性添加，时效分解程相稳定性添加，时效分解程度下降，强化效果反而减弱。度下降，强化效果反而减弱。不同成分的合金：稳定不同成分的合金：稳定相才干越强的元素，时效强化效果越相才干越强的元素，时效强化效果越大。多种元素同时参与比单一元素强化效果大，除时效弥散强大。多种元素同时参与比单一元素强化效果大，除时效弥散强化外，还有固溶强化。化外，还

36、有固溶强化。一定成分的合金：时效强化效果取决于所选的热处置工艺，淬一定成分的合金：时效强化效果取决于所选的热处置工艺，淬火温度愈高，时效强化效果愈显著，但高于临界点淬火，由于火温度愈高，时效强化效果愈显著，但高于临界点淬火，由于晶粒过分粗大而导致脆性，因此工业钛合金除晶粒过分粗大而导致脆性，因此工业钛合金除型合金外，均型合金外，均采用两相区加热后淬火，淬火温度处于采用两相区加热后淬火，淬火温度处于tKtKtKtK之间。之间。化学热处置 钛合金的摩擦系数较大，耐磨性比钢约低40，复原性介质中的抗腐蚀性差。 渗氮：密封炉中750950加热，通入纯氮气，保温3040h，或在氮氩混合气中进展离子氮化。

37、氮化后外表构成由氮化物和含氮的固溶体组成的氮化层，渗层厚度可达0.060.08mm，氮化物有(TiN)和(Ti2N)两种，前者比后者脆性大，故氮化时要求获得以相为主的氮化物。氮化层的硬度比未氮化时表层高约24倍，明显提高合金的耐磨性，同时还改善在复原性介质中的抗蚀性。 渗氧：在空气或硼酸盐浴中加热，温度为700850，保温210h，外表构成富氧固溶体和一薄层氧化物，渗氧层厚度0.020.08mm，渗氧后需将氧化物薄层去除掉，以减少脆性。渗氧可将合金耐蚀性提高79倍，但使塑性和疲劳强度下降。 TA7合金：合金： 为为型钛合金，属型钛合金，属Ti-Al-Sn系系(Ti-5Al-2.5Sn) 合金元

38、素作用：铝和锡起稳定合金元素作用：铝和锡起稳定和固溶强化作用。和固溶强化作用。 性能特点：性能特点： 具有中等强度和较高的耐热性，可在具有中等强度和较高的耐热性，可在500下长期任务。下长期任务。 具有良好的低温性能和焊接性能。具有良好的低温性能和焊接性能。 随温度降低，强度升高，塑性略有下降。间隙元素含量低的随温度降低，强度升高，塑性略有下降。间隙元素含量低的合金，在合金，在250时仍坚持良好的塑性，用于超低温高压容器，时仍坚持良好的塑性，用于超低温高压容器，多以管材供应。多以管材供应。 冷热加工性较差。冷热加工性较差。 轧制工艺对热成型影响较大，轧制温度为轧制工艺对热成型影响较大，轧制温度

39、为750左右，具有左右，具有较好的热成型性，高温轧制塑性反而降低，缘由是晶粒粗化，但较好的热成型性，高温轧制塑性反而降低，缘由是晶粒粗化，但经过交叉轧制改善组织，可提高热塑性。经过交叉轧制改善组织，可提高热塑性。 典型钛合金典型钛合金TC4(Ti-6Al-4V)： +型合金，国际上一种通用型钛合金，其用量占钛合金型合金，国际上一种通用型钛合金，其用量占钛合金总耗费量总耗费量50左右。在航空工业上多用于做压气机叶片，盘和左右。在航空工业上多用于做压气机叶片，盘和紧固件等；当间隙元素含量低时，具有良好的低温性能，可制紧固件等；当间隙元素含量低时，具有良好的低温性能，可制造在造在196下运用的低温容

40、器。下运用的低温容器。合金成分特点：合金成分特点： 铝：根本组元，用以保证合金在常温及高温下的性能。铝：根本组元，用以保证合金在常温及高温下的性能。 钒：赋予合金热处置强化才干，可改善塑性；钒：赋予合金热处置强化才干，可改善塑性；同晶型元素，同晶型元素，不存在共析反响，故组织稳定性较好，长期运用温度可达不存在共析反响，故组织稳定性较好，长期运用温度可达350。 TC4合金处于合金处于+相区，相区，转变温度为转变温度为996。在平。在平衡条件下，衡条件下，相约占相约占7l0。 组织与性能特点 TC4合金平衡组织为+，其形状为魏氏+和等轴+。 热加工后组织取决于变形温度、变形量及随后热处置工艺。如

41、在两相区加工，变形量小于50，不能将粗大组织破碎，只需增大变形量才干将原晶界、和条破碎；热轧温度提高，组织由等轴状变为网篮状和粗大魏氏组织，同时屈服强度略有下降，断裂韧性明显提高。 950以下加热，冷却方式对性能的影响较小，合金具有较高的综合性能；950以上加热，合金强度随冷却速度添加而提高，但塑性、韧性下降，故TC4合金热处置温度不应越过950。热处置：退火和淬火时效 普通退火：75080012 h空冷，得到不完全再结晶组织，故又称不完全退火。 再结晶退火： 930950加热，以保证相发生充分再结晶，随炉冷至540以下空冷。 淬火时效工艺：930950水冷54048 h。性能特点： TC4合

42、金综合性能良好，运用温度范围宽(400-196)，合金组织和性能稳定，合金化简单，工艺易掌握，适宜大规模消费棒料、锻件和中厚板材。 当合金组织为细小等轴+组织，在 800925范围内，以一定变形速率进展拉伸，合金呈现超塑性。据此可消费出精细的复杂锻件和钣金件，以减少工序，降低本钱。 性能缺乏：如冷变形性能差，难于轧制成薄板和薄壁管材；淬透性低(小于25mm)，限制了时效强化的运用。TB2(Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al) 亚稳定型合金，在固溶形状下有良好的冷成型性，时效后抗拉强度为13233MPa，延伸率坚持在78。用它冷镦成铆钉和螺栓用于飞机上，用箔材(0.150.25mm)吹塑成型制成

43、的高强度高刚度波纹壳体用于卫星上。 TB2合金相变点750760，时效强化效果随固溶温度升高而添加；且水冷强化效果比空冷大，在接近T 点时强度到达最大值。故固溶温度常选在稍高于T (800)，水淬后在5008h。 TB3(Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al) 亚稳定型合金，固溶态下有良好的塑性和冷成型性，尤其是冷铆工艺性好，能进展冷手铆和冷压铆，可获得1400MPa以上的强度。弹性极限e高和弹性模量E低，故有高的弹性(eE)和高的弹性比功(e22E)，且在20300范围内弹性稳定，弹性后效值只需铜基、铁基、铍青铜的50，用来替代Cr 17Ni2制造YCB-10D应变压力传感器膜片。TB5

44、Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al 高韧性合金，冷成型性能优良，薄板、带材和箔材。固溶时高韧性合金，冷成型性能优良，薄板、带材和箔材。固溶时效处置后其强度可超越效处置后其强度可超越TC4合金约合金约50，性能均匀。如在，性能均匀。如在B1轰炸轰炸机上用它制造的零件达机上用它制造的零件达250个，用它取代强度较低的个，用它取代强度较低的TA7和必需热和必需热成型的成型的TC4合金。合金的冷成型性能优良、各向异性较小，适于合金。合金的冷成型性能优良、各向异性较小，适于钣金成型。钣金成型。 TB5合金具有很好的超塑性，在合金具有很好的超塑性，在680900下拉伸，当变形下拉伸，当变形速率速率=10

45、4 108s-1时，延伸率可达时，延伸率可达400490，应变速率敏，应变速率敏感系数感系数m=0.350.40，适于航空部门制造外形复杂的零件和蜂窝，适于航空部门制造外形复杂的零件和蜂窝构造。构造。 TB5合金的合金的T为为7605。加热到。加热到800水冷或空冷，得到最水冷或空冷，得到最低的屈强比和较高的塑性，固溶处置后的组织为单相低的屈强比和较高的塑性，固溶处置后的组织为单相，这对于，这对于冷成型非常有利。固溶温度过低冷成型非常有利。固溶温度过低(如如700)或过高或过高(如如900)，因组，因组织中存在较多的织中存在较多的相或相或晶粒粗大，均会提高屈强比和降低塑性，晶粒粗大，均会提高屈

46、强比和降低塑性，对冷成型不利。对冷成型不利。TB6Ti-10V-2Fe-3Al 近型高强高韧合金，具有高淬透性和优良成型性，适用于做航空锻件。b1105MPa时，K1c60MPa m-0.5。该合金已用于波音757客机 和F-18战斗机等，用该合金替代TC4合金可以减重20，用它替代30CrMnSiA时，可减重40。 T800810，加热到T以上淬火，相处于机械不稳定形状， Ms点低于室温，但形变诱发马氏体转变点Ms高于室温，在淬火应力作用下，发生应力诱发马氏体转变，构成少量，并且发生转变，故淬火得到+m。 两相区加热淬火，组织中还存在初生相。该合金淬火时效工艺为7402h水淬5208h空冷。在区锻造后直接进展时效(5008h)可获得更高的综合性能：b=1184MPa，5=14.6，=48.5，K1c=101.8MPa m-0.5 ；普通固溶时效后的性能：b =1125MPa，5=12.3，=39.1，K1c =68.8 MPa m-0.5 。 TB6在+区轧制或区轧制形状下，具有优良超塑性，在750、变形速率1.710-4S-1时，延伸率可达650。 合金中稳定化元素含量高，特别是含有共析元素铁，很容易构成铁