有色金屬及其合金-鈦合金 ppt課件

1、鈦的名字源于鈦的名字源于Titans，即希臘神話中地球上大力士。，即希臘神話中地球上大力士。地殼中鈦元素含量位列第四地殼中鈦元素含量位列第四 (0.86%) ，居鋁、鐵、鎂之后。，居鋁、鐵、鎂之后。自然界中不存在純鈦，僅以氧化物存在，如自然界中不存在純鈦，僅以氧化物存在，如FeTiO3、TiO2。強度與鋼相當(dāng)，而密度幾乎僅有鋼的一半。強度與鋼相當(dāng)，而密度幾乎僅有鋼的一半。TitansRutile (TiO2)Ilmenite (FeTiO3)1791年：英國化學(xué)家格雷戈爾研討鈦鐵礦和金紅石時發(fā)現(xiàn)。1795年：德國化學(xué)家克拉普羅特在匈牙利的金紅石時也發(fā)現(xiàn)。 所發(fā)現(xiàn)的鈦是粉末狀的二氧化鈦，而不是金

2、屬鈦。1910年：美國化學(xué)家亨特初次制得純度達99.9%金屬鈦。1947年：開場冶煉，當(dāng)年產(chǎn)量僅2噸 全世界:1955年 1975年 2019年2萬噸 7萬噸 14萬噸 2019年1-12月，中國海綿鈦累計消費8.58萬噸，同比增長17.16%； 2019年寶雞鈦業(yè)股份鈦材產(chǎn)量年寶雞鈦業(yè)股份鈦材產(chǎn)量2.8萬噸萬噸 占占世界約世界約20% 軍用飛機上的各種資料用量的變化趨勢：復(fù)合資料和鈦軍用飛機上的各種資料用量的變化趨勢：復(fù)合資料和鈦合金的用量逐漸增多合金的用量逐漸增多機型機型F-16YF-17 F/A-18A/BF/A-18C/DF/A-18E/FF/A-22F-35B-1B-2X-45A X

3、-45B復(fù)合復(fù)合資料資料389.51023243629385090鈦合金鈦合金2712131541272126鋁合金鋁合金8373505029154119鋼鋼510151614596馬赫數(shù)M5時，蒙皮溫度高達數(shù)千華氏度，高超音速轟炸機用材問題非常突出。即使早期研制的SR-71高空高速偵查機M=3，蒙皮溫度已相當(dāng)高，故鈦合金用量高達93%。 民用飛機的上各種資料用量的變化趨勢：復(fù)合資料和鈦合金的用量不斷增多。機型機型鈦合金鈦合金復(fù)合資料復(fù)合資料第三代客機第三代客機A3204.55.5第四代客機第四代客機A34068第五代客機第五代客機A380102 2空客民機機體上鈦合金和復(fù)合資料的用量%鋼、鋁

4、時代冷端以鈦為主、熱端以鎳為主的鎳、鈦、鋼時代未來：部分地被樹脂基、金屬基、陶瓷基復(fù)合資料和金屬間化合物所取代。航空發(fā)動機的各種資料用量的變化趨勢：882.5度同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 (-Ti-Ti)。與氧、氮、碳和氫猛烈反響。價錢昂貴。主要用于價錢不是關(guān)鍵要素的先進運用場所。高強度和韌性。晶體構(gòu)造：原子半徑：密度：熔點：密度小、比強度高：密度約為鋼或鎳合金一半，比強度高于鋁合金及高合金鋼。鈦飛機鈦飛機當(dāng)超音速飛機飛行時，它的機翼當(dāng)超音速飛機飛行時，它的機翼的溫度可以到達的溫度可以到達500。如用比。如用比較耐熱的鋁合金制造機翼，一到較耐熱的鋁合金制造機翼，一到二三百度也會吃不消，必需有一二三百度也會吃

5、不消，必需有一種又輕、又韌、又耐高溫的資料種又輕、又韌、又耐高溫的資料來替代鋁合金，而鈦恰好可以滿來替代鋁合金，而鈦恰好可以滿足這些要求。鈦還能經(jīng)得住零下足這些要求。鈦還能經(jīng)得住零下一百多度的考驗，在這種低溫下，一百多度的考驗，在這種低溫下，鈦仍舊有很好的韌性而不發(fā)脆。鈦仍舊有很好的韌性而不發(fā)脆。導(dǎo)熱系數(shù)低：為低碳鋼的五分之一，銅的二十五分之一。耐熱性高：因熔點高，使得鈦被列為耐高溫金屬。耐低溫：低溫下堅持良好的韌性及塑性，是低溫容器的理想資料。無磁性：強磁場中不被磁化。無毒且與人體組織及血液有很好的相容性。導(dǎo)電性能差為銅的3.1%、熱膨脹系數(shù)小與玻璃相近。吸氣：鈦的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，高溫下易

6、與碳、氫、氮及氧發(fā)生反響，可做儲氫資料。(6)耐蝕性好：空氣中或含氧的介質(zhì)中，鈦外表生成一層致密的、附著力強、惰性大的氧化膜，維護鈦基體不被腐蝕。 室溫下鈦比較穩(wěn)定。 高溫下活潑，熔化態(tài)能與大多數(shù)坩堝外型資料發(fā)生作用。 高溫下與鹵素、氧、硫、碳、氮等進展劇烈反響。 鈦在真空或惰性氣氛下熔煉，如真空自耗電弧爐、電子束爐、等離子熔爐等設(shè)備中熔煉。 鈦在氮氣中加熱會發(fā)生熄滅，鈦塵在空氣中會發(fā)生爆炸，所以鈦材加熱和焊接宜用氬氣作維護氣體。 鈦在室溫可吸收氫氣，500以上吸氣才干更劇烈，可作為高真空電子儀器的脫氣劑；利用鈦吸氫和放氫的特性，可以作儲氫資料。 化學(xué)性質(zhì)常溫下鈦外表極易構(gòu)成由氧化物、氮化物組

7、成的鈍化膜，它在大氣及許多浸蝕性介質(zhì)中非常穩(wěn)定，具有很好的抗蝕性。 大氣、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、鉻酸等)和大多數(shù)有機酸中，鈦抗蝕性相當(dāng)于或超越不銹鋼，在海水中耐蝕性極強，可與白金相比，是海洋開發(fā)工程理想的資料。 鈦與生物體相容性好，無毒，適做生物工程資料。 鈦在復(fù)原性酸(濃硫酸、鹽酸、正磷酸)、氫氟酸、氯氣、熱強堿、某些熱濃有機酸及氧化鋁溶液中不穩(wěn)定，會發(fā)生劇烈腐蝕。另外，鈦合金有熱鹽應(yīng)力腐蝕傾向。 550以下鈦與氧構(gòu)成維護作用良好的致密氧化膜。538以下，鈦的氧化符合拋物線規(guī)律。但在800以上，氧化膜分解，氧原子以氧化膜為轉(zhuǎn)換層進入金屬晶格，此時氧化膜已失去維護作用，使鈦很快氧

8、化。 耐蝕性能航空航天、 海洋、化工、 生物醫(yī)學(xué)資料、運動器材提取工藝提取工藝 ： Kroll Kroll 提取工藝提取工藝熔化工藝：熔化工藝： 電渣精煉法電渣精煉法Electroslag Refining (ESR)Electroslag Refining (ESR) 真空電弧重熔法真空電弧重熔法Vacuum Arc Remelting (VAR)Vacuum Arc Remelting (VAR) 電子束熔煉電子束熔煉 (EBM) (EBM) 等離子熔煉等離子熔煉(PAM)(PAM) 感應(yīng)凝殼熔煉法感應(yīng)凝殼熔煉法鈦合金的消費 經(jīng)過以下步驟，鈦礦石 (主要為金紅石，TiO2) 轉(zhuǎn)變?yōu)楹＞d鈦

9、：Cl2 與礦石中的TiO2反響，構(gòu)成TiCl4；TiCl4經(jīng)分級蒸餾而凈化；在Ar維護下，液態(tài)TiCl4 與 Mg 或Na 反響，獲得海綿鈦。鈦的提取消費過程：鈦鐵礦或金紅石高純度四氯化鈦鎂復(fù)原四氯化鈦海綿鈦鈦材和鈦粉。海綿鈦與合金元素混合后液壓成塊狀；塊狀物焊接成熔化電極棒；電極棒經(jīng)二次或三次真空熔煉得到優(yōu)質(zhì)鈦或鈦合金錠。真空電弧重熔法方坯作為電極， 其一端位于交流電加熱的電渣熔池中；熔融金屬與高溫電渣反響，電渣中還可參與合金元素用以調(diào)整合金成分；已熔化金屬流經(jīng)熔渣進入熔池而被提純，最終凝固成電渣精煉鑄錠；精煉時，非金屬雜質(zhì)和熔渣發(fā)生反響，熔融金屬中的夾雜物被電渣吸收去除。屬于非直接結(jié)晶，

10、消除了中心結(jié)晶孔，提高了均勻性電渣精煉法在水冷銅坩堝中熔化金屬；所用熱源為等離子槍或電子束 ；與坩堝壁接觸的金屬液構(gòu)成凝固殼層 (凝固的鈦) ，而熔融的鈦合金浮于殼層上部， 阻止坩堝污染鈦合金熔體；大密度夾雜物堆積到坩堝底部而去除。等離子弧熔煉(PAM)它是對真空電弧熔煉的改良電子束熔煉由爐壁側(cè)底面參與要熔化的資料，熔化熱源為電子束。 金屬液體位于坩堝上部，這樣就獲得了優(yōu)質(zhì)鑄錠。水冷銅坩堝可防止?fàn)t襯資料的污染； 裝入坩堝中的金屬受感應(yīng)電源的磁場作用而熔化； 熔化的金屬液體在坩堝底、側(cè)壁凝固構(gòu)成殼層；消費低本錢、高質(zhì)量鈦合金。感應(yīng)凝殼熔煉法 純鈦力學(xué)性能與純度有關(guān)：間隙雜質(zhì)氧、氮、碳含量添加，其

11、強度升高，塑性大幅度降低。 常溫下鈦的塑性比其他六方構(gòu)造金屬(鎘、鋅、鎂) 要高得多。緣由是：滑移模型和晶體中各晶面的層錯能有關(guān)，如層錯能低，那么全位錯易于分解為不全位錯，以促進滑移的繼續(xù)進展；鈦的層錯能比基面小，原在基面上滑移的位錯經(jīng)過交滑移而轉(zhuǎn)移到棱柱面上，并可發(fā)生分解，這樣基面上的滑移很快終止，而棱柱面上的滑移那么發(fā)揚著主導(dǎo)作用。反之，對于基面層錯能比較低的金屬，如鎘、鋅、鎂，那么0001是主要滑移面。3 3 純鈦純鈦力學(xué)性能 純鈦強度隨溫度升高而降低，加熱到250時抗拉強度減小一半。500以下加熱時斷面收縮率變化很小，而伸長率延續(xù)下降；500以上，塑性隨溫度提高而添加，接近轉(zhuǎn)變溫度時，

12、出現(xiàn)超塑性(A100)。 純鈦有良好的低溫塑性，特別是間隙元素含量很低的型合金適宜在低溫下運用，如在火箭發(fā)動機或載人飛船上作超低溫容器。 鈦的疲勞性能特點與鋼類似，具有比較明顯的物理疲勞極限，純鈦的反復(fù)彎曲疲勞極限為0.60.8Rm，鈦的疲勞性能對金屬外表形狀及應(yīng)力集中系數(shù)比較敏感。 鈦的耐熱性比鐵和鎳低。這與鈦原子自分散系數(shù)大和存在同素異晶轉(zhuǎn)變有關(guān)。鈦的耐磨性較差，經(jīng)過滲氮、碳、硼可提高其耐磨性。 鈦可進展鍛造、軋制、擠壓、沖壓等各種壓力加工；加熱鋼材用的設(shè)備都可用于鈦材加熱，要求爐內(nèi)氣氛堅持中性或弱氧化性氣氛，絕不允許運用氫氣加熱。 鈦的屈強比0.700.95，變形抗力大；彈性模量相對較低

13、，因此鈦材在加工成型時比較困難。 純鈦具有良好的焊接性能，焊縫強度、延性和抗蝕性與母材相近。為防止焊接時的污染，須采用鎢極氬氣維護焊。 鈦的切削加工較困難。主要緣由是鈦的摩擦系數(shù)大，導(dǎo)熱性差，熱量主要集中在刀尖上，使刀尖很快軟化；同時鈦的化學(xué)活性高，溫度升高易粘附刀具，呵斥粘結(jié)磨損。切削加工時，應(yīng)正確選用刀具資料，堅持刀具鋒銳，并采用良好的冷卻。工藝性能 雜質(zhì)元素主要有氧、氮、碳、氫、鐵和硅。 氧、氮、碳、氫為間隙型元素；鐵、硅為置換型元素，可以固溶在相或相中，也可以化合物方式存在。 鈦的硬度對間隙型雜質(zhì)元素很敏感，雜質(zhì)含量愈多，鈦的硬度就愈高。 綜合思索間隙元素對硬度的影響，引入氧當(dāng)量： O

14、當(dāng)=O+2N十0.67 氧當(dāng)量和硬度的關(guān)系為： HV=65+310 O0.5當(dāng)。 雜質(zhì)元素對鈦性能的影響雜質(zhì)元素對鈦性能的影響Hot-rolled structureHCP phase structure 球形 0.3% Fe 氫對純鈦及鈦合金性能的影響就是引起氫脆。 氫在-Ti中溶解度比-Ti中大得多，且在-Ti中的溶解度隨溫度降低而急劇減少，當(dāng)冷卻到室溫時，析出脆性氫化物TiH2，使合金變脆，稱為氫化物氫脆。 含氫-Ti在應(yīng)力作用下，促進氫化物析出，由此導(dǎo)致的脆性叫做應(yīng)力感生氫化物氫脆。 溶解在鈦晶格中的氫原子，在應(yīng)力作用下，經(jīng)過一定時間會分散到晶體缺陷處，與那里的位錯發(fā)生交互作用，使位錯

15、被釘扎，引起塑性降低。當(dāng)應(yīng)力去除并靜置一段時間，再進展高速變形時，塑性又可以恢復(fù)，這種脆性稱為可逆氫脆。 鈦及鈦合金中氫含量小于0.015時，可防止氫化物型氫脆，但無法防止應(yīng)力感生氫化物氫脆和可逆氫脆。 減少氫脆的措施是減少氫含量，如嚴(yán)厲控制原資料純度、采用真空熔煉、用中性或弱氧化性氣氛加熱、惰性氣體維護焊接、盡量防止酸洗增氫等。用真空退火去氫。氫對純鈦及鈦合金性能的影響 氫可提高高溫形變塑性，即提高熱塑性或超塑性。消費上先將氫滲入合金中，然后高溫變形，再經(jīng)過真空退火去氫。增塑的緣由是氫降低鈦的形變激活能，即降低鈦原子分散遷移所必需抑制的能壘，提高了變形過程中分散協(xié)調(diào)變形才干；同時氫原子在高溫

16、下分布較均勻，減小了部分彈性畸變；氫有促進晶粒細化作用，從而改善高溫?zé)崴苄浴?氮、氧、碳都提高+ 相變溫度，擴展相區(qū)，屬穩(wěn)定元素。均可提高強度，急劇降低塑性，其影響程度按氮、氧、碳遞減。為了保證合金的塑性和韌性，工業(yè)鈦合金中氫、氧、氮、碳含量分別控制在0.015、0.15、0.05，0.1以下。低溫用鈦及鈦合金，由于氧、氮和碳提高塑脆轉(zhuǎn)化溫度，應(yīng)盡量降低它們的含量，特別是氧含量。 微量鐵和硅在固溶范圍內(nèi)與鈦構(gòu)成置換固溶體，它們對鈦的性能影響沒有間隙雜質(zhì)元素那樣劇烈。作為雜質(zhì)時，鐵和硅的含量分別要求小于0.3和0.15，但有時也作為合金元素參與。 形變再結(jié)晶退火后，相呈等軸狀，稱等軸； 相區(qū)緩慢

17、冷卻，相以集束片狀方式沿晶界和晶內(nèi)有規(guī)那么的析出，此類形狀稱魏氏； 相區(qū)快冷，那么發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，馬氏體形狀與純度有關(guān)：高純鈦中呈鋸齒狀，工業(yè)純鈦中呈片狀，兩者均屬板條狀馬氏體。 純鈦組織根本形狀魏氏板條狀馬氏體等軸等軸 工業(yè)純鈦退火得到單相組織，屬型鈦合金。 工業(yè)純鈦根據(jù)雜質(zhì)含量不同分為TAl、TA2、TA3、 TA4，其中TA為型鈦合金的代號，數(shù)字表示合金的序號。鈦的純度隨序號增大而降低，抗拉強度提高，塑性下降。 純鈦只能冷變形強化。當(dāng)變形度大于30以后，強度添加緩慢，塑性不再明顯降低。 純鈦的熱處置：再結(jié)晶退火 540700 和去應(yīng)力退火450600，退火后均采用空冷。 工業(yè)純鈦可制成板

18、、管、棒、線、帶材等半廢品。 工業(yè)純鈦可作為重要的耐蝕構(gòu)造資料，用于化工設(shè)備、濱海發(fā)電安裝、海水淡化安裝和艦艇零部件。 工業(yè)純鈦的牌號、性能及用途工業(yè)純鈦的牌號、性能及用途TA表示組織為表示組織為的鈦合金的鈦合金包括全包括全、近、近和和+化合物合金化合物合金 。以鋁、錫、鋯為主要合金元素，在近以鋁、錫、鋯為主要合金元素，在近型鈦合金中還添加少量型鈦合金中還添加少量穩(wěn)定化元素，如鉬、釩、鉭、鈮、鎢、銅、硅等穩(wěn)定化元素，如鉬、釩、鉭、鈮、鎢、銅、硅等 。共共33個牌號。個牌號。 4 鈦合金鈦合金鈦合金分類、牌號TB表示組織為的鈦合金包括熱力學(xué)穩(wěn)定型合金、亞穩(wěn)定型合金和近型合金主要參與的合金元素：M

19、o、VTC表示組織為表示組織為的的鈦合金：以鈦合金：以Ti-Al為基再為基再加適量加適量穩(wěn)定元素穩(wěn)定元素合金類型屈服強度/MPa抗拉強度/MPa延伸率/%特點型型200500250550152599%純鈦，性能隨氧含量變化近近型型850100095011001215有一定的蠕變抗力， 少量（雜質(zhì)Fe的穩(wěn)定作用）可細化晶粒；焊接性能好，可進行鍛造。型型9001200100013001015低溫到400范圍內(nèi)均有較好的性能；通過熱機械處理很容易改變晶粒結(jié)構(gòu)。型型11001300 12501400610可時效熱處理；時效前的成形性能優(yōu)良。 鈦合金中的常參與的合金元素：鋁、錫、鋯、鉬、釩、鉻、鐵、硅、

20、銅、稀土，其中運用最多的是鋁。鋁： 除工業(yè)純鈦外，各類鈦合金中幾乎都添加鋁，鋁主要起固溶強化作用，每添加1Al，室溫抗拉強度添加50MPa。 鋁在鈦中的極限溶解度為7.5；超越極限溶解度后，組織中出現(xiàn)有序相Ti3Al(2)，對合金的塑性、韌性及應(yīng)力腐蝕不利，故普通加鋁量不超越7。 鋁改善抗氧化性，鋁比鈦還輕，能減小合金密度，并顯著提高再結(jié)晶溫度，如添加5Al可使再結(jié)晶溫度從純鈦600提高到800。鋁提高鈦固溶體中原子間結(jié)合力，從而改善熱強性。鋁還提高氫在-Ti中的溶解度，減少由氫化物引起氫脆的敏感性。鈦合金中常見合金元素的作用鈦合金中常見合金元素的作用錫和鋯： 屬中性元素，在-Ti和-Ti中均

21、有較大溶解度，常與其他元素同時參與，起補充強化作用。 為保證耐熱合金獲得單相組織，除鋁以外，還參與鋯和錫進一步提高耐熱性；同時對塑性不利影響比鋁小，使合金具有良好的壓力加工性和焊接性能。 錫能減少對氫脆的敏感性。鈦錫系合金中，錫超越一定濃度后構(gòu)成有序相Ti3Sn，降低塑性和熱穩(wěn)定性。 為了防止有序相Ti3X(2相)的出現(xiàn)，思索到鋁和其它元素對2相析出的影響，Rosenberg提出鋁當(dāng)量公式。 *% 1/3% 1/6% 1/2% 10 %8 9%AlAlSnZrGaO只需鋁當(dāng)量89，就不出現(xiàn)2相。鉬、釩： 穩(wěn)定元素中運用最多，固溶強化相，并顯著降低相變點、添加淬透性，從而加強熱處置強化效果。含釩

22、或鉬的鈦合金不發(fā)生共析反響，在高溫下組織穩(wěn)定性好；但單獨加釩，合金耐熱性不高，其蠕變抗力只能維持到400；鉬提高蠕變抗力的效果比釩高，但密度大；鉬還改善合金的耐蝕性，尤其是提高合金在氯化物溶液中抗縫隙腐蝕才干。錳、鉻： 強化效果大，穩(wěn)定相才干強，密度比鉬、鎢等小，故運用較多，是高強亞穩(wěn)定型鈦合金的主要參與元素。但它們與鈦構(gòu)成慢共析反響，在高溫長期任務(wù)時，組織不穩(wěn)定，蠕變抗力低；當(dāng)同時添加同晶型元素，特別是鉬 時，有抑制共析反響的作用。 硅： 共析轉(zhuǎn)變溫度較高(860)，加硅可改善合金的耐熱性能，因此在耐熱合金中常添加適量硅，參與硅量以不超越相最大固溶度為宜，普通為0.25左右。由于硅與鈦的原子

23、尺寸差別較大，在固溶體中容易在位錯處偏聚，阻止位錯運動，從而提高耐熱性。稀土：稀土： 提高合金耐熱性和熱穩(wěn)定性。稀土的內(nèi)氧化作用，構(gòu)成了細小提高合金耐熱性和熱穩(wěn)定性。稀土的內(nèi)氧化作用，構(gòu)成了細小穩(wěn)定的穩(wěn)定的RExOv顆粒，產(chǎn)生彌散強化。由于內(nèi)氧化降低了基體中的氧顆粒，產(chǎn)生彌散強化。由于內(nèi)氧化降低了基體中的氧濃度，并促使合金中的錫轉(zhuǎn)移到稀土氧化物中，這有利于遏止脆性濃度，并促使合金中的錫轉(zhuǎn)移到稀土氧化物中，這有利于遏止脆性2相析出。此外，稀土還有劇烈抑制相析出。此外，稀土還有劇烈抑制晶粒長大和細化晶粒的作用，晶粒長大和細化晶粒的作用，因此改善合金的綜合性能。因此改善合金的綜合性能。小結(jié)：合金元素

24、的作用： 固溶強化：提高室溫強度最顯著的元素為鐵、錳，鉻、硅，其次為鋁、鉬、釩，而鋯、錫、鉭、鈮強化效果差。穩(wěn)定相或相：合金元素提高或降低相變點。加強熱處置強化效果：穩(wěn)定元素添加合金淬透性。消除有害作用：鋁、錫防止相，稀土抑制2相析出，同晶元素阻制相共析分解。改善合金的耐熱性：參與鋁、硅、鋯，稀士等。提高合金的耐蝕性和擴展鈍化范圍：加鈀、釕、鉑，鉬等。 各類合金元素對鈦合金常規(guī)力學(xué)性能的影響： 穩(wěn)定元素：鋁的固溶強化效果最大，鋯、錫次之。鋯、錫普通不單獨參與，而是與其它元素復(fù)合參與。 同晶元素：合金元素濃度超越相極限溶解度時，將進入+相區(qū)，此時合金元素優(yōu)先溶于相，因此相具有更高的強度和硬度，合

25、金強度將隨組織中相所占比例添加而提高，大約至相和相各占50時強度到達峰值。再添加相數(shù)量，強度反而有所下降。強化作用按鉬、釩、鉭、鈮次序遞減。 共析型穩(wěn)定元素：對合金性能的影晌規(guī)律和同晶型元素類似，特別是非活性共析元素鉻、錳、鐵在普通消費和熱處置條件下，共析轉(zhuǎn)變并不發(fā)生，因此可將鉬、釩等組元同等對待，退火組織仍為+相。但在高溫長期運用的耐熱合金，非活性共析元素的存在，將降低資料的熱穩(wěn)定性。 合金元素對性能的影響合金元素對性能的影響 合金耐熱性取決于金屬基體鍵合才干、原子分散過程及組織穩(wěn)定性。鈦合金耐熱性與相圖類型及成分的關(guān)系為：單相固溶體的耐熱性隨溶解度添加而提高，當(dāng)組織中出現(xiàn)第二相時那么有所下

26、降；因+兩相組織在加熱時發(fā)生轉(zhuǎn)變，相界附近原子分散，且原子在相中的分散比相快，這導(dǎo)致耐熱性下降。所以，耐熱合金以單相組織為宜，常用型或近型鈦合金作為高溫資料。 提高鈦合金固態(tài)相變溫度的合金元素，可改善耐熱性。 在相變溫度附近，組織穩(wěn)定性下降，原子活性添加，從而金屬軟化。因此，耐熱合金的合金化應(yīng)以穩(wěn)定元素(如鋁)和中性元素(錫、鋯)為主；穩(wěn)定化元素中，只需鉬、鎢劇烈提高鈦原子鍵合才干及硅、銅提高共析轉(zhuǎn)變溫度等元素，在適當(dāng)濃度范圍內(nèi)可有效地添加合金的熱強性。某些金屬間化合物的耐熱性高，如Ti-Al系中Ti3Al(2相 、TiAl() 。共析轉(zhuǎn)變溫度低的合金在高溫易軟化，耐熱性差，如Ti-Mn、Ti

27、-Fe合金。 退火用于各種鈦合金，是純鈦和型鈦合金的獨一熱處置方式退火 退火：消除應(yīng)力，提高塑性及穩(wěn)定組織。 工藝：去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火、雙重退火、等溫退火和真空去氫退火等。 去應(yīng)力退火：消除冷變形、鑄造及焊接等工藝過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，退火過程主要發(fā)生回復(fù)。退火溫度普通為450650。消除應(yīng)力退火所需時間取決于工件厚度和剩余應(yīng)力大小。 再結(jié)晶退火：消除加工硬化、穩(wěn)定組織和提高塑性。這一過程主要發(fā)生再結(jié)晶，也稱完全退火；同時也有相、m相在組成、形狀和數(shù)量上的變化，大部分和+鈦合金都是在完全退火形狀下運用。退火溫度介于再結(jié)晶溫度和相變溫度之間。鈦合金的熱處置：退火、淬火、時效、化學(xué)熱處置鈦合金的

28、熱處置：退火、淬火、時效、化學(xué)熱處置 耐熱鈦合金：保證在高溫及長期應(yīng)力作用下組織及性能穩(wěn)定，耐熱鈦合金：保證在高溫及長期應(yīng)力作用下組織及性能穩(wěn)定，常用雙重退火；第一次高溫退火是使再結(jié)晶充分進展，并控制常用雙重退火；第一次高溫退火是使再結(jié)晶充分進展，并控制初生初生相數(shù)量；第二次低溫退火是使組織更接近于平衡形狀。相數(shù)量；第二次低溫退火是使組織更接近于平衡形狀。 穩(wěn)定元素含量較高的穩(wěn)定元素含量較高的+型合金：用等溫退火，這是因型合金：用等溫退火，這是因相相穩(wěn)定性高，空冷不能使穩(wěn)定性高，空冷不能使相充分分解，而采用等溫冷卻，使相充分分解，而采用等溫冷卻，使相相完全轉(zhuǎn)變。完全轉(zhuǎn)變。 真空退火：是消除氫脆

29、的主要措施之一，氫在鈦中的溶解真空退火：是消除氫脆的主要措施之一，氫在鈦中的溶解析出過程是可逆的。故可采用真空退火方法降低鈦中的氫濃度。析出過程是可逆的。故可采用真空退火方法降低鈦中的氫濃度。退火溫度為退火溫度為650680，保溫，保溫16 h，真空度應(yīng)不低于，真空度應(yīng)不低于1.3310-1Pa。 根據(jù)合金成分和冷卻條件，加熱到相區(qū)的鈦合金能夠發(fā)生以下轉(zhuǎn)變： + ： +TixMy ： 或 ： ：密排六方晶格，為六方馬氏體 ：斜方晶格，為斜方馬氏體 ： 亞穩(wěn)定六方晶格相在慢冷時的轉(zhuǎn)變相在快冷時的轉(zhuǎn)變相在冷卻時的轉(zhuǎn)變：相在冷卻時的轉(zhuǎn)變：淬火：淬火：合金加熱到合金加熱到相區(qū)后緩冷：相區(qū)后緩冷： 相中

30、析出次生相中析出次生。隨著溫度降低，次生。隨著溫度降低，次生相不斷增多，相不斷增多，相不斷相不斷減少，穩(wěn)定減少，穩(wěn)定的組元濃度延續(xù)增高。當(dāng)?shù)竭_室溫時，兩相分別到達各自的組元濃度延續(xù)增高。當(dāng)?shù)竭_室溫時，兩相分別到達各自平衡濃度，室溫得到平衡濃度，室溫得到+平衡組織。平衡組織。 緩冷時，先在原緩冷時，先在原晶界開場形核長大，構(gòu)成晶界晶界開場形核長大，構(gòu)成晶界，然后從晶界向，然后從晶界向晶內(nèi)呈集束狀擴展，直至相互接觸為止。相互平行位向一致的一組片狀晶內(nèi)呈集束狀擴展，直至相互接觸為止。相互平行位向一致的一組片狀構(gòu)成一個群體，稱為構(gòu)成一個群體，稱為集束，集束，相處于片狀相處于片狀相之間，呈延續(xù)的或延相之

31、間，呈延續(xù)的或延續(xù)的層片狀，冷卻后構(gòu)成魏氏續(xù)的層片狀，冷卻后構(gòu)成魏氏(+)(+)。加熱溫度愈高、冷卻愈緩慢，那。加熱溫度愈高、冷卻愈緩慢，那么么片愈厚，片愈厚，集束尺寸也愈大，構(gòu)成位向比較單一的集束，這種組織集束尺寸也愈大，構(gòu)成位向比較單一的集束，這種組織稱并列式魏氏構(gòu)造。稱并列式魏氏構(gòu)造。 冷卻速度較快時，冷卻速度較快時，一樣時在晶界、一樣時在晶界、晶粒內(nèi)部獨立生核，這樣晶粒內(nèi)部獨立生核，這樣群體數(shù)目增多，組織細化，這種由多種取向的片狀群體數(shù)目增多，組織細化，這種由多種取向的片狀相構(gòu)成的組織稱作相構(gòu)成的組織稱作網(wǎng)狀魏氏構(gòu)造。網(wǎng)狀魏氏構(gòu)造。相在緩冷時的轉(zhuǎn)變：相在緩冷時的轉(zhuǎn)變：不同成分鈦合金從不

32、同成分鈦合金從相區(qū)淬火時的組織變化規(guī)律：相區(qū)淬火時的組織變化規(guī)律： 鈦合金從鈦合金從相區(qū)淬火，發(fā)生無分散的馬氏體轉(zhuǎn)變：相區(qū)淬火，發(fā)生無分散的馬氏體轉(zhuǎn)變： 當(dāng)當(dāng)穩(wěn)定元素含量少時，穩(wěn)定元素含量少時，轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。馬氏體。 假設(shè)假設(shè)穩(wěn)定元素含量高時，穩(wěn)定元素含量高時，轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。馬氏體。 當(dāng)合金元素含量在臨界濃度附近時，淬火構(gòu)成亞穩(wěn)定當(dāng)合金元素含量在臨界濃度附近時，淬火構(gòu)成亞穩(wěn)定六方晶格六方晶格 相。相。(2) 由于由于型鈦合金淬火后得不到亞穩(wěn)態(tài)型鈦合金淬火后得不到亞穩(wěn)態(tài)相，而相，而或或相的相的強化效果又不大，因此強化效果又不大，因此型鈦合金普通不進展淬火處置，大型鈦合金普通不進展淬火

33、處置，大都在退火形狀下運用。都在退火形狀下運用。相在快冷時的轉(zhuǎn)變 鈦合金與鋼鐵強化機制的區(qū)別主要為：鈦合金與鋼鐵強化機制的區(qū)別主要為：鋼淬火所得馬氏體硬度高，強化效果大，回火使鋼軟化。而鈦合金淬鋼淬火所得馬氏體硬度高，強化效果大，回火使鋼軟化。而鈦合金淬火所得馬氏體硬度不高，強化效果小，回火使鈦合金產(chǎn)生彌散強化?；鹚民R氏體硬度不高，強化效果小，回火使鈦合金產(chǎn)生彌散強化。鋼只需一種馬氏體強化機理，而同一成分的鋼只需一種馬氏體強化機理，而同一成分的+型鈦合金有兩種強化型鈦合金有兩種強化機理：高溫淬火機理：高溫淬火相中所含相中所含穩(wěn)定元素小于臨界濃度，得到馬氏體，時穩(wěn)定元素小于臨界濃度，得到馬氏體

34、，時效時馬氏體分解產(chǎn)生彌散強化；低溫淬火效時馬氏體分解產(chǎn)生彌散強化；低溫淬火相中所含相中所含穩(wěn)定元素大于臨穩(wěn)定元素大于臨界濃度，得到亞穩(wěn)定界濃度，得到亞穩(wěn)定mm，再經(jīng)時效，再經(jīng)時效，mm相分解為彌散相使合金相分解為彌散相使合金強化。強化。時效強化效果時效強化效果 取決于合金元素的性質(zhì)、濃度及熱處置規(guī)范。由于這些要取決于合金元素的性質(zhì)、濃度及熱處置規(guī)范。由于這些要素將影響所構(gòu)成的亞穩(wěn)定相構(gòu)造、數(shù)量、分解程度及彌散性。素將影響所構(gòu)成的亞穩(wěn)定相構(gòu)造、數(shù)量、分解程度及彌散性。同一合金系：一樣淬火時效條件下，強化效果隨合金濃度的添同一合金系：一樣淬火時效條件下，強化效果隨合金濃度的添加而提高。普通在臨界

35、濃度加而提高。普通在臨界濃度CkCk附近，到達強化峰值，對應(yīng)附近，到達強化峰值，對應(yīng)CkCk濃濃度合金淬火可獲得度合金淬火可獲得100100的亞穩(wěn)的亞穩(wěn)相，而且相，而且相在時效過程中，相在時效過程中，分解也最充分。越過分解也最充分。越過CKCK值，過冷值，過冷相穩(wěn)定性添加，時效分解程相穩(wěn)定性添加，時效分解程度下降，強化效果反而減弱。度下降，強化效果反而減弱。不同成分的合金：穩(wěn)定不同成分的合金：穩(wěn)定相才干越強的元素，時效強化效果越相才干越強的元素，時效強化效果越大。多種元素同時參與比單一元素強化效果大，除時效彌散強大。多種元素同時參與比單一元素強化效果大，除時效彌散強化外，還有固溶強化?；?，還

36、有固溶強化。一定成分的合金：時效強化效果取決于所選的熱處置工藝，淬一定成分的合金：時效強化效果取決于所選的熱處置工藝，淬火溫度愈高，時效強化效果愈顯著，但高于臨界點淬火，由于火溫度愈高，時效強化效果愈顯著，但高于臨界點淬火，由于晶粒過分粗大而導(dǎo)致脆性，因此工業(yè)鈦合金除晶粒過分粗大而導(dǎo)致脆性，因此工業(yè)鈦合金除型合金外，均型合金外，均采用兩相區(qū)加熱后淬火，淬火溫度處于采用兩相區(qū)加熱后淬火，淬火溫度處于tKtKtKtK之間。之間?；瘜W(xué)熱處置 鈦合金的摩擦系數(shù)較大，耐磨性比鋼約低40，復(fù)原性介質(zhì)中的抗腐蝕性差。 滲氮：密封爐中750950加熱，通入純氮氣，保溫3040h，或在氮氬混合氣中進展離子氮化。

37、氮化后外表構(gòu)成由氮化物和含氮的固溶體組成的氮化層，滲層厚度可達0.060.08mm，氮化物有(TiN)和(Ti2N)兩種，前者比后者脆性大，故氮化時要求獲得以相為主的氮化物。氮化層的硬度比未氮化時表層高約24倍，明顯提高合金的耐磨性，同時還改善在復(fù)原性介質(zhì)中的抗蝕性。 滲氧：在空氣或硼酸鹽浴中加熱，溫度為700850，保溫210h，外表構(gòu)成富氧固溶體和一薄層氧化物，滲氧層厚度0.020.08mm，滲氧后需將氧化物薄層去除掉，以減少脆性。滲氧可將合金耐蝕性提高79倍，但使塑性和疲勞強度下降。 TA7合金：合金： 為為型鈦合金，屬型鈦合金，屬Ti-Al-Sn系系(Ti-5Al-2.5Sn) 合金元

38、素作用：鋁和錫起穩(wěn)定合金元素作用：鋁和錫起穩(wěn)定和固溶強化作用。和固溶強化作用。 性能特點：性能特點： 具有中等強度和較高的耐熱性，可在具有中等強度和較高的耐熱性，可在500下長期任務(wù)。下長期任務(wù)。 具有良好的低溫性能和焊接性能。具有良好的低溫性能和焊接性能。 隨溫度降低，強度升高，塑性略有下降。間隙元素含量低的隨溫度降低，強度升高，塑性略有下降。間隙元素含量低的合金，在合金，在250時仍堅持良好的塑性，用于超低溫高壓容器，時仍堅持良好的塑性，用于超低溫高壓容器，多以管材供應(yīng)。多以管材供應(yīng)。 冷熱加工性較差。冷熱加工性較差。 軋制工藝對熱成型影響較大，軋制溫度為軋制工藝對熱成型影響較大，軋制溫度

39、為750左右，具有左右，具有較好的熱成型性，高溫軋制塑性反而降低，緣由是晶粒粗化，但較好的熱成型性，高溫軋制塑性反而降低，緣由是晶粒粗化，但經(jīng)過交叉軋制改善組織，可提高熱塑性。經(jīng)過交叉軋制改善組織，可提高熱塑性。 典型鈦合金典型鈦合金TC4(Ti-6Al-4V)： +型合金，國際上一種通用型鈦合金，其用量占鈦合金型合金，國際上一種通用型鈦合金，其用量占鈦合金總耗費量總耗費量50左右。在航空工業(yè)上多用于做壓氣機葉片，盤和左右。在航空工業(yè)上多用于做壓氣機葉片，盤和緊固件等；當(dāng)間隙元素含量低時，具有良好的低溫性能，可制緊固件等；當(dāng)間隙元素含量低時，具有良好的低溫性能，可制造在造在196下運用的低溫容

40、器。下運用的低溫容器。合金成分特點：合金成分特點： 鋁：根本組元，用以保證合金在常溫及高溫下的性能。鋁：根本組元，用以保證合金在常溫及高溫下的性能。 釩：賦予合金熱處置強化才干，可改善塑性；釩：賦予合金熱處置強化才干，可改善塑性；同晶型元素，同晶型元素，不存在共析反響，故組織穩(wěn)定性較好，長期運用溫度可達不存在共析反響，故組織穩(wěn)定性較好，長期運用溫度可達350。 TC4合金處于合金處于+相區(qū)，相區(qū)，轉(zhuǎn)變溫度為轉(zhuǎn)變溫度為996。在平。在平衡條件下，衡條件下，相約占相約占7l0。 組織與性能特點 TC4合金平衡組織為+，其形狀為魏氏+和等軸+。 熱加工后組織取決于變形溫度、變形量及隨后熱處置工藝。如

41、在兩相區(qū)加工，變形量小于50，不能將粗大組織破碎，只需增大變形量才干將原晶界、和條破碎；熱軋溫度提高，組織由等軸狀變?yōu)榫W(wǎng)籃狀和粗大魏氏組織，同時屈服強度略有下降，斷裂韌性明顯提高。 950以下加熱，冷卻方式對性能的影響較小，合金具有較高的綜合性能；950以上加熱，合金強度隨冷卻速度添加而提高，但塑性、韌性下降，故TC4合金熱處置溫度不應(yīng)越過950。熱處置：退火和淬火時效 普通退火：75080012 h空冷，得到不完全再結(jié)晶組織，故又稱不完全退火。 再結(jié)晶退火： 930950加熱，以保證相發(fā)生充分再結(jié)晶，隨爐冷至540以下空冷。 淬火時效工藝：930950水冷54048 h。性能特點： TC4合

42、金綜合性能良好，運用溫度范圍寬(400-196)，合金組織和性能穩(wěn)定，合金化簡單，工藝易掌握，適宜大規(guī)模消費棒料、鍛件和中厚板材。 當(dāng)合金組織為細小等軸+組織，在 800925范圍內(nèi)，以一定變形速率進展拉伸，合金呈現(xiàn)超塑性。據(jù)此可消費出精細的復(fù)雜鍛件和鈑金件，以減少工序，降低本錢。 性能缺乏：如冷變形性能差，難于軋制成薄板和薄壁管材；淬透性低(小于25mm)，限制了時效強化的運用。TB2(Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al) 亞穩(wěn)定型合金，在固溶形狀下有良好的冷成型性，時效后抗拉強度為13233MPa，延伸率堅持在78。用它冷鐓成鉚釘和螺栓用于飛機上，用箔材(0.150.25mm)吹塑成型制成

43、的高強度高剛度波紋殼體用于衛(wèi)星上。 TB2合金相變點750760，時效強化效果隨固溶溫度升高而添加；且水冷強化效果比空冷大，在接近T 點時強度到達最大值。故固溶溫度常選在稍高于T (800)，水淬后在5008h。 TB3(Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al) 亞穩(wěn)定型合金，固溶態(tài)下有良好的塑性和冷成型性，尤其是冷鉚工藝性好，能進展冷手鉚和冷壓鉚，可獲得1400MPa以上的強度。彈性極限e高和彈性模量E低，故有高的彈性(eE)和高的彈性比功(e22E)，且在20300范圍內(nèi)彈性穩(wěn)定，彈性后效值只需銅基、鐵基、鈹青銅的50，用來替代Cr 17Ni2制造YCB-10D應(yīng)變壓力傳感器膜片。TB5

44、Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al 高韌性合金，冷成型性能優(yōu)良，薄板、帶材和箔材。固溶時高韌性合金，冷成型性能優(yōu)良，薄板、帶材和箔材。固溶時效處置后其強度可超越效處置后其強度可超越TC4合金約合金約50，性能均勻。如在，性能均勻。如在B1轟炸轟炸機上用它制造的零件達機上用它制造的零件達250個，用它取代強度較低的個，用它取代強度較低的TA7和必需熱和必需熱成型的成型的TC4合金。合金的冷成型性能優(yōu)良、各向異性較小，適于合金。合金的冷成型性能優(yōu)良、各向異性較小，適于鈑金成型。鈑金成型。 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，當(dāng)變形下拉伸，當(dāng)變形速率速率=10

45、4 108s-1時，延伸率可達時，延伸率可達400490，應(yīng)變速率敏，應(yīng)變速率敏感系數(shù)感系數(shù)m=0.350.40，適于航空部門制造外形復(fù)雜的零件和蜂窩，適于航空部門制造外形復(fù)雜的零件和蜂窩構(gòu)造。構(gòu)造。 TB5合金的合金的T為為7605。加熱到。加熱到800水冷或空冷，得到最水冷或空冷，得到最低的屈強比和較高的塑性，固溶處置后的組織為單相低的屈強比和較高的塑性，固溶處置后的組織為單相，這對于，這對于冷成型非常有利。固溶溫度過低冷成型非常有利。固溶溫度過低(如如700)或過高或過高(如如900)，因組，因組織中存在較多的織中存在較多的相或相或晶粒粗大，均會提高屈強比和降低塑性，晶粒粗大，均會提高屈

46、強比和降低塑性，對冷成型不利。對冷成型不利。TB6Ti-10V-2Fe-3Al 近型高強高韌合金，具有高淬透性和優(yōu)良成型性，適用于做航空鍛件。b1105MPa時，K1c60MPa m-0.5。該合金已用于波音757客機 和F-18戰(zhàn)斗機等，用該合金替代TC4合金可以減重20，用它替代30CrMnSiA時，可減重40。 T800810，加熱到T以上淬火，相處于機械不穩(wěn)定形狀， Ms點低于室溫，但形變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變點Ms高于室溫，在淬火應(yīng)力作用下，發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變，構(gòu)成少量，并且發(fā)生轉(zhuǎn)變，故淬火得到+m。 兩相區(qū)加熱淬火，組織中還存在初生相。該合金淬火時效工藝為7402h水淬5208h空冷。在區(qū)鍛造后直接進展時效(5008h)可獲得更高的綜合性能：b=1184MPa，5=14.6，=48.5，K1c=101.8MPa m-0.5 ；普通固溶時效后的性能：b =1125MPa，5=12.3，=39.1，K1c =68.8 MPa m-0.5 。 TB6在+區(qū)軋制或區(qū)軋制形狀下，具有優(yōu)良超塑性，在750、變形速率1.710-4S-1時，延伸率可達650。 合金中穩(wěn)定化元素含量高，特別是含有共析元素鐵，很容易構(gòu)成鐵