鈦及鈦合金基本知識集錦學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1鈦及鈦合金基本知識集錦鈦及鈦合金基本知識集錦(jjn)第一頁，共73頁。密度小，比強度高：鈦密度為4.51g/cm3，約為鋼或鎳合金的一半。比強度高于鋁合金及高合金鋼。導(dǎo)熱系數(shù)?。衡伒膶?dǎo)熱系數(shù)小，是低碳鋼的五分之一，銅的二十五分之一。無磁性，無毒：鈦是無磁性金屬，在很大的磁場中不被磁化，無毒且與人體組織及血液有很好的相容性?？棺枘嵝阅軓姡衡伿艿綑C械振動及電振動后，與鋼、銅相比，其自身振動衰減時間最長。耐熱性佳：因熔點高，使得鈦被列為耐高溫金屬。耐低溫：可在低溫下保持良好的韌性及塑性，是低溫容器的理想材料。吸氣性能高：鈦的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，在高溫下容易與碳、氫、氮及氧發(fā)生反應(yīng)。耐蝕性佳：

2、在空氣中或含氧的介質(zhì)中，鈦表面生成一層致密(zhm)的、附著力強、惰性大的氧化膜，保護鈦基體不被腐蝕。3.2 純鈦純鈦第2頁/共73頁第二頁，共73頁。3.2 純鈦純鈦物理性能：屬B族元素，原子序數(shù)為22，原子量為47.9。有兩種同素異晶體，其轉(zhuǎn)變溫度為882.5。 低于882.5，為密排六方-Ti： 點陣常數(shù)(20)為： a0.295111 nm，c0.468433nm，ca=1.5873 882.5熔點，為體心立方-Ti：點陣常數(shù)在25時， a=0.3282nm；900 時a=0.33065nm。密度為4.5。鈦的彈性模量低，只有鐵的一半。熔點1668，導(dǎo)電性較差（僅為銅的3.1%），導(dǎo)熱

3、系數(shù)（鐵的六分之一）和線脹系數(shù)（與玻璃的相近）均較低。鈦無磁性，在強磁場下也不會磁化，用鈦制人造骨和關(guān)節(jié)植入人體內(nèi)不會受雷雨天氣的影響。鈦阻尼性低，適宜(shy)做共振材料。當(dāng)溫度低于0.49K時，鈦呈現(xiàn)超導(dǎo)特性，經(jīng)過適當(dāng)合金化，超導(dǎo)溫度可提高到910K。 第3頁/共73頁第三頁，共73頁。第4頁/共73頁第四頁，共73頁。化學(xué)性質(zhì)：室溫下鈦比較穩(wěn)定，高溫下很活潑，熔化態(tài)能與絕大多數(shù)坩堝或造型材料發(fā)生作用。高溫下與鹵素、氧、硫、碳、氮等進行強烈反應(yīng)。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。鈦在氮氣中加熱即能發(fā)生燃燒，鈦塵在空氣中有爆炸危險，所以鈦材加熱和焊

4、接宜用氬氣作保護(boh)氣體。鈦在室溫可吸收氫氣，在500以上吸氣能力尤為強烈，故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，可以作儲氫材料。 3.2 純鈦純鈦第5頁/共73頁第五頁，共73頁。耐蝕性能： 鈦的標準電極電位很低(E=1.63V)，但鈦的致鈍電位亦低，故鈦容易鈍化。 常溫下鈦表面極易形成由氧化物和氮化物組成的鈍化膜，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。 在大氣、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，其抗蝕性相當(dāng)于或超過不銹鋼，在海水中耐蝕性極強，可與白金相比，是海洋開發(fā)工程(gngchng)理想的材料。 鈦與生物體有很好相容性

5、，而且無毒，適做生物工程(gngchng)材料。 鈦在還原性酸(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)生強烈腐蝕。另外，鈦合金有熱鹽應(yīng)力腐蝕傾向。 鈦在550以下能與氧形成致密的氧化膜，具有良好的保護作用。在538以下，鈦的氧化符合拋物線規(guī)律。但在800以上，氧化膜會分解，氧原子以氧化膜為轉(zhuǎn)換層進入金屬晶格，此時氧化膜已失去保護作用，使鈦很快氧化。 3.2 純鈦純鈦第6頁/共73頁第六頁，共73頁。力學(xué)性能：純鈦性能和純鐵相似，塑性好，延伸率可達5060%，斷面收縮率可達7080%，強度不太高（300MPa）。純鈦力學(xué)性能與純度有關(guān)：間隙雜質(zhì)（氧

6、、氮、碳）含量增加，其強度升高，塑性陡降。常溫下鈦為密排六方結(jié)構(gòu)，與其他六方結(jié)構(gòu)的金屬(鎘、鋅、鎂)相比，鈦的塑性要高得多。原因是：滑移模型和晶體中各晶面的層錯能有關(guān)，如層錯能低，則有利于全位錯分解為不全位錯，以促進滑移的繼續(xù)進行；鈦的層錯能比基面小，原來在基面上進行滑移的位錯容易通過交滑移而轉(zhuǎn)移(zhuny)到棱柱面上，并可發(fā)生分解，這樣基面上的滑移很快終止，而棱柱面上的滑移則發(fā)揮著主導(dǎo)作用。反之，對于基面層錯能比較低的金屬，如鎘、鋅、鎂，則0001是主要滑移面。3.2 純鈦純鈦第7頁/共73頁第七頁，共73頁。 純鈦的強度隨溫度的升高而降低，加熱到250時抗拉強度減小一半。500以下加熱時

7、斷面收縮率變化很小，而伸長率卻連續(xù)下降；500以上(yshng)，和隨溫度提高而增加，接近轉(zhuǎn)變溫度時，出現(xiàn)超塑性(100)。 純鈦有很好的低溫塑性，特別是間隙元素含量很低的型合金適宜在低溫下使用，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0.60.80b，鈦的疲勞性能對金屬表面狀態(tài)及應(yīng)力集中系數(shù)比較敏感。 鈦的耐熱性比鐵和鎳低。這與鈦原子自擴散系數(shù)大和存在同素異晶轉(zhuǎn)變有關(guān)。鈦的耐磨性較差，通過滲氮、碳、硼可提高其耐磨性。 3.2 純鈦純鈦第8頁/共73頁第八頁，共73頁。 鈦可進行鍛造、軋制、擠壓、沖壓等各種壓力加工

8、，原則上加熱鋼材所采用的設(shè)備都可以用于鈦材加熱，要求爐內(nèi)氣氛(qfn)保持中性或弱氧化性氣氛(qfn)，絕不允許使用氫氣加熱。 鈦的屈強比(0.2b)較高，一般在0.700.95之間，變形抗力大，而鈦的彈性模量相對較低，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差不多。為防止焊接時的污染，須采用鎢極氬氣保護焊。 鈦的切削加工比較困難，主要原因是鈦的摩擦系數(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，溫度升高容易粘附刀具，造成粘結(jié)磨損。在切削加工時，應(yīng)正確選用刀具材料，保持刀具鋒銳，并采用良好的冷卻。工藝性能3.2 純鈦純鈦

9、第9頁/共73頁第九頁，共73頁。雜質(zhì)元素對鈦性能的影響雜質(zhì)元素對鈦性能的影響雜質(zhì)元素主要有氧、氮、碳、氫、鐵和硅。雜質(zhì)元素主要有氧、氮、碳、氫、鐵和硅。 前四種屬間隙型元素，后二種屬置換型元素，可以固溶在前四種屬間隙型元素，后二種屬置換型元素，可以固溶在相或相或相相中，也可以化合物形式存在。中，也可以化合物形式存在。 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。高。 綜合考慮綜合考慮(kol)間隙元素對硬度的影響，引入氧當(dāng)量：間隙元素對硬度的影響，引入氧當(dāng)量：O當(dāng)當(dāng)=O+2N十十0.67。 氧當(dāng)量和硬度的關(guān)系為：氧當(dāng)

10、量和硬度的關(guān)系為： HV=65+310 O0.5當(dāng)。當(dāng)。 3.2 純鈦純鈦第10頁/共73頁第十頁，共73頁。 氫對純鈦及鈦合金性能的影響就是引起氫脆。 氫在-Ti中的溶解度比-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，會析出脆性的氫化物TiH2，使合金變脆，稱為氫化物氫脆。 含氫的-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)過一定時間會擴散到晶體缺陷處，與那里的位錯發(fā)生交互作用，使位錯被釘扎，引起塑性降低。當(dāng)應(yīng)力去除并靜止一段時間，再進行高速變形時，塑性又可以恢復(fù)，這種脆性稱為可逆氫脆。 鈦

11、及鈦合金中氫含量小于0.015時，可避免氫化物型氫脆，但無法避免應(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，如嚴格控制原材料純度、采用(ciyng)真空熔煉、用中性或弱氧化性氣氛加熱、惰性氣體保護焊接、盡量避免酸洗增氫等。用真空退火去氫。3.2 純鈦純鈦第11頁/共73頁第十一頁，共73頁。 氫可增加高溫形變時塑性，即提高熱塑性或超塑性。生產(chǎn)上暫時將氫滲入合金中，然后高溫變形，再通過真空退火去氫。增塑的原因(yunyn)是氫降低形變激活能，即降低原子擴散遷移所必須克服的能壘，提高了變形過程中擴散協(xié)調(diào)變形能力；同時氫原子在高溫下分布比較均勻，減小了局部彈性畸變；氫有促進晶粒細化作

12、用，從而改善高溫?zé)崴苄浴?氮、氧、碳都提高+ 相變溫度，擴大相區(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，目前在工業(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)與鈦形成置換固溶體，它們對鈦的性能影響沒有間隙雜質(zhì)元素那樣強烈。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加入。 3.2 純鈦純鈦第12頁/共73頁第十二頁，共73頁。純鈦組織基本形態(tài)： 形變再結(jié)晶退火后，相

13、呈等軸狀，稱等軸； 相區(qū)緩慢冷卻，相以集束片狀形式沿晶界和晶內(nèi)有規(guī)則的析出，此類形態(tài)稱魏氏； 相區(qū)快冷，則發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，馬氏體形態(tài)與純度(chnd)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。 3.2 純鈦純鈦第13頁/共73頁第十三頁，共73頁。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 工業(yè)純鈦退火得到單相工業(yè)純鈦退火得到單相組織，屬組織，屬型鈦合金。工業(yè)純鈦型鈦合金。工業(yè)純鈦根據(jù)雜質(zhì)含量不同分為根據(jù)雜質(zhì)含量不同分為TAlTAl、TA2TA2、TA3TA3、 TA4 TA4，其中，其中TATA為為型鈦型鈦合金的代號，數(shù)字表示合金的序號。隨著序號增大，鈦的純度

14、合金的代號，數(shù)字表示合金的序號。隨著序號增大，鈦的純度降低，抗拉強度提高，塑性下降。降低，抗拉強度提高，塑性下降。 純鈦只能純鈦只能(zh nn)(zh nn)冷變形強化。當(dāng)變形度大于冷變形強化。當(dāng)變形度大于3030以后以后，強度增加緩慢，塑性不再明顯降低。，強度增加緩慢，塑性不再明顯降低。 純鈦的熱處理：再結(jié)晶退火（純鈦的熱處理：再結(jié)晶退火（ 540 540700 700 ）和去應(yīng)力退）和去應(yīng)力退火（火（ 450 450600600），退火后均采用空冷。），退火后均采用空冷。 工業(yè)純鈦可制成板、管、棒、線、帶材等半成品。工業(yè)純鈦可制成板、管、棒、線、帶材等半成品。 工業(yè)純鈦可作為重要的耐蝕結(jié)

15、構(gòu)材料，用于化工設(shè)備、濱工業(yè)純鈦可作為重要的耐蝕結(jié)構(gòu)材料，用于化工設(shè)備、濱海發(fā)電裝置、海水淡化裝置和艦艇零部件。海發(fā)電裝置、海水淡化裝置和艦艇零部件。 3.2 純鈦純鈦第14頁/共73頁第十四頁，共73頁。3.2 純鈦純鈦第15頁/共73頁第十五頁，共73頁。按組織(zzh)類型分： （用TA表示）：全、近和+化合物合金 。以鋁、錫、鋯為主要合金元素，在近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 （用TB表示）：熱力學(xué)穩(wěn)定型合金、亞穩(wěn)定型合金和近型合金 （用TC表示）：以Ti-Al為基再加適量穩(wěn)定元素 TA4 Ti-3Al TA7 Ti-5Al-2.5Sn TA8 Ti-

16、5Al-2.5Sn-3Cu-1.5Zr TC1 Ti-2Al-1.5Mn TC3 Ti-4Al-4V TC4 Ti-6Al-4V TC6 Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si TB2 Ti-5Mo-5V-3Cr-3Al 3.3 鈦合金分類鈦合金分類(fn li)、牌號、牌號第16頁/共73頁第十六頁，共73頁。第17頁/共73頁第十七頁，共73頁。第18頁/共73頁第十八頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金合金化合金化與與和和均形成連續(xù)固均形成連續(xù)固溶體相圖溶體相圖(xin t)(xin t)： 鋯、鉿與鈦同族，鋯、鉿與鈦同族，有相同晶體結(jié)構(gòu)和同素有相同晶體結(jié)構(gòu)和同素異晶

17、轉(zhuǎn)變，與異晶轉(zhuǎn)變，與-Ti-Ti及及-Ti-Ti形成連續(xù)固溶體形成連續(xù)固溶體。 第19頁/共73頁第十九頁，共73頁。與與-Ti無限互溶，與無限互溶，與-Ti有限溶解的相圖：有限溶解的相圖： 釩、鈮、鉭、鉬釩、鈮、鉭、鉬 都為體心立方結(jié)構(gòu)，與都為體心立方結(jié)構(gòu)，與-Ti同晶，稱為同晶，稱為同晶元同晶元素素(yun s)。降低相變點，穩(wěn)定。降低相變點，穩(wěn)定相。相。 組元達到一定濃度值后，高溫組元達到一定濃度值后，高溫相可穩(wěn)定到室溫相可穩(wěn)定到室溫，對應(yīng)這一濃度值稱為臨界濃度，對應(yīng)這一濃度值稱為臨界濃度Ck。Ck反映合金元反映合金元素素(yun s)穩(wěn)定穩(wěn)定相能力大小，其值越小穩(wěn)定相能力大小，其值越小

18、穩(wěn)定相能相能力就越大。穩(wěn)定力就越大。穩(wěn)定相能力按鉬、釩、鉭、鈮次序遞減相能力按鉬、釩、鉭、鈮次序遞減。 加入這類元素加入這類元素(yun s)的鈦合金組織穩(wěn)定性好的鈦合金組織穩(wěn)定性好，不會發(fā)生共析轉(zhuǎn)變或包析轉(zhuǎn)變，同時能強化，不會發(fā)生共析轉(zhuǎn)變或包析轉(zhuǎn)變，同時能強化相，相，并保持良好的塑性。并保持良好的塑性。3.3 鈦合金鈦合金合金化合金化第20頁/共73頁第二十頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金合金化合金化與、鈦均有限溶解，并具有(jyu)共析轉(zhuǎn)變的相圖: Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Si、Bi、W、H 在-Ti中溶解度比在-Ti中大，降低(+) /相變溫度，其穩(wěn)定相的能力比同晶元素要大

19、。 這類元素與鈦易形成化合物，如Ti-Mn系中形成TiMn()等化合物，含有這類元素的合金從相區(qū)冷到共析溫度時，相發(fā)生共析分解，這類元素稱為共析元素。 鉻、鎢能與-Ti完全互溶，但因原子尺寸或電化學(xué)性質(zhì)與鈦相差較大，在固態(tài)還有共析轉(zhuǎn)變，因此歸入共析元素。Ti-Cr系共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為+TiCr2。Ti-W系為+2(2為富鎢固溶體)，不存在金屬化合物。 錳、鐵、鉻共析轉(zhuǎn)變速度極慢，熱處理條件下難以進行(jnxng)，稱為非活性共析元素(慢共析元素)；硅、銅、鎳、銀、氫等共析轉(zhuǎn)變極快，淬火也不能抑制其轉(zhuǎn)變，故稱為活性共析元素(快共析元素)。第21頁/共73頁第二十一頁，共73頁。 除錫對相變點影響(y

20、ngxing)不大，歸為中性元素外，其它元素都提高相變點，擴大相區(qū)，稱為穩(wěn)定元素。 這類元素為強化相的主要元素，其中鋁和錫應(yīng)用較多。3.3 鈦合金鈦合金合金化合金化與和鈦均有限溶解(rngji)，并有包析反應(yīng)的相圖：鋁、鎵、鋯、錫、硼、碳、氮、氧第22頁/共73頁第二十二頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金合金化合金化合金合金(hjn)元素元素穩(wěn)定(wndng)元素穩(wěn)定(wndng)元素中性元素間隙元素間隙元素置換元素置換元素間隙元素間隙元素置換元素置換元素置換元素C、N、OAl、GaZr、Sn、Hf、Ge、Ce、La、MgH同晶元素同晶元素共析元素共析元素V、Nb、Mo、Ta慢速分解慢速分解快

21、速分解快速分解Cr、Mn、Fe、CoSi、Cu、Ag、Ni、Y、W、B第23頁/共73頁第二十三頁，共73頁。 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、鋯和錫的固溶強化效果以鋁的最大，鋯、錫次之。鋯、錫一般不單獨加入，而是與其它元素復(fù)合加入。 同晶元素：合金元素濃度超過相極限溶解度時，將進入+相區(qū)，此時合金元素優(yōu)先(yuxin)溶于相，因而相具有更高的強度和硬度，這樣合金平均強度將隨組織中相所占比例增加而提高，大約至相和相各占50時強度達到峰值。再增加相數(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)律和同晶型元素相似，特別是非活性

22、共析元素錳、鉻、鐵在一般生產(chǎn)和熱處理條件下，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。但在高溫長期使用的耐熱合金，非活性共析元素的存在，將降低材料的熱穩(wěn)定性。 3.3 鈦合金鈦合金(hjn)合金合金(hjn)元素元素對性能的影響對性能的影響第24頁/共73頁第二十四頁，共73頁。 合金的高溫力學(xué)性能取決于金屬基體鍵合能力、原子擴散過程及組織穩(wěn)定性。鈦合金耐熱性與相圖類型及成分的關(guān)系(gun x)為：單相固溶體濃度范圍內(nèi)，耐熱性隨濃度的增加而提高，當(dāng)組織中出現(xiàn)第二相時則有所下降，因復(fù)相(+)組織在加熱過程中將發(fā)生轉(zhuǎn)變，使相界附近的原子擴散，且原子在具有體心立方結(jié)構(gòu)的相擴散

23、比相更快，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材料。 提高鈦合金固態(tài)相變溫度的合金元素，可改善耐熱性。這是由于在接近相變溫度時，組織穩(wěn)定性下降，原子活性增加，故使金屬軟化。因此，耐熱合金在成分上應(yīng)以穩(wěn)定元素(如鋁)和中性元素(錫、鋯)為主，至于穩(wěn)定化元素一般效果較差，只有那些能強烈提高鈦原子鍵合能力的鉬、鎢及共析轉(zhuǎn)變溫度較高的硅、銅等元素，在適當(dāng)濃度范圍內(nèi)可有效地增加合金的熱強性。某些金屬間化合物，如Ti-Al系中的Ti3Al(2相) 、TiAl(相)具有很高的耐熱性，有望成為新型耐熱合金。共析轉(zhuǎn)變溫度低的合金，如Ti-Mn、Ti-Fe合金，在高溫下很快軟化，故

24、耐熱性差。 3.3 鈦合金鈦合金(hjn)合金合金(hjn)元元素對性能的影響素對性能的影響第25頁/共73頁第二十五頁，共73頁。 鈦合金中常用的合金元素有鋁、錫、鋯、釩、鉬、鉻、鐵、硅、銅、稀土，其中(qzhng)工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的元素是鋁。穩(wěn)定元素： 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，室溫抗拉強度增加50MPa。 根據(jù)鈦鋁相圖，鋁在鈦中的極限溶解度為7.5，超過此值，出現(xiàn)有序相Ti3Al(2相)，對合金的塑性、韌性及應(yīng)力腐蝕不利，故一般加鋁量不超過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

25、純鈦600提高到800。鋁增加固溶體中原子間結(jié)合力，從而提高合金的熱強性。在可熱處理合金中，加入3左右鋁，可防止由亞穩(wěn)定相分解產(chǎn)生的相而引起的脆性。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。3.3 鈦合金鈦合金(hjn)常用合金常用合金(hjn)元素的作用元素的作用第26頁/共73頁第二十六頁，共73頁。 錫和鋯是常用的中性元素，它們在-Ti和-Ti中均有較大的溶解度，常和其他元素同時加入，起補充強化作用。 為保證(bozhng)耐熱合金獲得單相組織，除鋁以外，還加入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

26、性。鈦錫系合金中，當(dāng)錫超過一定濃度時也會形成有序相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)，考慮到鋁和其它元素對2相析出的影響，Rosenberg提出鋁當(dāng)量公式。 3.3 鈦合金常用鈦合金常用(chn yn)合合金元素的作用金元素的作用*% 1/3% 1/6% 1/2% 10 %8 9%AlAlSnZrGaO只要(zhyo)鋁當(dāng)量低于89，就不會出現(xiàn)2相。第27頁/共73頁第二十七頁，共73頁。 釩和鉬：穩(wěn)定元素中應(yīng)用最多，固溶強化相，并顯著降低相變點、增加淬透性，從而增強熱處理強化效果。含釩或鉬的鈦合金不發(fā)生共析反應(yīng)，在高溫下組織穩(wěn)定性好；但單獨加釩，合金耐熱性

27、不高，其蠕變抗力只能維持到400，為了提高蠕變抗力，加鉬的效果比釩高，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能力。 錳、鉻：強化效果大，穩(wěn)定相能力強，密度比鉬、鎢等小，故應(yīng)用較多，是高強亞穩(wěn)定型鈦合金的主要添加劑。但它們與鈦形成(xngchng)慢共析反應(yīng)，在高溫長期工作時，組織不穩(wěn)定，蠕變抗力低；當(dāng)同時添加同晶型元素，特別是鋁時，有抑制共析反應(yīng)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，加入硅量以不超過相最大固溶度為宜，一般為0.25左右。由于硅與鈦的原子尺寸差別較大，在固溶體中容易在位錯處偏聚，阻止位錯運

28、動，從而提高耐熱性。3.3 鈦合金常用鈦合金常用(chn yn)合金元素的作用合金元素的作用第28頁/共73頁第二十八頁，共73頁。 稀土：提高合金耐熱性和熱穩(wěn)定性。稀土的內(nèi)氧化作用，形成了細小穩(wěn)定稀土：提高合金耐熱性和熱穩(wěn)定性。稀土的內(nèi)氧化作用，形成了細小穩(wěn)定的的RExOv顆粒，產(chǎn)生彌散強化。由于內(nèi)氧化降低了基體中的氧濃度，并促使合顆粒，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，這有利于抑止脆性金中的錫轉(zhuǎn)移到稀土氧化物中，這有利于抑止脆性2相析出。此外，稀土還有相析出。此外，稀土還有強烈強烈(qin li)抑制抑制晶粒長大和細化晶粒的作用，因而改善合金

29、的綜合性能。晶粒長大和細化晶粒的作用，因而改善合金的綜合性能。3.3 鈦合金常用合金元素鈦合金常用合金元素(yun s)的作用的作用小結(jié)：合金元素的作用： 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。增強熱處理強化：添加穩(wěn)定元素，增加合金淬透性。鋁、錫有防止(fngzh)相形成作用，稀土可抑制2相析出，同晶元素有阻制相共析分解的作用。改善合金的耐熱性：加鋁、硅、鋯，稀士等。提高合金的耐蝕性和擴大鈍化范圍：加鈀、釕、鉑，鉬等。第29頁/共73頁第二十九頁，共73頁。 純鈦： 慢冷時，擴散方式，完成轉(zhuǎn)變；

30、快冷時，無擴散方式，馬氏體轉(zhuǎn)變。 鈦合金：轉(zhuǎn)變溫度或升高、或降低、或基本保持不變。存在+兩相區(qū)，即轉(zhuǎn)變在一 個溫度范圍內(nèi)完成。 鈦和鈦合金的轉(zhuǎn)變具有下列特點：新相和母相存在嚴格的取向關(guān)系。如冷卻(lngqu)時，相總是以片狀或針狀有規(guī)則析出，形成魏氏組織。 鈦的轉(zhuǎn)變所需的過冷度或過熱度很小。當(dāng)加熱溫度超過相變點后，相極易長大，形成粗晶（由于高溫加熱而造成的脆性稱脆性）。相區(qū)加熱形成的粗晶，不能像鋼鐵那樣利用同素異晶轉(zhuǎn)變使之晶粒細化；只有經(jīng)適當(dāng)形變再結(jié)晶才能消除粗晶魏氏組織。（原因：鈦的兩個同素異晶體比容差小，僅為0.17，而鐵為4.7，同時鈦的彈性模量小，在相變過程中不能產(chǎn)生足夠的形變硬化，以

31、引起基體再結(jié)晶，使晶粒細化。）3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理第30頁/共73頁第三十頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理相在冷卻時的轉(zhuǎn)變相在冷卻時的轉(zhuǎn)變(zhunbin)： 根據(jù)合金成分和冷卻條件，加熱到根據(jù)合金成分和冷卻條件，加熱到相區(qū)的鈦合金可能發(fā)生下相區(qū)的鈦合金可能發(fā)生下列轉(zhuǎn)變列轉(zhuǎn)變(zhunbin)： + ： +TixMy ： 或或 ： ：密排六方晶格，為六方馬氏體：密排六方晶格，為六方馬氏體 ：斜方晶格，為斜方馬氏體：斜方晶格，為斜方馬氏體 ： ：亞穩(wěn)定六方晶格：亞穩(wěn)定六方晶格相在慢冷時的轉(zhuǎn)變相在慢冷時的轉(zhuǎn)變(zhunbin)相在快冷時的轉(zhuǎn)變相在快

32、冷時的轉(zhuǎn)變(zhunbin)第31頁/共73頁第三十一頁，共73頁。相在慢冷時的轉(zhuǎn)變：相在慢冷時的轉(zhuǎn)變： 合金加熱到合金加熱到相區(qū)后緩冷：將從相區(qū)后緩冷：將從相中析出次生相中析出次生。隨著溫度降低，次生。隨著溫度降低，次生相相不斷增多，不斷增多，相不斷減少，相不斷減少，穩(wěn)定化組元濃度連續(xù)增高。當(dāng)達到室溫時，兩相穩(wěn)定化組元濃度連續(xù)增高。當(dāng)達到室溫時，兩相分別達到各自平衡濃度，室溫得到分別達到各自平衡濃度，室溫得到+平衡組織。平衡組織。 緩冷時，先在原緩冷時，先在原晶界開始形核長大，形成晶界晶界開始形核長大，形成晶界，然后從晶界向晶內(nèi)呈集，然后從晶界向晶內(nèi)呈集束狀擴展，直至互相接觸為止。相互平行位

33、向一致的一組片狀束狀擴展，直至互相接觸為止。相互平行位向一致的一組片狀構(gòu)成一個群體構(gòu)成一個群體，稱為，稱為集束，集束，相處于片狀相處于片狀相之間，呈連續(xù)的或間斷的層片狀，冷卻后形成相之間，呈連續(xù)的或間斷的層片狀，冷卻后形成魏氏魏氏(+)。加熱溫度愈高、冷卻愈緩慢，則。加熱溫度愈高、冷卻愈緩慢，則片愈厚，片愈厚，集束尺寸也愈大，形集束尺寸也愈大，形成位向比較單一的集束，這種組織稱并列式魏氏結(jié)構(gòu)。成位向比較單一的集束，這種組織稱并列式魏氏結(jié)構(gòu)。 冷卻速度較快時，冷卻速度較快時，相不僅可在晶界上生核，同時在相不僅可在晶界上生核，同時在晶粒內(nèi)部可獨立生核晶粒內(nèi)部可獨立生核，這樣，這樣群體數(shù)目群體數(shù)目(

34、shm)增多，組織細化，這種由多種取向的片狀增多，組織細化，這種由多種取向的片狀相構(gòu)成相構(gòu)成的組織稱作網(wǎng)狀魏氏結(jié)構(gòu)。的組織稱作網(wǎng)狀魏氏結(jié)構(gòu)。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理第32頁/共73頁第三十二頁，共73頁。第33頁/共73頁第三十三頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理 加熱到+兩相區(qū)慢冷：與上述轉(zhuǎn)變主要差別是：原來存在的相在冷卻過程中不發(fā)生轉(zhuǎn)變，為了與析出的次生相區(qū)別，稱為初生。隨著冷卻速度減慢，次生相由晶內(nèi)成核逐步變?yōu)樵诔跎嗪拖嘟缑嫣幊珊碎L大，并與初生連成一體，而相呈網(wǎng)絡(luò)狀(晶間)，網(wǎng)絡(luò)狀也可能進一步集聚成塊狀。加熱溫度較低，相濃度較高，過冷度較大，

35、故轉(zhuǎn)變組織更為細密。 某些兩相鈦合金從相區(qū)或(+)相區(qū)上部溫度連續(xù)冷卻時，在轉(zhuǎn)變時，相界上存在界面相或界面層。界面相由兩層組成，靠近相一邊的層比較完整，且外觀較光滑，稱單片層，具有面心立方結(jié)構(gòu)；靠近相一側(cè)的層有許多條痕，稱條紋層，具有六方結(jié)構(gòu)，但和相鄰的相晶體取向關(guān)系不同。界面層厚度與冷卻速度有關(guān)，在適當(dāng)(shdng)的冷卻速度下，厚度達到最大值。界面相是在連續(xù)冷卻時轉(zhuǎn)變的一個過渡階段，面心立方單片層是轉(zhuǎn)變的一個中間結(jié)構(gòu)，條紋層已接近完成的轉(zhuǎn)變。 界面相的存在對兩相鈦合金性能產(chǎn)生影響，疲勞裂紋易在界面層萌生。第34頁/共73頁第三十四頁，共73頁。Ms和Mf分別表示馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度和終了溫度

36、，這兩個溫度隨穩(wěn)定元素濃度的增加而降低(jingd)，達到室溫時的對應(yīng)濃度稱臨界濃度Ck和Ck。對應(yīng)的淬火溫度稱臨界淬火溫度tk和tk。低于tk溫度淬火，相濃度大于Ck，故淬火時不發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。而淬火溫度超過tk后，相濃度低于Ck故馬氏體轉(zhuǎn)變得以全部完成。C1CkCkC2C2CkCkC3第35頁/共73頁第三十五頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理相在快冷時的轉(zhuǎn)變 不同成分鈦合金從相區(qū)淬火時的組織變化規(guī)律： 鈦合金從相區(qū)淬火，發(fā)生無擴散的馬氏體轉(zhuǎn)變： 當(dāng)穩(wěn)定元素含量少時，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。 若穩(wěn)定元素含量高時，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。 當(dāng)合金元素含量在臨界濃度附近時，淬火形成亞穩(wěn)定六

37、方晶 格相。 轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變的異同點：相同點：相變速度快，即使很高冷速也不能抑制其進行(jnxng)；母相與相成分相同；轉(zhuǎn)變具有可逆性，保持共格界面等，故變是一種無擴散轉(zhuǎn)變。不同點：形核率高，形核容易，長大困難，尺寸細小彌散，表面沒有浮凸效應(yīng)。第36頁/共73頁第三十六頁，共73頁。x成分(chng fn)合金： 相區(qū)淬火，由于它與Ms和Mf線均相交，故淬火可得到全部六方馬氏體。C1Ck之間合金：相區(qū)淬火得到斜方馬氏體。CkC2之間的合金：高溫淬火，它們僅與Ms線相交，而未達到Mf線，故淬火時只發(fā)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變，還有部分未轉(zhuǎn)變相亞穩(wěn)定相(m)，室溫得到+m組織。C2Ck之間的合金：淬火時發(fā)

38、生轉(zhuǎn)變，且與共生，故淬火得到的組織為+()CkC3之間合金：相濃度大于CK，故淬火時不發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，僅發(fā)生轉(zhuǎn)變，室溫組織為()。大于C3合金：淬火不發(fā)生轉(zhuǎn)變，而被保留下來。若施加外應(yīng)力，亞穩(wěn)定相容易轉(zhuǎn)變成，稱應(yīng)力誘發(fā)馬氏體。這種馬氏體具有低的屈服強度、高的應(yīng)變硬化率和高的塑性，適用于拉伸成形。 不同成分(chng fn)合金從相區(qū)淬火，可得到六種組織： ；+m；+()，()及m。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理第37頁/共73頁第三十七頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理同一成分合金，從不同溫度淬火時組織變化規(guī)律： 鈦合金在(+)兩相區(qū)不同溫度淬火，所發(fā)生組

39、織轉(zhuǎn)變決定于在加熱溫度下相的成分，其對應(yīng)關(guān)系與相區(qū)淬火相同，只是組織中還包含部分(b fen)不發(fā)生轉(zhuǎn)變的初生相。 tk溫度以下： (如tp溫度) x成分合金淬火，因相濃度大于臨界濃度Ck，故淬火不發(fā)生轉(zhuǎn)變，相應(yīng)組織為初+m。 tktk之間：(如tq溫度)淬火，對應(yīng)的相濃度在CkC2之間，淬火發(fā)生部分(b fen)馬氏體轉(zhuǎn)變，相應(yīng)組織為初+m。 tk以上：淬火，發(fā)生轉(zhuǎn)變，最終組織為初+。 同一成分合金經(jīng)不同溫度淬火可得到下列組織 ，初+；初+；初+m；初+()及初+ m 。第38頁/共73頁第三十八頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理馬氏體形態(tài)和性能：馬氏體形態(tài)和性能：

40、根據(jù)合金元素含量，馬氏體形態(tài)分為兩種基本類型，即板根據(jù)合金元素含量，馬氏體形態(tài)分為兩種基本類型，即板條馬氏體和針狀馬氏體。純鈦和低濃度合金屬于前者；濃度較條馬氏體和針狀馬氏體。純鈦和低濃度合金屬于前者；濃度較高的合金屬于后者。高的合金屬于后者。 純鈦淬火組織形態(tài)：鋸齒形叢區(qū)或鋸齒形晶界，每一叢區(qū)純鈦淬火組織形態(tài)：鋸齒形叢區(qū)或鋸齒形晶界，每一叢區(qū)內(nèi)包含內(nèi)包含(bohn)大量相互平行、位向一致的板條狀大量相互平行、位向一致的板條狀，板條，板條內(nèi)部為高密度位錯。內(nèi)部為高密度位錯。 隨著合金濃度增加，板條馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧铖R氏體，各個隨著合金濃度增加，板條馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧铖R氏體，各個針狀針狀取向不同，內(nèi)

41、部含有大量孿晶。取向不同，內(nèi)部含有大量孿晶。 合金濃度再增加，淬火形成斜方馬氏體合金濃度再增加，淬火形成斜方馬氏體，其形態(tài)與針狀，其形態(tài)與針狀 類似，因類似，因Ms溫度低，形成馬氏體針更為細小，溫度低，形成馬氏體針更為細小，內(nèi)部有大量內(nèi)部有大量密集的細孿晶。密集的細孿晶。 鈦合金馬氏體不像鋼那樣能強烈提高硬度。鈦合金鈦合金馬氏體不像鋼那樣能強烈提高硬度。鈦合金硬度略硬度略高于高于固溶體，對合金強化作用不大。這是因為前者是碳的間固溶體，對合金強化作用不大。這是因為前者是碳的間隙固溶體，碳在晶格中造成的畸變很大，后者是置換型的過飽隙固溶體，碳在晶格中造成的畸變很大，后者是置換型的過飽和固溶體，所引

42、起的晶格畸變較小，所以強化作用小。當(dāng)和固溶體，所引起的晶格畸變較小，所以強化作用小。當(dāng)過過飽和度達到最大值時，硬度達到第一個峰值。隨后由于形成飽和度達到最大值時，硬度達到第一個峰值。隨后由于形成，使硬度下降，當(dāng)出現(xiàn)，使硬度下降，當(dāng)出現(xiàn)相時，硬度又出現(xiàn)第二個峰值。相時，硬度又出現(xiàn)第二個峰值。 第39頁/共73頁第三十九頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理相的形態(tài)和性能相的形態(tài)和性能 鈦合金淬火形成的鈦合金淬火形成的相尺寸非常細?。ㄖ睆郊s相尺寸非常細小（直徑約5l0nm）。）。 相形態(tài)、尺寸和穩(wěn)定性決定于相形態(tài)、尺寸和穩(wěn)定性決定于界面的錯配度。界面的錯配度。 當(dāng)錯配度大于當(dāng)錯

43、配度大于0.5時，時，相常呈立方體形，尺寸較小，穩(wěn)定性較低相常呈立方體形，尺寸較小，穩(wěn)定性較低；當(dāng)錯配度小于；當(dāng)錯配度小于0.5時，時，相則呈橢球形，尺寸較大，穩(wěn)定性較高。相則呈橢球形，尺寸較大，穩(wěn)定性較高。 淬火淬火相近似呈等軸狀，時效相近似呈等軸狀，時效相呈橢球形或立方體形。相呈橢球形或立方體形。 相是一種硬而脆的相相是一種硬而脆的相(HB500，0)。相強烈提高合金的硬度相強烈提高合金的硬度和彈性模量，降低塑性（由和彈性模量，降低塑性（由相引起相引起(ynq)塑性急劇降低的現(xiàn)象，稱塑性急劇降低的現(xiàn)象，稱脆性）。產(chǎn)生脆化的原因與位錯不能在其中移動有關(guān)。脆性）。產(chǎn)生脆化的原因與位錯不能在其中

44、移動有關(guān)。 為防止為防止相形成，應(yīng)控制淬火、時效工藝，避免在低溫時效；加鋁相形成，應(yīng)控制淬火、時效工藝，避免在低溫時效；加鋁、鋯、錫等能抑制、鋯、錫等能抑制相的形成。這是由于鋁促進回火時相的形成。這是由于鋁促進回火時相的形成，而相的形成，而相長大要消耗相長大要消耗相和相和相，因而降低相，因而降低相的穩(wěn)定性。鋯和錫與相的穩(wěn)定性。鋯和錫與穩(wěn)定元素穩(wěn)定元素一起提高一起提高相穩(wěn)定性，而抑制相穩(wěn)定性，而抑制相形成。相形成。第40頁/共73頁第四十頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理時效過程中亞穩(wěn)定相的分解時效過程中亞穩(wěn)定相的分解 鈦合金淬火形成的鈦合金淬火形成的、和和mm是亞穩(wěn)定相

45、，處是亞穩(wěn)定相，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，加熱時將發(fā)生分解。于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，加熱時將發(fā)生分解。 不同亞穩(wěn)相的分解過程不同，同一種亞穩(wěn)相因合不同亞穩(wěn)相的分解過程不同，同一種亞穩(wěn)相因合金成分和時效規(guī)范不同分解過程亦不同，但最終分解產(chǎn)物金成分和時效規(guī)范不同分解過程亦不同，但最終分解產(chǎn)物為平衡組織為平衡組織或或+TixMy+TixMy。 在時效分解過程的一定在時效分解過程的一定(ydng)(ydng)階段，可以獲得彌散階段，可以獲得彌散的的相，使合金產(chǎn)生彌散強化，這就是鈦合金淬火時相，使合金產(chǎn)生彌散強化，這就是鈦合金淬火時效強化的基本原理。下面對各亞穩(wěn)定相分解分別予以討論效強化的基本原理。下面對各亞穩(wěn)

46、定相分解分別予以討論。第41頁/共73頁第四十一頁，共73頁。六方馬氏體六方馬氏體的分解：的分解： 相有三種分解方式相有三種分解方式 + 過渡相過渡相+ TixMy +TixMy 同晶元素：同晶元素：相按分解，相按分解， 從從相中直接析出，在相中直接析出，在相界及相界及內(nèi)部孿晶界內(nèi)部孿晶界面上不均勻形核。當(dāng)合金濃度低時面上不均勻形核。當(dāng)合金濃度低時(平衡平衡相少相少)，基體，基體可發(fā)生再結(jié)晶，消除針狀可發(fā)生再結(jié)晶，消除針狀痕跡。而合金濃度較高時，痕跡。而合金濃度較高時，沿沿相邊界析出，形成連續(xù)片層狀，阻止相邊界析出，形成連續(xù)片層狀，阻止相再結(jié)相再結(jié)晶，保留針狀晶，保留針狀的外形。的外形。 快共

47、析元素：快共析元素：按分解。如按分解。如Ti-Cu系合金與鋁合金時效分解相似系合金與鋁合金時效分解相似(xin s)，先形成與母相共格的富銅，先形成與母相共格的富銅GP區(qū)，然后再過渡到半共格的中間相區(qū)，然后再過渡到半共格的中間相(可能是可能是Ti3Cu)，最后形成非共格的，最后形成非共格的Ti2Cu。 慢共析元素：慢共析元素：按分解，時效初期從按分解，時效初期從相直接析出相直接析出相，然后從相，然后從相再析出相再析出化合物化合物TixMy。該過程非常緩慢，故在一般時效處理后，組織仍為。該過程非常緩慢，故在一般時效處理后，組織仍為+相。相。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理第42頁/共

48、73頁第四十二頁，共73頁。斜方馬氏體的分解： 根據(jù)鈦合金Ms點高低，相可出現(xiàn)兩種不同分解方式； + 相再分解 合金Ms點明顯高于室溫時，按分解。首先在相中以均勻成核方式形成相，隨后相不斷長大，最后可能在原晶界處進行胞狀反應(yīng)，形成粗片狀的+。 合金Ms點接近室溫時，按 分解，時效初期(chq)形成相，然后相再分解。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理第43頁/共73頁第四十三頁，共73頁。亞穩(wěn)定亞穩(wěn)定mm相的分解：相的分解： 依據(jù)合金成分及時效規(guī)范，依據(jù)合金成分及時效規(guī)范，mm可按以下三種方式分解可按以下三種方式分解 m+ m+ m+ m+（） + +（）+ + m+ m+ + 含共析

49、型含共析型穩(wěn)定元素的合金，最終平衡組織為穩(wěn)定元素的合金，最終平衡組織為+TixMy+TixMy。 合金含量較低的鈦合金在高溫合金含量較低的鈦合金在高溫(500)(500)時效時，時效時，mm按按 分解，分解，從從mm中直接析出中直接析出。 合金濃度較高的鈦合金在較低溫度合金濃度較高的鈦合金在較低溫度(300(300400)400)時效，則按分時效，則按分解，經(jīng)中間過渡解，經(jīng)中間過渡（）相，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饨M織）相，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饨M織+。 合金濃度高或添加抑制合金濃度高或添加抑制形成元素的合金，不出現(xiàn)形成元素的合金，不出現(xiàn)（） 時，時，則按則按 分解，先形成粒子尺寸極小的過渡分解，先形成粒子尺寸極

50、小的過渡相，具有與相，具有與mm相同相同(xin (xin tn)tn)的晶體結(jié)構(gòu)，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饨M織的晶體結(jié)構(gòu)，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饨M織+。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理第44頁/共73頁第四十四頁，共73頁。 時效形成(xngchng)的相(以（）表示)結(jié)構(gòu)和性能與淬火形成(xngchng)的相似，但時效中 （） 轉(zhuǎn)變伴隨有成分變化，為擴散型轉(zhuǎn)變。 相分解形成(xngchng)的相實為穩(wěn)定元素在-Ti中的一種過飽和固溶體，可能有以下幾種形式：相在原來晶界和相界上不均勻形核，長大并吞食。如Ti-11.6Mo合金：450時效時原晶界上出現(xiàn)粗片(+)相。相首先溶解，然后從相中析出相。

51、延長時效時間或提高時效溫度，相逐漸失去穩(wěn)定性而直接轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷蛳唷?鈦及鈦合金加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變可以歸納為： 同素異晶轉(zhuǎn)變； 固溶體分解，+； 共析轉(zhuǎn)變，TixMy； 馬氏體轉(zhuǎn)變，(或)； 轉(zhuǎn)變，； 亞穩(wěn)定相的分解，m，過渡相+(或+ TixMy)。第45頁/共73頁第四十五頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理鈦合僉的熱處理：退火、淬火時效、化學(xué)熱處理鈦合僉的熱處理：退火、淬火時效、化學(xué)熱處理退火：用于各種鈦合金，是純鈦和退火：用于各種鈦合金，是純鈦和型鈦合金的唯一熱處理方式型鈦合金的唯一熱處理方式淬火時效：用于淬火時效：用于+、+化合物和亞穩(wěn)定化合物和亞穩(wěn)定型鈦合金。型鈦

52、合金。 退火：消除應(yīng)力退火：消除應(yīng)力(yngl)，提高塑性及穩(wěn)定組織。，提高塑性及穩(wěn)定組織。 工藝：去應(yīng)力工藝：去應(yīng)力(yngl)退火、再結(jié)晶退火、雙重退火、等溫退火和真退火、再結(jié)晶退火、雙重退火、等溫退火和真空去氫退火等。空去氫退火等。 去應(yīng)力去應(yīng)力(yngl)退火：消除冷變形、鑄造及焊接等工藝過程中產(chǎn)生的退火：消除冷變形、鑄造及焊接等工藝過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力(yngl)，退火過程主要發(fā)生回復(fù)。退火溫度低于再結(jié)晶溫度，一，退火過程主要發(fā)生回復(fù)。退火溫度低于再結(jié)晶溫度，一般為般為450650。消除應(yīng)力。消除應(yīng)力(yngl)退火所需時間取決于工件厚度和殘退火所需時間取決于工件厚度和殘余應(yīng)力余

53、應(yīng)力(yngl)大小。大小。 完全退火：消除加工硬化、穩(wěn)定組織和提高塑性。這一過程主要發(fā)完全退火：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，也稱再結(jié)晶退火；同時也有生再結(jié)晶，也稱再結(jié)晶退火；同時也有相、相、m相在組成、形態(tài)和數(shù)量相在組成、形態(tài)和數(shù)量上的變化，大部分上的變化，大部分和和+鈦合金都是在完全退火狀態(tài)下使用。退火溫度鈦合金都是在完全退火狀態(tài)下使用。退火溫度介于再結(jié)晶溫度和相變溫度之間，如果超過介于再結(jié)晶溫度和相變溫度之間，如果超過Ts點，因形成粗大魏氏組織點，因形成粗大魏氏組織而使會金性能惡化。而使會金性能惡化。第46頁/共73頁第四十六頁，共73頁。 型和低濃度型和低

54、濃度+型合金：退火溫度為型合金：退火溫度為650800，冷卻方式采用空冷。，冷卻方式采用空冷。合金化程度較高的合金化程度較高的+型合金，應(yīng)控制型合金，應(yīng)控制(kngzh)退火后的冷卻速度，因冷卻退火后的冷卻速度，因冷卻速度不同，會影響速度不同，會影響相的轉(zhuǎn)變方式，空冷后強度明顯高于爐冷。亞穩(wěn)定相的轉(zhuǎn)變方式，空冷后強度明顯高于爐冷。亞穩(wěn)定型合型合金的退火溫度應(yīng)在金的退火溫度應(yīng)在T以上以上80100，冷卻采用快冷，慢冷使，冷卻采用快冷，慢冷使相析出，降低相析出，降低塑性。塑性。 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

55、雙重退火；第一次高溫退火是使再結(jié)晶充分進行，并控制退火；第一次高溫退火是使再結(jié)晶充分進行，并控制(kngzh)初生初生相數(shù)量；相數(shù)量；第二次低溫退火是使組織更接近于平衡狀態(tài)。第二次低溫退火是使組織更接近于平衡狀態(tài)。 穩(wěn)定元素含量較高的穩(wěn)定元素含量較高的+型合金：采用等溫退火，這是因為型合金：采用等溫退火，這是因為相穩(wěn)定性高相穩(wěn)定性高，空冷不能使，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，使相完全轉(zhuǎn)變。真空退火是相完全轉(zhuǎn)變。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

56、方法降低鈦中的氫濃度。退火溫度為空退火方法降低鈦中的氫濃度。退火溫度為650680，保溫，保溫16 h，真空，真空度應(yīng)不低于度應(yīng)不低于1.3310-1Pa。 退火工藝：空冷后在粗大退火工藝：空冷后在粗大晶粒上析出針狀晶粒上析出針狀，這種組織對應(yīng)著較高斷裂，這種組織對應(yīng)著較高斷裂韌性和蠕變抗力，但使室溫塑性降低。韌性和蠕變抗力，但使室溫塑性降低。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理第47頁/共73頁第四十七頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理 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

57、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。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。鋼只有一種馬氏體強化機理，而同一鋼只有一種馬氏體強化機理，而同一(tngy)(tngy)成分的成分的+型鈦合金有兩種強化機理：高溫淬火型鈦合金有兩種強化機理：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，時效時馬氏體分解產(chǎn)生彌散強化；低溫淬火穩(wěn)定元素小于臨界濃度，得到馬氏體，時效時馬氏體分解產(chǎn)生彌散強化；低溫淬火相中所含相中所含穩(wěn)定元素大于臨界濃度，得到亞穩(wěn)定穩(wěn)定元素大于臨界濃度，得到亞穩(wěn)定，再經(jīng)時效

58、，再經(jīng)時效，相分解為彌散相使合金強化。相分解為彌散相使合金強化。淬火時效淬火時效(shxio)（強化熱處理）（強化熱處理）第48頁/共73頁第四十八頁，共73頁。時效強化效果 取決于合金元素的性質(zhì)、濃度及熱處理規(guī)范，因為這些因素將影響所形成的亞穩(wěn)定相結(jié)構(gòu)、數(shù)量、分解程度及彌散性。同一合金系：在相同淬火時效條件下，強化效果隨合金濃度的增加而提高。一般在臨界濃度CK附近，達到強化峰值，對應(yīng)CK濃度合金淬火可獲得100的亞穩(wěn)相，而且相在時效過程中，分解也最充分。越過CK值，過冷相穩(wěn)定性增加，時效分解程度下降，強化效果反而減弱。不同成分的合金：穩(wěn)定相能力越強的元素，時效強化效果越大。多種元素同時加入(

59、jir)比單一元素強化效果大，除時效彌散強化外，還有固溶強化。一定成分的合金：時效強化效果取決于所選的熱處理工藝，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，均采用兩相區(qū)加熱后淬火，淬火溫度處于TKTK之間。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理淬火淬火(cu hu)時效（強化熱處理）時效（強化熱處理）第49頁/共73頁第四十九頁，共73頁。3.3 鈦合金鈦合金相變及熱處理相變及熱處理化學(xué)熱處理 鈦合金的摩擦系數(shù)較大，耐磨性比鋼約低40，還原性介質(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

60、在氮氬混合氣中進行離子(lz)氮化。氮化后表面形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，同時還改善在還原性介質(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，表面形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清除掉，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。 第50頁/共73頁第五十頁，共73頁。鈦合金的污染： 鈦合金在空氣中