鈦合金相變知識(整理)

鈦合金的固體相變（整理版）鈦的主要相及其結(jié)構(gòu)(hcp)晶格結(jié)構(gòu)存在，稱之為α鈦。hcp1-1a=0.295nm，c=0.468nmc/a=1.587hcpc/a1.663，(0001)是稱為底面(basalplane)，為密排面；(1010)稱為棱柱面，(1011)稱為棱錐面；a1、a2a3882.5晶格結(jié)構(gòu)，稱之為β鈦。bcc1-1為密排面，密排方向為a=0.332nm。圖1-1 α鈦和β鈦的原子結(jié)構(gòu)示意圖鈦合金兩相間的具體的轉(zhuǎn)變溫度會受間隙和置換元素含量的強烈影響所以鈦合金元素被分為α 穩(wěn)定元素、中性元素和β 穩(wěn)定元素，如圖所示：α穩(wěn)定元素提高α/βAlC、N、Oα穩(wěn)定元素，這些元素含量越多，則鈦合金的等屬于中性元素，因為它們含量很低時略微降低α/β相變溫度，當(dāng)們含量增加時，又會提高α/β相變溫度。β穩(wěn)定元素能夠降低鈦的同素異型轉(zhuǎn)變溫度，擴大β相區(qū)并增加βHβ穩(wěn)定元素又分為β同晶元素和β所產(chǎn)生的二元相圖的細節(jié)。鈦合金的相變:淬火過金屬材料的熱處理可以歸納為三大類:+,固溶+時效；第三類，淬火+時效。對于這三類熱處理，它們的基礎(chǔ)理論都是相同急冷過程中發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的就稱為淬火,而只發(fā)生過飽和固溶的就稱為固回火和時效的區(qū)別就在于回火的結(jié)果使合金的硬度時效則使合金的硬度和強度升高,塑性和韌性降是發(fā)生在熱處理的過程中，固態(tài)相變是熱處理的實質(zhì)在冷卻過程中，根據(jù)冷卻速度的不同，發(fā)生的主要相變有β→α′β→αβ→ω(althermal)，β→α。α′（αprime/hexagonalmartensite）相變?yōu)轳R氏體相變中的一種，是在快速冷{334}和{344}型，與βBurgers關(guān)系(0001)α′與體心立方平行，六方晶胞的[1210]α′方向平行于[111]βαβ穩(wěn)定元素α＋ββα＋β/βα′nm，c＝0.4675nm，c/a=1.596。α″(αdoubleprime/orthorhombicmartensite)β相以非擴散轉(zhuǎn)變形成的過β2α″相的[100]α″，[010]α″和[001]α″β的晶胞[100]β，[011]β和[011]β相對應(yīng)。Bagaryatskiy曾計算斜方馬氏體的晶胞尺寸Ti15a=0.301nmb=0.496nmc=0.466nm。在β＋β合金，由β相區(qū)或接近α＋β/β相變點高溫淬火可以生成α″。ω(althermal)ωβ合金元素成分范圍達到某一臨界值時（大致同室溫下能保留β相的成分極限相近β相區(qū)淬火可以形成ω(althermalω相結(jié)構(gòu)尚存在一定爭議，現(xiàn)普遍認為它是密排六方結(jié)構(gòu)α3類相變不同的是它相變過程中的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是通過原子擴散進行的，重要的共析元素及相應(yīng)的化合物鈦合金中，根據(jù)共析性質(zhì)的不同，共析元素的作用也不同。對于慢共析元素（Mn，F(xiàn)e，Cr等，在一般的加工和熱處理過程中不能產(chǎn)生中間相，它們主要ββ（Cu，Si等）主要是以沉淀強化為主，在冷卻和時效過程中形成細小彌散的中間相強化合金。AlTi-AlTi3Al（α2）及其他α2鈦合金中一個極為重要的有序相。作為間隙型共析元素，Si2070年代，SeagleSi元素對抗蠕變性能的獨特作用后，SiSi，主要應(yīng)用的就是Si元素的抗蠕變作用。含Si高溫鈦合金中的硅化物主要有兩種：S1S2。當(dāng)其他合金元素加入，根據(jù)合金類型的不同，將在S1S2TiSiS1S2Ti-SiZr元素后,在不同的處理條件下，會形成(TiZr)5Si3和(TiZr)6Si3ZrS2SnSnSi形成(Ti,Zr)6(Sn,Si)3Ti-Al-SiTi3(Al,Si)Ti5(Al,Si)3SiCu元素屬于β穩(wěn)定元素，在鈦合金是快共析元素，形成的化合物主要有Cu元素的快共析性質(zhì)及在α還有一個重要性質(zhì)，就是低熔點性，其在990可以熔化，根據(jù)這一性質(zhì)，有人設(shè)計了阻燃劑合金。CrββCrCr22

是一個有序相，在一般的鈦合金加工和熱處理過程中都不2TiCrCr222

有序相，往往對合金產(chǎn)生極為不利的影響，強烈降低合金的塑性，所以在鈦合金中應(yīng)該控制Cr元素的含量。HHβ-Tiα-Ti中的溶解度隨溫度降低而急劇2下降，當(dāng)合金冷卻到室溫時，析出脆性氫化物TiH2

，使合金變脆，這就是所謂α-Ti在應(yīng)力作用下，促進氫化物析出，由此導(dǎo)致的脆性叫應(yīng)力感生氫化物氫脆。此外，溶解在晶格中的氫原子，在應(yīng)力作用下，經(jīng)過一定時間0.015%鈦合金相變的研究方法XXX射線源，它是高速運動的電子經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)加速而產(chǎn)生的磁韌致輻射，其中波長在XXX射線原位相變分析法示意圖。結(jié)論：wα參考文獻：辛社偉,趙永慶,曾衛(wèi)東等.鈦合金固態(tài)相變的歸納與討論(Ⅰ)——[J].鈦工業(yè)進展,2007,24(5):23-28.辛社偉,趙永慶,曾衛(wèi)東等.鈦合金固態(tài)相變的歸納與討論(Ⅱ)——轉(zhuǎn)變[J].鈦工業(yè)進展,2008,25(1):40-44.辛社偉,趙永慶,曾衛(wèi)東等.鈦合金固態(tài)相變的歸納與討論(Ⅲ)——[J].鈦工業(yè)進展,2008,25(3):26-33.辛社偉,趙永慶.鈦合金固態(tài)相變的歸納與討論(Ⅳ)——鈦合金熱處理的歸類[J].鈦工業(yè)進展,2009,