第三章-鈦合金及合金化原理

1、第三章鈦合金及合金化原理3.1鈦合金相圖類型及合金元素分類1 .鈦合金的二元相圖(1)第一種類型 與a和B均形成連續(xù)互溶的相圖。只有 2個(gè)即Ti-Zr和Ti-Hf 系。鈦、皓、餡是同族元素，其原子外層電子構(gòu)造一樣，點(diǎn)陣類型相同，原子半 徑相近。這兩元素在a鈦和B鈦中溶解能力相同，對(duì)a相和B相的穩(wěn)定性能影響 不大。溫度高時(shí)，結(jié)的強(qiáng)化作用較強(qiáng)，因此皓常作為熱強(qiáng)鈦合金的組元。(2)第二種類型 B是連續(xù)固溶體，a是有限固溶體。有4個(gè)：Ti-V Ti-Nb Ti-Ta Ti-Mo系。V、Nb、Ta、Mo四種金屬只有一種一種體心立方，所以它們與具有 相同晶型的&Ti形成連續(xù)固溶體，而與密排六方點(diǎn)陣

2、的o-Ti形成有限固溶體。V屬于穩(wěn)定B相的元素，并且隨著濃度的提高，它急劇降低鈦的同素異晶轉(zhuǎn) 變溫度。V含量大于15%時(shí)，通過淬火可將B相固定到室溫。對(duì)于工業(yè)鈦合金來 說，V在a鈦中有較大的濃度(>3%),這樣可以得到將單相a合金的優(yōu)點(diǎn)(良 好的焊接性)和兩相合金的有點(diǎn)(能熱處理強(qiáng)化，比 a合金的工藝塑性好)結(jié)合 在一起的合金。Ti-V系中無共析反應(yīng)和金屬化合物。Nb在a鈦中溶解度大致和V相同G4%),但作為B穩(wěn)定劑的效應(yīng)低很多。 Nb含量大于37%時(shí)，可淬火成全B組織。Mo在a鈦中的溶解度不超過1%,而B穩(wěn)定化效應(yīng)最大。Mo含量大于1% 時(shí)，可淬火成全B組織.Mo的添加有效地提高了室溫

3、和高溫的強(qiáng)度。 Mo室溫一 個(gè)缺點(diǎn)是熔點(diǎn)高，與鈦不易形成均勻的合金。加入 Mo時(shí)，一般是以Mo-Al中 問合金形式(通過鋁氧化物的鋁熱還原過程制得)加入。(3)第三種類型 與a、B均有限溶解，并且有包析反應(yīng)的相圖。Ti-Al、Ti-Sn、Ti-Ca、Ti-B、Ti-C、Ti-N、Ti-O等。5%25% Al濃度范圍內(nèi)的相區(qū)范圍內(nèi)存在 有序化的02 (Ti3X)相，它會(huì)使合金的性能下降。 鋁當(dāng)量Al*=Al% +1/3Sn%+1/6Zr% + 1/2Ga% + 10O% <8%9% 。只要鋁當(dāng)量低于8%9%,就不會(huì)出現(xiàn) 以相。Sn是相當(dāng)弱的強(qiáng)化劑，但能顯著提高熱強(qiáng)性，以錫合金化時(shí)，其室溫塑

4、 性不降低而熱強(qiáng)性增加。微量的 B可細(xì)化鈦及其合金的大晶粒，Ga可以與鈦良 好溶合，并顯著提高鈦合金的熱強(qiáng)性。氧是較 軟”的強(qiáng)化劑，在含量允許的范圍 內(nèi)時(shí)，不僅可保證所需的強(qiáng)度水平，而且可以保證足夠高的塑性。(4)第四種類型與a、B均有限溶解，并且有共析分解的相圖，有Ti-Cr、Ti-Mn、 Ti-Fe、Ti-Co、Ti-Ni、Ti-Cu、Ti-Si、Ti-Bi、Ti-W、Ti-H。Ti-Cr系中，形成的Ti2Cr化合物有兩種同素異晶形式，具固溶體以 6和丫 表示。Cr屬于B穩(wěn)定元素，在a鈦中的溶解度不超過0.5%。Cr含量大于9%時(shí)， 通過淬火可將B相固定到室溫。Cr可以使鈦合金有好的室溫塑

5、性并有高的強(qiáng)度， 同時(shí)可保證有高的熱處理強(qiáng)化效應(yīng)。Ti-W系中，會(huì)產(chǎn)生偏析轉(zhuǎn)變：B? a +冷偏析反應(yīng)溫度較高，Ti-W系的熱 穩(wěn)定性比Ti-Cr合金高的多。W在a鈦中的溶解度不高。W含量大于25%時(shí)， 通過淬火可將B相固定到室溫。氫降低鈦的同素異晶轉(zhuǎn)變溫度，形成共析反應(yīng)，從而使B固溶體分解而形成 a相和鈦的氫化物，在共析溫度下氫在a鈦中的溶解度為0.18%。氫組成間隙型固溶體，屬于有害雜質(zhì)，會(huì)引起鈦合金的氫脆。在非合金化鈦和以a組織為基的 單相鈦合金中，氫脆的主要原因是脆性氫化物相的析出，急劇降低斷裂強(qiáng)度。在兩相合金中，不形成氫化物，但形成氫的過飽和固溶體區(qū)，在低速變形時(shí)引起脆 性斷裂。在B

6、相含量小的合金中，這兩種產(chǎn)生聯(lián)合作用。純鈦和近a組織的鈦合 金對(duì)氫脆最敏感。隨著合金中 B相含量增加，其氫脆敏感性減弱。2 .合金元素及其作用(1)合金元素的分類 a穩(wěn)定元素能提高B相變溫度的元素，稱為a穩(wěn)定元素，與鈦形成包析反應(yīng)，這些元素 的電子結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)和鈦的差別較大。鋁是最廣泛采用的、唯一有效的a穩(wěn)定 元素。鈦中加入鋁，可降低熔點(diǎn)和提高B相變溫度，在室溫和高溫都起到強(qiáng)化作 用，也能減小合金的比密度。含鋁量達(dá)6%7%的鈦合金具有較高的熱穩(wěn)定性和 良好的焊接性。添加鋁在提高B轉(zhuǎn)變溫度的同時(shí)，也使B穩(wěn)定元素在a相中的溶 解度增大。鋁原子以置換方式存在于a相中，當(dāng)鋁的添加量超過a相的溶解極限

7、 后，會(huì)出現(xiàn)以Ti3Al為基的有序 以固溶體，使合金變脆，熱穩(wěn)定降低。Ti-Al系金屬間化合物的密度小，高溫強(qiáng)度高，抗氧化性強(qiáng)及剛性好，對(duì)航 大航天工業(yè)具有極大的吸引力。鋁含量分別為 16%及36%的Ti3Al和Ti Al基合 金，是很有前途的金屬間化合物耐熱合金。中性元素對(duì)鈦的B元素轉(zhuǎn)變溫度影響不明顯的元素， 稱為中性元素，中性元素結(jié)、鉛 在a、B兩相中有較大的溶解度，甚至能夠形成無限固溶體。中性元素錫、鈾、 錮、鎂等，對(duì)鈦的轉(zhuǎn)變溫度影響不明顯，主要對(duì) a相起固溶強(qiáng)化作用。結(jié)、錫在 提高a相強(qiáng)度的同時(shí)，也提高其熱強(qiáng)性。強(qiáng)化效果低于鋁，對(duì)塑性的不利作用也 比鋁小，有利于壓力加工和焊接。適量的鈾

8、、錮可以改善鈦合金的高溫拉伸強(qiáng)度 及熱穩(wěn)定性的作用。B穩(wěn)定元素降低鈦B轉(zhuǎn)變溫度的元素，稱為B穩(wěn)定元素。i 加晶元素。B同晶元素如銳、鑰、鑰、鑰，在周期表上的位置靠近鈦， 具有與B鈦相同的晶格類型，能與B鈦無限互溶，而在a鈦中具有有限溶解度。 它們能以置換的方式大量溶入 B鈦中，產(chǎn)生較小的晶格畸變，在強(qiáng)化合金的同時(shí)， 保持其較高的塑性。ii B共析元素B共析元素在a和B鈦中均具有有限溶解度，但在 B鈦中的 溶解度大于a中的。慢共析元素有鉆、鐵、銘、鉆鉗等，使鈦的 B相具有很慢的 共析反應(yīng)，反應(yīng)在一般冷卻速度下來不及進(jìn)行， 對(duì)合金產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用。快共 析元素如硅、銅、鍥、銀、鴇、鈿等在 B鈦所形

9、成的共析反應(yīng)速度很快，B相很 難保留到室溫。共析分解所產(chǎn)生的化合物，都比較脆，但可用于強(qiáng)化鈦合金(尤 其熱強(qiáng)性)。當(dāng)B穩(wěn)定元素的含量達(dá)到某一臨界值，較快冷卻速度能使合金中的 B相保持到室溫，這一臨界值稱為臨界溶度，用 Ck表示。元素的Ck越小，其穩(wěn) 定B相的能力越強(qiáng)。一般B共析元素(尤其慢共析元素)的 Ck要小于B同晶元 素。生成離子化合物的元素鹵素元素氯、碘可與鈦形成離子化合物。在工業(yè)生產(chǎn)中，制造TiCl和Til4,通過還原工藝，可獲得海綿鈦和碘化法高純鈦。不發(fā)生反應(yīng)的元素和鈦不發(fā)生作用的鎂、鈉、鈣等元素在冶煉工業(yè)中作為還原劑， 將鈦從鹵化 物或氧化物中還原出來。氮?dú)狻⒌獨(dú)饪梢宰鳛楸Ｗo(hù)氣體。

10、(2)合金元素對(duì)鈦力學(xué)性能的影響鈦合金主要強(qiáng)化途徑是固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化。 前者是通過提高a相和B相的固溶溶度而提高合金的性能，后者是借助熱處理獲得高度彌散的a +威a金屬間化合物來達(dá)到強(qiáng)化的目的。鈦合金：難以通過組織調(diào)整，在滿足高強(qiáng)度水平的 同時(shí)，仍然保持足夠的塑性和韌性。a穩(wěn)定元素中，Al的固溶強(qiáng)化效果最顯著。B穩(wěn)定元素優(yōu)先溶于B相，因此B相具有更強(qiáng)的強(qiáng)度和硬度，合金平均強(qiáng)度隨著 組織中B相所占比例增加而提高，當(dāng) a相和B相各占50%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到峰值，繼 續(xù)增加B相數(shù)量，強(qiáng)度反而有所下降。對(duì)于在高溫下長(zhǎng)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。在接近相變溫度時(shí)，組織穩(wěn)定性

11、下降，原子活性增加，促使金屬軟化。所以 耐熱鈦合金在成分上應(yīng)以a穩(wěn)定元素和中性元素為主，至于B穩(wěn)定元素一般效果 較差。只有那些能強(qiáng)烈提高鈦原子結(jié)合力的鋁、 鴇及共析轉(zhuǎn)變較高的硅、銅等元 素，在適當(dāng)溶度范圍內(nèi)可有效增加合金的熱強(qiáng)性。 耐熱鈦合金應(yīng)以單相組織為官， 一般均選用a型或者近a型合金作為高溫工作的材料。(3)雜質(zhì)元素對(duì)鈦性能的影響鈦中主要雜質(zhì)元素有氧、氮、碳、硅，前三種屬間隙型元素，后一種屬于置 換型元素。綜合考慮間隙元素對(duì)硬度的影響，引入氧當(dāng)量：O當(dāng)=O% +2N%+0.67%氧當(dāng)量和硬度的關(guān)系為：HV=65+310比。氫降低a +附/裁溫度，是B穩(wěn)定元素，在&Ti中的溶解度比

12、a-Ti中大得 多，且在a-Ti中的溶解度隨溫度降低而減少，當(dāng)冷卻到室溫時(shí)，會(huì)析出脆性氫 化物TiH2,使合金變脆，稱為氫化物氫脆。含氫的 o-Ti在應(yīng)力作用下，促進(jìn)氫 化物析出，叫應(yīng)力感生氫化物氫脆。止匕外，溶解在晶格中的氫原子，在應(yīng)力作用 下，經(jīng)過一定時(shí)間會(huì)擴(kuò)散到晶體缺陷處， 引起塑性降低，當(dāng)應(yīng)力去除并靜止一段 時(shí)間，在進(jìn)行高速變形，塑性又可以恢復(fù)，稱為可逆氫脆。在高溫形變時(shí)氫有增塑作用，即提高熱塑性或超塑性。生產(chǎn)上利用氫作為暫 時(shí)合金元素滲入合金中去，發(fā)揮其有利作用，然后通過真空退火去氫。增塑的原 因是氫降低形變激活能，提高了形變過程中擴(kuò)散協(xié)調(diào)變形能力。 同時(shí)氫在高溫下 分布比較均勻，減

13、少了局部彈性畸變，并且氫有促進(jìn)晶粒細(xì)化作用，從而改善 了高溫?zé)崴苄浴５?、氧、碳都提高a + B相變溫度，擴(kuò)大a相區(qū)，屬a穩(wěn)定元素，提高了 鈦的強(qiáng)度，急劇降低塑性，影響程度按氮、氧、碳順序遞減。微量鐵和硅在固溶 范圍內(nèi)與鈦形成置換固溶體，對(duì)鈦的性能影響不像間隙元素那樣強(qiáng)烈。3 .常用合金元素元素間相互作用是形成固溶體還是形成化合物，形成的溶解度有多大，主要 取決于原子的電子層結(jié)構(gòu)、原子半徑大小、晶格類型、電負(fù)性及電子濃度等因素。鈦是過渡族金屬，在周期表上，與鈦同族的元素皓和鉛具有和鈦相同的外層 電子結(jié)構(gòu)和晶格類型，原子半徑也相近，故與a鈦和B鈦均能無限互溶，形成連 續(xù)固溶體。在周期表上，靠近鈦的

14、元素(如鈾、鑰、鑰、鑰)與B鈦具有相同的晶格類型，能與B鈦無限互溶，與a鈦有限溶解。周期表上離鈦越遠(yuǎn)的元素，其 電子結(jié)構(gòu)及原子半徑約鈦相差越大，與鈦的溶解度也越小，并且容易形成化合物。 3.2合金元素對(duì)鈦合金組織結(jié)構(gòu)和性能的影響1 .A1鋁具有顯著的固溶強(qiáng)化作用，在 eTi中的固溶度大于在 伊Ti中的固溶度， 提高a /桐互轉(zhuǎn)變的溫度，擴(kuò)大a相區(qū)，屬于a穩(wěn)定化元素。當(dāng)合金中Al的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)在7%一下時(shí)，隨含Al量的增加，合金的強(qiáng)度提高，塑性無明顯降低；當(dāng) 合金中Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過7%時(shí)，合金組織中出現(xiàn)脆性 Ti3Al,塑性顯著降低。2 .V（Mo、Nb、Ta）鈾屬于&Ti同晶元素，具有

15、B穩(wěn)定化作用，在 伊Ti中無限周 溶，在o-Ti中也有一定的固溶度。鈾具有顯著的固溶強(qiáng)化作用，在提高合金強(qiáng) 化的同時(shí)能保持良好的塑性。釩還能提高鈦合金的熱穩(wěn)定性。3 .Cu銅屬于B穩(wěn)定化元素，鈦合金中的銅一部分以固溶狀態(tài)存在，另一部分形 成Ti2Cu或TiCu2化合物，TiCu2具有熱穩(wěn)定性，起到提高合金熱強(qiáng)化性的作用。 由于銅在a相中的固溶度隨溫度的降低而顯著減少，故可以通過時(shí)效沉淀強(qiáng)化來 提高合金的強(qiáng)度。4 .Si 硅的共析轉(zhuǎn)變溫度較高 （ 860） ， 可改善合金的耐熱性能。 在耐熱合金中加入的硅量以不超過a相最大固溶度為宜，一般為0.25%左右。由于硅和鈦的原子 尺寸差別較大， 在固溶

16、體中容易在位錯(cuò)處偏聚， 阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)， 從而提高耐熱性。硅除了作為固溶元素固溶于基體， 還有一部分形成第二相沉淀析出， 擴(kuò)大了馬氏體穩(wěn)定存在溫度區(qū)間， 提高了合金硬度。 對(duì)于鈦鋁合金的定向凝固生長(zhǎng)， 少量硅 的加入可改善凝固組織的抗蠕變和氧化性能，但降低斷裂韌性。5 .Zr、Sn中性元素，在a-Ti和&Ti中均有較大的溶解度，起補(bǔ)充強(qiáng)化作用。在 耐熱合金中，為保證合金組織以a相為基，除鋁以外還需加結(jié)和錫來進(jìn)一步提高 耐熱性， 同時(shí)對(duì)塑性的不利影響比鋁小， 使合金具有良好的壓力加工性和焊接性能。鋁、結(jié)、錫都能抑制 相的形成，并且錫能減少對(duì)氫脆的敏感性。在鈦錫 系合金系中，當(dāng)錫18.5%時(shí)

17、，會(huì)形成有序相Ti3Sn,降低了塑性和熱穩(wěn)定性。6 .Mn、Fe、Cr強(qiáng)化效果大，穩(wěn)定B相能力強(qiáng)，密度比鑰、鴇小，故應(yīng)用較多， 是高強(qiáng)亞穩(wěn)定B型鈦合金的主要添加劑。但它們與鈦形成慢共析反應(yīng)，在高溫長(zhǎng) 期工作條件下，組織不穩(wěn)定，蠕變抗力低。當(dāng)添加B同晶型元素，特別是鋁時(shí)，有抑制共析反應(yīng)的作用。7 .合金元素在鈦合金中的作用歸納：起固溶強(qiáng)化作用。提高室溫抗拉強(qiáng)度最顯著的是鐵、鈕、銘、硅；其次為鋁、 鉬、釩；而鋯、錫、鉭、鈮強(qiáng)化效果差。升高或降低相變點(diǎn)，起穩(wěn)定 a相或B相的作用。添加B穩(wěn)定元素，增加合金的淬透性，從而增強(qiáng)熱處理強(qiáng)化效果。鋁、結(jié)、錫有防止 相的形成的作用；稀土可抑制 黨相析出；B同晶元

18、素有 阻止B相共析分解的作用。加鋁、硅、皓、稀土元素可改善合金的耐熱性。加鉗、釘、鋁等提高合金的耐腐蝕性和擴(kuò)大鈍化范圍。工業(yè)合金均采用多元組合復(fù)合強(qiáng)化， 除鋁外，還添加B穩(wěn)定元素組銳、鋁等 及中性元素錫、結(jié)，它們不僅增強(qiáng)了復(fù)相組織中 a、B相強(qiáng)度，而且改變了 B相 分解動(dòng)力學(xué)，提高實(shí)效組織的彌散度，顯著提高熱處理強(qiáng)化效果。8 .3鈦合金的分類a鈦合金高溫性能好，組織穩(wěn)定，焊接性能好，是耐熱 Ti合金的主要組成 部分，但常溫溫度低，塑性不夠高。a +鍬合金可以熱處理強(qiáng)化，常溫強(qiáng)度高， 中等溫度的耐熱性也不錯(cuò)，但組織不穩(wěn)定，焊接性良好。 B鈦合金的塑性加工性 能好， 合金濃度適當(dāng)時(shí)， 可以通過強(qiáng)化

19、熱處理獲得高的常溫力學(xué)性能， 是發(fā)展高 強(qiáng)度鈦合金的基礎(chǔ)，但組織性能不夠穩(wěn)定，冶煉工藝復(fù)雜。當(dāng)前應(yīng)用最多的是C+湫合金，其次是a鈦合金，B鈦合金應(yīng)用相對(duì)較少。六方晶格結(jié)構(gòu)的先天缺點(diǎn)：塑性變形能力低。（1） a鈦合金退火組織為以a鈦為基體的單相固溶體稱為 a鈦合金，牌號(hào)為TA。a鈦合 金中的合金元素主要是 a穩(wěn)定元素和中性元素，如鋁、錫、皓，基本不含或只含 少量的B穩(wěn)定元素，強(qiáng)度較低。其主要特點(diǎn)是高溫性能好，組織穩(wěn)定，焊接性和 熱穩(wěn)定好，一般不能熱處理強(qiáng)化。TA4TA6是Ti-Al系二元合金，鋁在500c以下能顯著提高合金的耐熱性， 溫度大于500 C , Ti-Al合金的耐熱性顯著降低，故 a

20、鈦合金的使用溫度一般不 能超過500Co TA4合金只含2%3.3%Al,強(qiáng)度不高，適合做焊絲材料；TA5 合金加入微量的 B,主要是為了提高彈性模量，強(qiáng)度也不高； TA6合金月含有 5%Al ，但鋁含量接近上限，就有變脆的趨勢(shì)，而且只有中等強(qiáng)度，工藝塑性也較差，始于熱變形：TA7是在Ti-Al合金中加入2.5%的中性元素Sn,在不降低塑性的條件下，可進(jìn)一步提高合金的高低溫強(qiáng)度。 TA7 和 TA6 塑性基本相同， 但強(qiáng)度高一些，組織穩(wěn)定，焊接性能良好，焊縫無脆化現(xiàn)象，多用于冷成型半徑大的飛機(jī)蒙皮和制造各種模鍛件，是我國(guó)應(yīng)用最廣的一種鈦合金,在國(guó)外逐漸被成型性更高的時(shí)效硬化型Ti-2.5Cu

21、合金所代替。 TA7 在超低溫時(shí)比強(qiáng)度約為鋁合金和不銹鋼的兩倍， 適合制造超低溫用的容器， 成為很多空間飛行器存儲(chǔ)燃料的 標(biāo)準(zhǔn)材料。a鈦合金在a相區(qū)塑性加工和退火，可以得到細(xì)的等軸晶粒組織。如果自 B 區(qū)緩冷，a相則轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺钗菏象w組織；如果是高純合金。還可以出現(xiàn)鋸齒狀 a 相；當(dāng)有B相穩(wěn)定元素或雜質(zhì)H存在時(shí)，片狀a相還會(huì)形成網(wǎng)籃狀組織。自B 相區(qū)淬火可以形成針狀六方馬氏體a 自B相區(qū)冷卻的a合金，抗拉強(qiáng)度，室溫疲勞強(qiáng)度和塑性要比等軸晶粒組織低。另一方面，自B相區(qū)冷卻能改善斷裂韌性和較高的抗蠕變性能。a型鈦合金共同的主要優(yōu)點(diǎn)是焊接性好，組織穩(wěn)定，抗腐蝕性高，缺點(diǎn)是強(qiáng) 度不是很改、變形抗力大，熱

22、加工性差。（2） a +徽合金退火組織為a +桐的合金稱為a +鍬合金，中國(guó)牌號(hào)為TC。當(dāng)B穩(wěn)定化 元素超過一定臨界成分時(shí)，稱為富B的a +徽合金；當(dāng)B穩(wěn)定化元素低于臨界成分時(shí)，稱為貧B的a +徽合金。特點(diǎn)是有較好的綜合力學(xué)性能，強(qiáng)度高，可 熱處理強(qiáng)化，熱壓力加工性好，在中等溫度下耐熱性比較好，但組織不夠穩(wěn)定。a +鋪合金的合金化特點(diǎn)a +鋪合金既加入a穩(wěn)定元素又加入 B鈦穩(wěn)定元素，使a和B同時(shí)得到強(qiáng) 化。B穩(wěn)定元素加入量約為4%6%,主要是獲得足夠數(shù)量的B相，以改善合金 的成形塑性和賦予合金以熱處理強(qiáng)化的能力。a +儲(chǔ)合金的a相穩(wěn)定元素主要是Al,控制在6%7%一下，以免出現(xiàn)有 序反應(yīng)，損壞

23、合金韌性。為了進(jìn)一步強(qiáng)化a相，只有補(bǔ)加少量的中性元素 Sn和Zr。a +俅合金只能用穩(wěn)定能力較低的B全溶固溶體型元素Mo和V作為主要B穩(wěn)定元素，再適當(dāng)配合少量非活性共析型元素Mn和Cr或微量活性共析型元素 Si。a +徽合金的組織與性能在B相區(qū)鍛造或加熱后緩冷得到魏氏體組織（有高的斷裂韌度和疲勞強(qiáng)度： 疲勞裂紋沿魏氏組織的a叢擴(kuò)展，通路曲折，速度慢）；在兩相區(qū)鍛造鍛造或退 火得到等軸晶粒的兩相組織（塑性6和也比較高），在（a + */B轉(zhuǎn)變溫度附近 鍛造和退火得到籃網(wǎng)組織。主要a +鍬合金性能綜述i Ti-Al-V系合金 Ti-6Al-4V（TC4）具有良好的性能和工藝性能（包括熱變形性、焊接

24、性、切削加工性和抗蝕性） ，可以加工成棒材、型材、板材、鍛件、模鍛件等半成品， 在航空工業(yè)上多用于制造壓氣機(jī)葉片、 盤和某些緊固件， 當(dāng)合金中的氧、氮控制到低含量時(shí)，還能在低溫（-196）保持良好的塑性，可用于制作低溫高壓容器。TC3 的鋁含量要比 TC4 低一些，因此強(qiáng)度較低，但塑性和加工性較好，能夠加工成板材使用。TC10（Ti-6Al-6V-2Sn-0.5Cu-0.5Fe）合金是在Ti-6A1-4V 基礎(chǔ)上 改進(jìn)得到的，合金中增加了 B穩(wěn)定元素，因而增加了淬透性，淬透直徑達(dá)到50mm 左右，使大截面的零件能強(qiáng)化熱處理，克服了 Ti-6Al-4V 淬透性低的缺點(diǎn)。ii Ti-Al-Mo和T

25、i-Al-Mo-Cr系合金 在鈦合金中添加鋁能夠提高a固溶體中原子間的結(jié)合力， 因而提高合金的耐熱性。 鉬的擴(kuò)散系數(shù)很低， 加入后能夠減慢 原子的擴(kuò)散過程，從而提高合金的熱強(qiáng)性。結(jié)起固溶強(qiáng)化a相的作用，硅和培共 存時(shí)，會(huì)形成彌散的復(fù)雜硅化物，沉積于活動(dòng)位錯(cuò)上，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高合金的抗蠕變性能，錫溶入a相也可提高合金的耐熱性。耐熱鈦合金需要具有良好的熱穩(wěn)定性。 鈦合金的熱穩(wěn)定性是指合金在一定溫度下， 對(duì)于應(yīng)力或非應(yīng)力狀態(tài)下暴露后， 保持室溫塑性和韌性的能力。 高溫暴露后的室溫?cái)嗝媸湛s率如大于未暴露時(shí)的 50%， 則認(rèn)為是穩(wěn)定的。鈦合金的熱穩(wěn)定性取決于兩個(gè)主要因素： 一是高溫長(zhǎng)期暴露過程中內(nèi)部組

26、織變化 （如出現(xiàn)有序相 Ti3Al、Ti3Sn,剩余B相分解，硅化物的沉淀和聚集等）；另一個(gè)是氧滲入形成污 染層。 研究表明， 在較高溫度暴露時(shí)， 表面污染層比內(nèi)部組織變化對(duì)熱穩(wěn)定性的 影響大。合金組織中的亞穩(wěn)相多時(shí)，組織的熱穩(wěn)定性差。（3）近a鈦合金B(yǎng)相中原子擴(kuò)散快，易于發(fā)生蠕變。為了提高蠕變抗力，在（a + ）冷金中， 必須降低B相的含量。近a鈦合金中B穩(wěn)定元素一般小于2%,其平衡組織為a 相加少量B相，在鈦合金中具有最好的耐熱性。這些B穩(wěn)定元素還有抑制a相脆 化的作用（即延緩a相中形成有序相的過程）。Ti-679 合金（ Ti-2.25Al-11Sn-5Zr-1Mo-0.25Si ）可用

27、作發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)葉片和盤。鋁的強(qiáng)化作用大，引起的塑性下降也大，用低鋁高錫配合，獲得較好的綜合性能，得到了較好的室溫強(qiáng)度、塑性、400時(shí)的瞬時(shí)強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度的結(jié)合。Mo含量不高，以免形成過多的B相，使蠕變強(qiáng)度下降。結(jié)補(bǔ)充強(qiáng)化a相。此合金的抗蠕變性能和熱穩(wěn)定性能比較好。 熱穩(wěn)定好的原因是鋁含量少， 不易發(fā) 生鋁的局部有序化，且B穩(wěn)定元素不多，亞穩(wěn)B相或a相少。但高于450c熱穩(wěn) 定性急劇降低， 因?yàn)閺?fù)雜硅化物沉淀聚集， 合金中鋯含量較高， 鋯對(duì)氧有更大的 親和力，故加速了鈦的氧化污染。（4） B鈦合金含B穩(wěn)定元素較多（17%）的合金稱為B合金，具有良好的變形加工性能， 經(jīng)淬火后，可得到很高的室溫性能。但高溫組織不穩(wěn)定，耐熱性差，焊接性也不好，編號(hào)為 TB 。B鈦合金的合金化特點(diǎn) 合金化的主要特點(diǎn)是加入大量B穩(wěn)定元素，空冷或水冷到室溫，得到全由B相組成的組織，通過時(shí)效處理可以