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第二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、鋯、鉿是同族元素，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。這兩元素在影a 鈦和B 鈦中溶解能力相同，對(duì)a 相和 B 相的穩(wěn)定性能響不大。溫度高時(shí)，鋯的強(qiáng)化作用較強(qiáng)，因此鋯常作為熱強(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BTi

2、形成連續(xù)固溶體，而與密排六方點(diǎn)陣的a-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%八 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（約4%）,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M

3、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-AI 中 間合金形式（通過鉬氧化物的鋁熱還原過程制得） 加入a、 （3）第三種類型與 aB 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a （Ti3X）相，它會(huì)使合金的性能下降。鋁當(dāng)M Al *=Al% +1/3Sn%+ 1/6Zr% + 1/2Ga% + 10O%< 8 滄 9%。只要鋁當(dāng)量

4、低于8%? 9%，就不會(huì)出現(xiàn)a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)，具室溫塑性不降低而熱強(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-HTi-Cr系中，形成的Ti2Cr化合物有兩種同素異品形式，具固溶體以S和表示。Cr屬于B穩(wěn)定元素，在a鈦

5、中的溶解度不超過 0.5%。Cr含M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：？ a+。借析反應(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M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

6、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 相含量小的合金中，這兩種產(chǎn)生聯(lián)合作用。純鈦和近 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

7、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M超過 a相的溶解極限后，會(huì)出現(xiàn)以 Ti3AI為基的有序a固溶體，使合金變脆，熱穩(wěn)定降低。Ti-AI 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)航天航天工業(yè)具有極大的吸引力。鋁含量分別為16% 及 36% 的 Ti3AI 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，中性元素鋯、鉿在 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、鈰、鑭、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

8、強(qiáng)化作用。鋯、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。適量的鈰、鑭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 洞晶元素。B 同晶元素如釩、鉬、鈮、鉭，在周期表上的位置靠近鈦，具有與 B鈦相同的品格類型，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。慢共析元素有鎰、鐵、飴、鉆耙等，使鈦的

9、 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?？旃参鲈厝绻?、銅、鎳、銀、鎢、鉍等在B 鈦所形成的共析反應(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同品元素。 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TiCI 和 Til 4,通過還原工藝，可獲得海綿鈦和碘化法高純鈦。

10、 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。氦氣、氬氣可以作為保護(hù)氣體。（ 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+或a險(xiǎn)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)

11、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)合力的鉬、鎢及共析轉(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)以單相組織為宜，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

12、 當(dāng) =O%+2N%+0.67%氧當(dāng)量和硬度的關(guān)系為：HV=65+310 Q 。氫降低 a + B 相變溫度，是B 穩(wěn)定元素，在0Ti 中的溶解度比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 TiH 2，使合金變脆，稱為氫化物氫脆。含氫的a-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。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(shí)間會(huì)擴(kuò)散到晶體缺陷處，弓I 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

13、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?。氮、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

14、同族的元素鋯和鉿具有和鈦相同的外層電子結(jié)構(gòu)和品格類型，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，靠近鈦的元素（ 如釩、鉬、鈮、鉭） 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. AI 鋁具有顯著的固溶強(qiáng)化作用，在a-Ti 中的固溶度大于在&Ti 中的固溶度，提高a/相互轉(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 AI的質(zhì)M分?jǐn)?shù)在7% 一下時(shí)，隨含AI 量的增加，合金的強(qiáng)度提高，塑性

15、無明顯降低；當(dāng)合金中AI的質(zhì)M分?jǐn)?shù)超過7%時(shí)，合金組織中出現(xiàn)脆性 Ti3AI,塑性顯著降低。2. V （Mo、Nb、Ta）銳屬于&Ti同品元素，具有 B穩(wěn)定化作用，在 彳夫Ti中無限 固溶，在 a-Ti 中也有一定的固溶度。釩具有顯著的固溶強(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 Ti 2Cu或TiCu 2化合物，TiCu 2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

16、轉(zhuǎn)變溫度較高（860°C），可改善合金的耐熱性能。在耐熱合金中加入的硅M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 0Ti 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，除鋁以外還需加鋯和錫來進(jìn)一步提高耐熱性，同時(shí)對(duì)塑

17、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、鋯、錫都能抑制co 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)，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)，密度比鉬、鎢小，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，特別是鉬時(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、錳、鉻、硅；其次為鋁鉬、釩；而鋯、錫、鉭、鈮強(qiáng)化效果差。 升

18、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、鋯、錫有防止3 相的形成的作用；稀土可抑制a 相析出；B 同晶元素有阻止 B相共析分解的作用。 加鈀、釘、鉑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 及中性元素錫、鋯，它們不僅增強(qiáng)了復(fù)相組織中 加鋁、硅、鋯、稀土元素可改善合金的耐熱性。等 B 穩(wěn)定元素組釩、鉬a、B 相強(qiáng)度，而且改變了3.3 鈦合金的分類Ti 合金的主要組成中等溫度B 鈦合金的塑性加工性a 鈦合金高溫性能好，組織穩(wěn)定，焊接性能好，是耐熱部分，但常溫溫度低，塑性不夠高。a

19、+鈦合金可以熱處理強(qiáng)化，常溫強(qiáng)度高，的耐熱性也不錯(cuò)，但組織不穩(wěn)定，焊接性良好。能好，合金濃度適當(dāng)時(shí)，可以通過強(qiáng)化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 a +鈦合金，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TAo 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、錯(cuò)，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。TA4? TA6 是

20、 Ti-AI 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500C, Ti-AI合金的耐熱性顯著降低，故a鈦合金的使用溫度一般不 能超過500EoTA4合金只含2%? 3.3%AI ,強(qiáng)度不高，適合做焊絲材料；TA5合金加入微M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%AI ，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-AI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

21、于冷成型半徑大的飛機(jī)蒙皮和制造各種模鍛件，是我國應(yīng)用最廣的一種鈦合金， 在國外逐漸被成型性更高的時(shí)效硬化型Ti-2.5Cu 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，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

22、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，熱加工性差。(2) a +鈦合金退火組織為a +相的合金稱為a +鈦合金，中國牌號(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 +鈦合金；當(dāng)B 穩(wěn)定化元素低于臨界成分時(shí)，稱為貧B 的a + 鈦合金。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 + 鈦合金的合金化特點(diǎn)a+B鈦合金既加入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

23、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 +鈦合金的a 相穩(wěn)定元素主要是AI ，控制在6%? 7% 一下，以免出現(xiàn)有Zr a +鈦合金只能用穩(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 Sio a + 鈦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S 和書比較高），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 +鈦合金性能綜述i

24、 Ti-AI-V 系合金 Ti-6AI-4V（ TC4） 具有良好的性能和工藝性能（包括熱變形性、焊接性、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（-196C ）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-6AI-6V-2Sn-0.5Cu-0.5Fe ） 合金是在Ti-6AI-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

25、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)。iiTi-AI-Mo和Ti-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。鋯起固溶強(qiáng)化a 相的作用，硅和鋯共存時(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%，

26、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)部組織變化（如出現(xiàn)有序相Ti3AI、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 + ） 合金中 , 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-6

27、79 合金（ Ti-2.25AI-11Sn-5Zr-1Mo-0.25Si ）可用作發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)葉片和盤。鋁的強(qiáng)化作用大，弓I 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、400C時(shí)的瞬時(shí)強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度的結(jié)合。Mo含M不高，以免形成過多的 B相，使蠕變強(qiáng)度下降。錯(cuò)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。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)效處理可以大幅度提高強(qiáng)度。B鈦合金另一特點(diǎn)是