钛合金与镁合金

耐蚀性和低温韧性。
钛 合 金 列 管 式 换 热 器
+型钛合金共有九个牌号，其中 以TC4(Ti6Al4V)应用最广、用 量最大，占市场55％。其经过淬火 加时效处理后，组织为++时效 析出的针状。
α+β钛合金组织
α+β钛合金组织（电镜）
+型钛合金主要用于 制造400℃～－196℃
以下工作的飞机压气机 叶片、火箭发动机外壳、 火箭和导弹的液氢燃料 箱部件及舰船耐压壳体 等.
镁合金具有良好的压铸成型性能（熔点低），压铸件壁厚最小 可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。
良好的电磁屏蔽性能；
良好的机加工性能；
废料易回收重复使用；
在干燥大气中有足够的耐蚀性，在氢氟酸、碱和矿物油中也耐 蚀，但在潮湿大气、淡水、海水中耐蚀性差。镁在空气中易形 成MgO膜，但膜较脆，不致密，故耐蚀性差。
回火ω： β稳定元素过多的合金淬火时不能形成ω，将形
成亚稳（过冷）β（ βr）。回火时βr转变为ω （回火ω）。 回火ω加热到高温，会转变为α， ω是β→α之 间的过渡相。
ω引起脆性，其特点： 1.共格相，密度高，说明容易形核，但长大
速率小。
2.位错可动性小，是导致脆化的主要原因。 3.形成条件为过渡元素达到合金的临界浓度。 4.与母相成分相同，保持共格界面，转变是
（二）合金元素对钛合金性能的影响
主要是固溶强化和弥散强化，一般含Al低于 7％。Sn提高强度，Al还提高热强性、弹性 模量、不降低塑性；V、Mo、Mn、Fe、Cr 等固溶强化，V为常用β稳定型元素，稳定β 相；Cu、Si等可提高钛的热强性；稀土可 提高耐热性和热稳定性。
（三）钛合金的分类
在退火状态下，按组织分α型钛合金、β型 钛合金和α＋β型钛合金，以TA8种、TB两 种、TC10种表示。
钛合金管 钛合金管应用
型钛合金有TB2、 TB3、TB4三个牌号。
主要用于350℃以下 工作的结构件和紧固件, 如飞机压气机叶片、轴、 弹簧、轮盘等。
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钛合金棒 β钛合金眼镜架
3. +型钛合金
加入的合金元素有铝、钒、 钼 铬等。 可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热强性、
β钛合金固溶后强度：750-950MPa，时效 后强度1000-1700MPa。
β相中原子扩散系数大，加热温度超过β相变点时，
出现粗大晶粒，产生“β脆性” 。
6）亚稳相的分解
淬火形成的亚稳相时效加热时将分解，不同亚 稳相分解过程不同，同一亚稳相因合金成份和 时效工艺不同分解过程也不同。但最终产物为 平衡组织： α +β；
共析合金为α+TixAly。
10.3钛合金
纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有铝。 铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度.
按退火组织，钛合金可分 钛合金泵 为型钛合金、型钛合金 和+型钛合金三类，它 们的牌号分别用TA、TB、 TC加顺序号表示 。如 TA5、TB2、TC4等。其 中TA0~TA3为工业纯钛。
常用牌号有TA5、TA7等。
典型的钛合金TA7（Ti-5Al2.5Sn）, 市场占有20％，组 织稳定、焊接性好，比强度是 铝和钢的两倍，用作飞机蒙皮 和模锻件，加入Al>5~6％时， 形成α2（Ti3Al）脆化相，0.2 ％Pd的加入引起阳极钝化，使 腐蚀抗力提高1000倍，Al、 Sn可使再结晶温度和同素异构 转变温度升高。
非扩散型转变。
4) 共析转变： β→α+TixAly
• 钛与β共析元素组成的合 金系发生共析反应，共 析组织为片层状（类似 于珠光体）。
• 共析反应元素根据共析 反应的速度分为活性共 析元素（反应速度快） 和非活性共析元素（反 应速度极慢）。
• 共析反应析出第二相— 脆性金属间化合物TixAly， 降低合金塑性和韧性。
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2）变形镁合金 Mg-Mn系（MB1和
MB8）、Mg-Al-Zn （MB2）系和Mg-Zn-Zr （MB15）系 MB1和MB8，不能热处理 强化，制作飞机蒙皮、模 锻件和耐蚀管件 MB2合金属于Mg-Al-Zn 系，不能热处理，加工各 种板、棒和锻件等半成品。 MB15合金属于Mg-Zn-Zr 系，可热处理强化，制作 大型锻件
6）亚稳相的分解：α， α”， α’， ω， β
α+ β （或α+TixMy）
马氏体相变特点
1）无扩散型相变，只发生晶格重构，具有马氏体相变的 所有特点。（无孕育期，转变时需较大过冷度等）
2)强度、硬度提高不大。 α’的硬度仅略高于α，当出现斜 方α” 时，强度、硬度明显下降。
TC6合金的硬度与组成的关系
10钛合金
10.1 概述 钛及其合金是上世纪 40年代发展起来的一类 新型结构材料
Ti的物理性能 纯Ti熔点1668℃，密度 4.5g/cm3，在882.5 ℃发生同素异构转变Ti⇌-Ti, 由体心立方 -Ti转变为密排六方Ti.
美F-22战机约36%重量的零 件用钛合金制造
10. 2 Ti及Ti合金性能
相组成 α+β
β相含量% 13
硬度 360
α+α”+β
7
290
α’
0
400
TC6，α+β钛合金，
成份：Ti-6Al-15Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si
3).ω相变
淬火ω：当合金元素含量在临界浓度附近并快 速冷却（淬火）时，会发生β→ω转变，形成ω 相 （淬火ω ）。 ω为六方晶格，与母相有共 格关系。
2）时效规范，时效温度以425℃～550℃为适宜。过 低有ω相脆化，过高有相粗大，强度降低。
（三）形变热处理和化学热处理
1）形变热处理，高温形变热处理：再结晶温度以上变 形40～8 0％后淬火（TC类）幷时效。低温形变热处 理：固溶热处理后冷变形50％再时效（TB类）
2）化学热处理，渗氮、渗氧提高耐磨性和耐蚀性。渗 氮后硬度提高2－4倍，渗氧后耐蚀性提高7－9倍。
化学性能 纯Ti室温下稳定，钝化能力强，在海水，潮 湿大气，氯化物水溶液中抗蚀性超过不锈钢 高温下耐蚀性下降
力学性能 强度高，是Al的6倍，比强度高，塑性好，便 于冷热加工
热处理 纯Ti不能热处理强化，只能进行冷变形强化
一、钛的特性
主要特点：比强度高、耐腐蚀、中低温性能好，同 时还具有超导、记忆、储氢等特殊性能。用于航空、 化工、电力、医疗等领域。
气，淡水，海水等），但对碱，石油化学稳定性 好，可作输油管 HCP晶格，塑性差 比强度高，耐冲击，有优良的可加工性 镁合金合金化主要是加入一些元素，产生固溶强 化、时效强化、细晶强化及过剩相强化。
良好的阻尼减震性能：在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时， 吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减 噪性能。
％） 6)导热性差、摩擦系数大、难于机加工（刀具软化、磨损变钝） 切削时选用W-Co硬质合金刀具较好，磨削时选用SiC砂轮较好
10.2.钛合金的相变
β相在冷却时的主要转变 1)同素异构转变：β→ α 2)马氏体转变： β→α’， α” 3)形成ω相：β→ω 4)形成过冷β相βr(或β） ： β→ βr 5)共析转变： β→ α+TixMy
5). 过冷(残余）β (βr)的形成
合金元素浓度较高，马氏体转变温度低于室温， β被冻结，形成βr，成为β钛合金。
β钛合金组织及性能特点： 超高强钛合金，具有高的时效强化效应、深淬
透性、良好的强度韧性匹配。
βr为体心立方，具有较好的塑性，冷加工性能 与纯钛相近。
β钛合金的合金元素量较大，固溶强化效果大； 加工硬化性高；时效强化（析出α相强化）高：
型钛合金主要用于制造 500℃以下工作的零件，如 飞机压气机叶片、导弹的燃料 罐、超音速飞机的蜗轮机匣及 飞船上的高压低温容器等。
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-Ti合金组织
2.型钛合金 加入的合金元素有钼、
铬、钒、铝等。 经淬火加时效处理后，
组织为相基体上分布着 细小的相粒子。 这类合金强度高，但冶 炼工艺复杂，难于焊接， 应用受到限制。
各相之间具有严格的晶体学取向关系和强烈的组织遗传 性，不能通过同素异构转变细化晶粒。
四、钛合金的热处理
（一）退火
可以稳定组织，降低硬度和提高塑性。形式有消除内应 力退火、再结晶退火、双重退火（低温退火＋再结晶退 火）、等温退火和真空退火。
（二）淬火与时效
1）淬火温度的选择：（α＋β）型，在α＋β区上部；β 型在β区中下部。
十年间，生产产量增长幅度7％
2.需开发的钛合金种类： 1）600℃以上的耐热钛合金 2）高强高韧性钛合金 3）形状记忆钛合金 4）储氢钛合金
3.需改进加工工艺：
超塑性成形 扩散连接 等温锻造 快速凝固技术
11.1镁及镁合金 11.1.1镁合金的特性
Mg 是地壳中最丰富的金属元素，仅次于Al，Fe。 密度，1.74，熔点650℃，沸点1100 ℃ 化学性质活泼，电极电位低，易受腐蚀（潮湿大
1.塑性好：c/a=1.578<1.63，滑移面可以发生 转移。
2.优良的低温性能：航空用储氢材料。
3.钛的密度轻，较高的比强度、比刚度和一定高温 强度（550℃）。200℃以下，抗拉强度可达 1400MPa，屈强比较高σ0.2/σ=0.7~0.95)。
4.形成氧化膜，耐海水、氯化物腐蚀，但电 极电0.49K有超导性，合 金化以后的超导转变温度为9～10K。
6.形状记忆功能，（心血管支架 ）
7.无磁性，导电、导热性低。
8.钛在氮气中燃烧爆炸。
纯钛主要用于 350℃以 下工作、强度要求不高 的零件，如石油化工用 热交换器、反应器，海 水净化装置及舰船零部 件。
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