钛及钛合金典型组织

TC4,950℃/1hr炉冷至600℃AC+再经970℃/1hr AC;双态组织(等轴初生α+再结晶二次β晶粒)
金相明场 500×;金相相衬 500×;电镜明场 10000× 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:6:193
TC4,950℃/1hr 水淬+550℃/4hr AC; 等轴初生α+针状的α相的β转变基体
浸蚀剂---氢氟酸:硝酸:水=1:1:7;
金相明场 320×; 金相相衬 320×; 电镜明场 5000×;
2.3 TC4,典型组织介绍 Ti-6Al-4V的六种组织状态
等轴α +晶间β
等轴+针状 α +晶间β 等轴α +针状 α( 转变态β)
少量等轴α +针状 α+ β( 转变态β)
片状α( 转变态β)+ β 初 片状α( 转变态β)+ β +
生β晶界α24
初生β晶界α
a 1050℃
b 1050℃
Ti-6Al-V合金的相转变图，MS:马氏体转 变 开 始 温 度 。 以 及 Ti-6Al-4V 合 金 从 1050℃、800℃和650℃炉冷和水淬后的 显微组织
c 800℃
d 800℃
e 650℃ 炉冷（50℃/h ）
f 650℃ 水淬
Ti-6Al-4V 1020℃/20min/WQ 马氏体组织+晶界初生β
β锻空冷，大块α
β锻空冷，大块α
β锻空冷，大块α
● 表达式：(α条+ β转)组织，有断续晶界α，或有 连续晶界α，或有大块α
● 特征： α等≈0
8
1.5 魏氏组织
β锻，空冷，锻态
β锻，空冷，热处理
● 表达式：
(α针+ β转)组织 ● 特征： α针细长、平直，β晶粒粗大，并有
晶界α存在
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总结
● 不管何种组织结构均有β转存在，总是在转变β 基体上析出不同形态的条状α。
金相明场 500×;金相相衬 500×;电镜明场 5000× 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:4:45
TC4,850℃/1hr 水淬;等轴初生α+马氏体 α′.
金相明场 500×;金相相衬 500×;电镜明场20000× 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:4:45
TC4,850℃/1hr AC ;等轴初生α+转变β
TC4,950℃/1hr AC; 等轴初生α+舍有针状α的β转变组织.
金相明场 500×;金相相衬 500×;电镜明场 10000× 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:4:45
TC4,950℃/1hr 炉冷;等轴α+晶间β
金相明场 500×;金相相衬 500×;电镜明场 5000× 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:6:193
TB2,800℃/30分 AC+500℃/8hr AC; 有弥散α相析出的β晶粒(电镜照片)
电镜明场 15000×;
电镜a相暗场 15000×
TB2,800℃/30分AC+500℃/8hr再升温至620℃/30分AC; 有弥散析出α相的β晶粒
金相明场 500×, 电镜明场40000×; 浸蚀㲸: 氢氟酸:硝酸:水 =1:12:18
TA2 ,锻态,变形α晶粒
浸蚀剂: 氢氟酸:硝酸:水=2:1:17; 金相明场 250×; 电镜明场 5000×;
TA1,退火+焊接,热影响区：等轴α相
浸蚀剂--氢氟酸 : 硝酸 : 水 = 1 :1 :3;
金相明场 250×; 金相偏光 250×; 电镜明场 5000×
TA1,退火+焊接;焊缝区:片状α+原始β晶 界（晶内有孪晶）
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TA2不同加工状态下的组织
A原始锻态
B原始热轧态
C再结晶退火
D冷轧态
E再结晶退火
TA2不同冷速下组织 （保温温度：1000℃、保温时间：5min）
A :0.5℃\s
B:1℃\s
C :5℃\s
D:50℃\s
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TA2,1000℃/1hr,WQ;针状α。
浸蚀剂---氢氟酸:硝酸:水=2 : 1 : 17; 金相明场 250×; 金相偏光 250×; 电镜明场 5000×
TB2,800℃/30分AC+500℃/4hr AC; 非匀均弥散α析出的β晶粒
浸蚀剂---氢氟酸:硝酸:正丙酸 =1:12:18; 金相明场 500×; 电镜明场 14000×; 电镜α暗场14000×
TB2,800℃/30分AC+自动氩弧焊; 焊接头低倍,焊缝区粗大等轴亚稳B晶粒
焊缝低倍 8×, 焊缝区金相明场 500× 焊缝区金相暗场 500×;
TC4,1020℃/1hr,AC;针状α+原始β晶界
TC4钛合金,1020℃/1hr 经空冷,针状+原始晶界. 金相明场 250×;相衬 250×;电镜明场 5000×. 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:6:193
TC4,1020℃/1hr 炉冷;片状α+晶间β
TC4钛合金,1020℃/1hr 炉冷,针状+原始晶界. 金相明场 250×;相衬 250×;电镜明场 5000×. 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:6:193
1、钛合金的组织类型 1.1 等轴组织
TC11合金
TC21合金
Ti-17合金
Ti-1023合金
BT20 (叶片)
等轴组织复型照片
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● 表达式：
(α+β)组织，白色颗粒α等，交错分布的细条 领域β转（又称转变β基体）
或 (α等+β转) 或 (α等初+β转) β转基体中的细条魏氏α(α魏)，
细条之间黑色底为残余β(β残)。 所以， β转(α魏+β残) 因此，等轴组织＝(α等+ α魏+β残)
浸蚀剂---氢氟酸:硝酸:水=1:1:7;
金相明场 250×; 金相相衬 250×; 电镜明场 5000×;
TA7,1040℃/30分,炉冷;片状α+原始β晶界
浸蚀剂---氢氟酸:硝酸:水=1:1:7;
金相明场 250×; 金相相衬 250×; 电镜明场 4000×;
TA7,800℃/1hr,AC; 等轴α
金相明场500×;
电镜明场20000×
浸蚀液: 氢氟酸 : 硝酸 : 水 = 1 : 1 : 3
TB2,800℃/30分 AC+500℃/8hr AC; 有弥散α相析出的β晶粒
金相明场 500×, 浸蚀㲸:氢氟酸:硝酸: 水=1:3:5;
金相偏光 500×, 浸蚀㲸:氢氟酸:硝酸: 水=1:12:18;
TA2,1000℃/1hr,AC;锯齿α片及α片间保留的β相
浸蚀剂---氢氟酸:硝酸:水=2 : 1 : 17; 金相明场 250×; 金相偏光 250×; 电镜明场 5000×
TA2 ,700℃/1hr ,AC,等轴α相(某些晶粒内含孪晶)
浸蚀剂---氢氟酸:硝酸:水=2 : 1 : 17; 金相明场 250×; 金相偏光 250×; 电镜明场 5000×
浸蚀剂— 氢氟酸:硝酸:水=1:1:3
TB2,800℃/30分AC+自动氩弧焊; 热影响区粗大等轴亚稳β晶粒,
电镜明场 20000×---B晶界 及位错线;
电镜明场20000×---等轴亚 稳B晶粒
金相明场 250×;
TB2,800℃/30分AC+自动钨极氩弧焊+500℃/8hrAC; 有弥散α析出的β晶粒
浸蚀剂: 氢氟酸 : 硝酸 : 正丙酸 =1 : 12 : 18; 金相明场 250×; 金相明场 500×; 电镜明场 20000×
3Ti合金组织观察
近α -Ti合金:Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.3Si
工艺： 1050°C，1h，油淬 600°C，24h，时效.
组织：转变β相和 初始β晶界
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其他Ti合金组织
Ti-Al合金：Ti3Al基合金和 TiAl基合金
α2(Ti3Al)、O (Ti2AlNb),
图3-17 Ti-24Al-20Nb 工艺： α2+β 固 900°C/1h/WQ. 组织： α2 (dark) + O (gray) + B2 (bright) 相.
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Ti-24Al-11Nb, 工艺：1060°C/4h/WQ + 800°C/24h/AC. 组织： α2 + 转变B2 相
Ti-6Al-4V 1020℃/20min/FC 魏氏组织α 相+晶界初生β相
Ti-6Al-4V 960℃/60min/WC 等轴α 相+转变β相
TC4,1020℃/1hr 水淬;马氏体α’+原始β晶界
浸蚀剂---氢氟酸:硝酸:水=1:6:193; 金相明场 250×; 金相相衬 250×; 电镜明场 5000×;
TC11水冷
TC11水冷大变形
Ti-17
Ti-679
● 表达式：(α等+ α条+β转)组织
● 特征： α等≈10～20％， α条≈60～70％，且混乱交织 6
1.4 网篮组织
β锻后水冷 β锻水冷
β锻空冷，晶界破碎
β锻空冷
β锻空冷，断续的晶界
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β锻空冷，连续的晶界α β锻空冷，断续的晶界α
β锻空冷，锻态
TC4,1020℃热轧,加工率78%+750℃/1hr AC; 网竺状组织（α+β）
金相明场 500×; 金相相衬 500×; 电镜明场 10000×. 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:4:45
TC4,950℃/1hr 水淬;等轴α+马氏体α′基体
金相明场 500×;金相相衬 500×;电镜明场 5000× 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:4:45
金相明场 500×;金相相衬 500×;电镜明场12000× 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:4:45
TC4,750℃/1hrAC;等轴初生α+β
金相明场320×;金相相衬 320×;电镜明场20000× 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:4:45
2.4 TB2,典型组织介绍 TB2,800℃/30分,AC;等轴亚稳β晶粒
好
较快 慢 慢
差
最快
疲劳性能
低周 高周
较差
较好
高于 双态 高于 等轴
差
好 高于 等轴
好ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
差
差
52
51
3、不同组织的力学性能 组织决定性能
组织 类型
等轴 双态 三态 网篮 魏氏
室温拉伸
热稳定
强度 塑性 强度 塑性
好
最好
好
好
与等轴同一水平
高于 等轴
高于 等轴
较差
与等轴同一水平
差
好
差
最差
差
最差
高温性能
拉伸 持久 蠕变
一般
差
差
高于等轴
高于双态
高于双态 较差
断裂韧性
K1C 最差
Da/dN
快
较好
高于 双态
● 特征： ● α等轴≈40％以上，甚至70～80％
● 等轴α，可能是球形的，又可能是椭圆、橄榄形、 棒锤形、长条形。
4
1.2 双态组织
TC11
BT20
Ti-17
● 表达式：
(α+β)组织，可以与等轴组织完全一样的表示。 ● 特征：等轴α<40%，锻后空冷，因之，转变β基体 中的α平直成束。
5
1.3 三态组织
钛及钛合金组织特征
1 钛合金的组织类型
1.1 等轴组织 1.2 双态组织 1.3 三态组织 1.4 网篮组织 1.5 魏氏组织
2 不同类型钛合金的典型组织
2.1 纯钛：TA1或TA2 为代表 2.2 α钛合金：TA7钛合金 2.3 α+β钛合金TC4钛合金 2.4 近β钛合金：TB2亚稳型钛合金 2.5 β钛合金纯钛：
● 只要有β转，就有β残（残余β），但含量是不同 的，因此，不同类型组织的热稳定性也都不一 样的。
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2 不同类型钛合金的典型组织
2.1 纯钛：TA1或TA2 为代表
A:885℃ ℃
B:890℃
C:895℃
D:900℃ G:915℃
E :905℃ ℃
F :910℃
TA2不同温度下的组织
（加热速率：10 ℃/s 、保温时间：0min 、 冷 却速率：50 ℃/s）
浸蚀剂--氢氟酸:硝酸:水=1:1:3;
金相明场 250×; 金相偏光 250×; 电镜明场 5000×
2.2 TA7,典型组织介绍 TA7,1040℃/30分,水淬;针状α+原始β晶界
浸蚀剂--氢氟酸:盐酸:甘油=1:1:7
金相明场 250×; 金相相衬 250×; 电镜明场 5000×;
TA7,1040℃/30’ AC;针状α+原始β晶界
图3-4
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近β-Ti合金组织
Ti-10V-2Fe-3Al
工艺：820°C/8h/WQ组 织：等轴β相
工艺：820°C/8h/WQ +时效 600°C/8h/AC. 组织：β相基体上 细小的α相析出
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Ti-10V-2Fe-3Al 工艺：α+β固溶 700°C/8h/WQ + 时效 600°C/4h/AC. 组织：初生等轴αand 针状α （SEM ）