钛合金加工注意事项 ppt课件
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钛合金及其应用ppt课件.ppt
1.3 钛白粉的生产
■钛白粉：化学式TiO2，晶型有锐钛型（A-TiO2）和金红 石型（R-TiO2）两种工业产品。它是最好的白色颜料，还 是塑料、造纸业的重要原料。
■生产方法： ①硫酸法：既能生产金红石型钛白粉也能生产锐钛型钛白粉， 为传统工艺，废料（硫酸亚铁）处理问题尚未很好解决。 ②氯化法：只能生产金红石型钛白粉，目前世界上60% 以上 的钛白粉由此种发法生产，正在不断取代①。
目前使用最广泛的Ti-6Al-4V合金，是在20世纪40年代晚期 由美国开发出来的。现在，人们已经开发出了大量的钛合 金，从而开辟了轻合金在许多工业领域中得以广泛应用的 新局面。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
■化学性能： 钛的耐腐蚀性很好，虽然钛是一种非常活泼的金属，其
平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大，但是因为钛 和氧的亲和力大，在空气或含氧介质中，钛表面生成一层致 密、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不受腐蚀， 即使受到机械磨损，也会很快自愈或再生，这表明钛是具有 强烈钝化倾向的金属。 对海水的抗腐蚀性很强。
2 工业纯钛（纯度约为99.5%）
2.1 基本性质
■物理性质：纯钛是银白色金属，位于周期表ⅣB族。
表2-1 钛的基本物理性能数据
名称 相对原子量 原子半径 溶化温度/℃ α-TiβTi相变 比密度/g/cm3
热导率 /[W/(m●K)] 超导转变温度／K
数值
47.9 0.145 1668±5（属难熔金属） 相变潜热：3.47KJ/mol, 相变温度:882 ℃, 结构:α(hcp), β(bcc) 4.505(20 ℃) ,4.35(870 ℃) ,4.32(900 ℃),约为纲的57% 22.08,只有铁的1/4,是铜的1/7
■钛白粉：化学式TiO2，晶型有锐钛型（A-TiO2）和金红 石型（R-TiO2）两种工业产品。它是最好的白色颜料，还 是塑料、造纸业的重要原料。
■生产方法： ①硫酸法：既能生产金红石型钛白粉也能生产锐钛型钛白粉， 为传统工艺，废料（硫酸亚铁）处理问题尚未很好解决。 ②氯化法：只能生产金红石型钛白粉，目前世界上60% 以上 的钛白粉由此种发法生产，正在不断取代①。
目前使用最广泛的Ti-6Al-4V合金，是在20世纪40年代晚期 由美国开发出来的。现在，人们已经开发出了大量的钛合 金，从而开辟了轻合金在许多工业领域中得以广泛应用的 新局面。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
■化学性能： 钛的耐腐蚀性很好，虽然钛是一种非常活泼的金属，其
平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大，但是因为钛 和氧的亲和力大，在空气或含氧介质中，钛表面生成一层致 密、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不受腐蚀， 即使受到机械磨损，也会很快自愈或再生，这表明钛是具有 强烈钝化倾向的金属。 对海水的抗腐蚀性很强。
2 工业纯钛（纯度约为99.5%）
2.1 基本性质
■物理性质：纯钛是银白色金属，位于周期表ⅣB族。
表2-1 钛的基本物理性能数据
名称 相对原子量 原子半径 溶化温度/℃ α-TiβTi相变 比密度/g/cm3
热导率 /[W/(m●K)] 超导转变温度／K
数值
47.9 0.145 1668±5（属难熔金属） 相变潜热：3.47KJ/mol, 相变温度:882 ℃, 结构:α(hcp), β(bcc) 4.505(20 ℃) ,4.35(870 ℃) ,4.32(900 ℃),约为纲的57% 22.08,只有铁的1/4,是铜的1/7
钛合金介绍 PPT课件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
钛合▪金自高热温β处相稳理定基区冷础却下来， β相发生分解。
▪当转变温度T3时，转变终了得α+β相。 ▪当转变温度T2时，先是β→β+ω，此时ω为介 稳定相，再进一步转变为β+ω→ β+α+ω→β+α。
▪当转变温度为T1时，发生β→β+ω相变。 ▪三种情况下相应的硬度变化见图。ω相均匀细 小，析出明显强化合金，但一般同时引起严重 脆性。因此，ω相沉淀硬化是难以接受的。
钛合金的强韧化基础－α+β钛合金
2. α+β钛合金
➢Ti-6Al-4V是应用最广泛的α+β钛合金，其强度特性可通过控制α、 β二相的相对含量及金相形态而变化。退火态合金拉伸强度约 900MPa，而固溶时效态可以获得1200MPa。一般说来通过组织细 化和β相变控制，可以获得高强度。首先经α+β两相区热加工后控 制固溶处理，得到细而均匀分布的一次α相，再时效得到在前β相 区析出细的二次α相质点。细的等轴α结构还具有较高的塑性、疲 劳裂纹形成阻力和高温低周疲劳强度。
仍保持良好的塑性及韧性)
➢耐腐蚀性能(钝化层（TiO2）,纳米尺度，室温下长大极慢) ➢吸气性能（储气、干燥）
纯钛特点
纯钛：一种银白色的金属
特点：
是很活泼的元素。
有很好的钝化性能，钝化膜很稳定，在许多环境中表现出 很好的耐蚀性。有“耐海水腐蚀之王”之称。
高温下，钛的化学活性很高，能与卤素、氧、氮、碳、硫 等元素发生剧烈反应。
▪再增加冷速，可以不发生相变得到室温介稳的 β相，或者得到β→α马氏体相变，得到α马氏体 相（当β稳定剂小于临界浓度时）；在随后的 时效时，马氏体又可以分解析出细小β相。
钛合▪金自高热温β处相稳理定基区冷础却下来， β相发生分解。
▪当转变温度T3时，转变终了得α+β相。 ▪当转变温度T2时，先是β→β+ω，此时ω为介 稳定相，再进一步转变为β+ω→ β+α+ω→β+α。
▪当转变温度为T1时，发生β→β+ω相变。 ▪三种情况下相应的硬度变化见图。ω相均匀细 小，析出明显强化合金，但一般同时引起严重 脆性。因此，ω相沉淀硬化是难以接受的。
钛合金的强韧化基础－α+β钛合金
2. α+β钛合金
➢Ti-6Al-4V是应用最广泛的α+β钛合金，其强度特性可通过控制α、 β二相的相对含量及金相形态而变化。退火态合金拉伸强度约 900MPa，而固溶时效态可以获得1200MPa。一般说来通过组织细 化和β相变控制，可以获得高强度。首先经α+β两相区热加工后控 制固溶处理，得到细而均匀分布的一次α相，再时效得到在前β相 区析出细的二次α相质点。细的等轴α结构还具有较高的塑性、疲 劳裂纹形成阻力和高温低周疲劳强度。
仍保持良好的塑性及韧性)
➢耐腐蚀性能(钝化层（TiO2）,纳米尺度，室温下长大极慢) ➢吸气性能（储气、干燥）
纯钛特点
纯钛：一种银白色的金属
特点：
是很活泼的元素。
有很好的钝化性能，钝化膜很稳定，在许多环境中表现出 很好的耐蚀性。有“耐海水腐蚀之王”之称。
高温下，钛的化学活性很高，能与卤素、氧、氮、碳、硫 等元素发生剧烈反应。
▪再增加冷速，可以不发生相变得到室温介稳的 β相，或者得到β→α马氏体相变，得到α马氏体 相（当β稳定剂小于临界浓度时）；在随后的 时效时，马氏体又可以分解析出细小β相。
钛合金材料的制备与加工
第6章 高强度钛合金
6.1 概述 6.2 钛合金的特性
美F-22战机约36%重量 的零件用钛合金制造
6.3 钛合金的种类
6.4 钛合金的制备工艺
6.5 钛合金的热处理
6.6 钛合金的应用
6.7 展望 1
6.1 概述
6.1 概述
一般来讲，纯金属受其本身所固有的物理性能 和力学性能的限制，很少能够直接作为实用结构材 料来使用。
7.87 1.538 / ；912 0.460 272
71 11.7 10.7 210
受重金属添加的限制 随合金元素有很大变化
型 Ti 合金 83-9.9 型 Ti 合金 110-120
4
6.1 概述
6.1.2 钛的使用性能
❖ 比强度高 ❖ 弹性模量低 ❖ 抗拉强度与其屈服强度接近 ❖ 无磁性、无毒 ❖ 抗阻尼性能强 ❖ 耐热性能好 ❖ 耐低温性能好 ❖ 吸气性能 ❖ 耐腐蚀性能
类 型
合金（组成）
状态
型
6-4(6Al-4V)
6-4ELI 6-2-4-6(6Al-2Sn-4Zr6Mo) 6-6-2(6Al-6V-2Sn)
7-4(7Al-4Mo)
IMI679(11Sn-5Zr-2.5A l-1Mo-0.25Si)
比热(J/kg·K) 融化潜热(J/g) 热导率(W/m·K) 热膨胀系数(10-6/K) 电阻率(Ω·m) 弹性模量(GPa)
钛
4.54 1.668 / ；882 0.544 435
17 8.41 42 / ；100/110
铝
铁
钛合金
2.70 660 无 0.879 397 247 23.6 2.66 72
❖ 具有超导性，临界温度0.38-0.40K. ❖ 顺磁性物质，导磁率1.00004 ❖ 杂质，特别是间隙杂质（O、N、C）可大大提高
6.1 概述 6.2 钛合金的特性
美F-22战机约36%重量 的零件用钛合金制造
6.3 钛合金的种类
6.4 钛合金的制备工艺
6.5 钛合金的热处理
6.6 钛合金的应用
6.7 展望 1
6.1 概述
6.1 概述
一般来讲，纯金属受其本身所固有的物理性能 和力学性能的限制，很少能够直接作为实用结构材 料来使用。
7.87 1.538 / ；912 0.460 272
71 11.7 10.7 210
受重金属添加的限制 随合金元素有很大变化
型 Ti 合金 83-9.9 型 Ti 合金 110-120
4
6.1 概述
6.1.2 钛的使用性能
❖ 比强度高 ❖ 弹性模量低 ❖ 抗拉强度与其屈服强度接近 ❖ 无磁性、无毒 ❖ 抗阻尼性能强 ❖ 耐热性能好 ❖ 耐低温性能好 ❖ 吸气性能 ❖ 耐腐蚀性能
类 型
合金（组成）
状态
型
6-4(6Al-4V)
6-4ELI 6-2-4-6(6Al-2Sn-4Zr6Mo) 6-6-2(6Al-6V-2Sn)
7-4(7Al-4Mo)
IMI679(11Sn-5Zr-2.5A l-1Mo-0.25Si)
比热(J/kg·K) 融化潜热(J/g) 热导率(W/m·K) 热膨胀系数(10-6/K) 电阻率(Ω·m) 弹性模量(GPa)
钛
4.54 1.668 / ；882 0.544 435
17 8.41 42 / ；100/110
铝
铁
钛合金
2.70 660 无 0.879 397 247 23.6 2.66 72
❖ 具有超导性，临界温度0.38-0.40K. ❖ 顺磁性物质，导磁率1.00004 ❖ 杂质，特别是间隙杂质（O、N、C）可大大提高
钛合金加工注意事项
钛合金加工注意事项一、材料选择钛合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性，但在加工过程中容易发生变形、断裂等问题。
因此，在选择钛合金材料时，需要考虑其强度、塑性和耐腐蚀性等特性，以满足加工要求。
二、加工方法1. 切削加工：钛合金的切削加工难度较大，容易产生高温、切削力大等问题。
因此，在进行切削加工时，应选择合适的切削工具，适当降低切削速度和进给速度，以减少切削热量的积累，避免刀具磨损过快。
2. 锻造加工：钛合金的锻造加工是常用的一种方法，可以提高其力学性能和塑性。
在进行锻造加工时，应控制加热温度和保持时间，确保钛合金的完整性和均匀性。
3. 焊接加工：钛合金的焊接加工需要注意防止氧化和污染，可以采用惰性气体保护焊或真空焊接等方法，以保证焊缝质量。
三、工艺参数1. 温度控制：钛合金的加工温度对于材料的力学性能和耐腐蚀性有着重要影响。
因此，在加工过程中应控制好加热和冷却速度，避免过高或过低的温度对材料造成负面影响。
2. 加工速度：钛合金的加工速度应根据具体工艺要求进行调整，过高的加工速度可能导致材料变形或破裂，过低的加工速度则会降低生产效率。
3. 切削参数：在切削加工中，切削速度、进给速度和切削深度等参数的选择需要根据具体材料和切削工具来确定，以保证加工质量和工具寿命。
四、安全措施钛合金加工过程中产生的副产物（如钛屑等）具有易燃易爆的特性，因此需要采取一系列安全措施，以避免安全事故的发生。
包括：1. 加工场所应具备良好的通风设施，排除烟尘和有害气体。
2. 操作人员应佩戴防护设备，如防护眼镜、防护手套和防护服等。
3. 加工设备和工具应定期检查和维护，确保其正常运行。
4. 废弃物和废液应妥善处理，避免对环境造成污染。
钛合金加工过程中需要注意材料选择、加工方法、工艺参数和安全措施等方面的问题。
只有在合理选择材料、科学控制加工过程，并采取必要的安全措施，才能确保钛合金加工的质量和安全性。
钛合金介绍PPT课件
魏氏组织α片结构的断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展性都很好， 而等轴α 相结构的低周疲劳性能和拉伸强度较高。
30
2019/10/24 31
32
魏氏组织α 片结构的断裂韧性与屈服强度的关系
33
α 稳定元素和间隙元素的固溶强化
间隙元素的硬化能力比α 稳定元素大，源于形成强的 局部定向电子结合键。
34
β稳定元素的钛固溶强化作用
α +β 型钛合金的退火组织为α +β ，以TC加顺序号表示其合金
的牌号。 合金同时含有β 相稳定元素和α 相稳定元素。组织以α 相为主，β 相的数量通常不超过30%。 合金可通过淬火及时效进行强化，多在退火状态下使用。α+β 型钛合金的室温强度和塑性高于α 型钛合金，生产工艺比较简单， 通过改变成分和选择热处理制度又能在很宽的范围内改变合金的 性能，应用比较广泛，尤以TC4用途最广，用量最多。
（1）产生β相共析分解的元素，如铬、钴、锰、钨、铁、镍、
铜、银、金、钯、铂等。随温度降低， β相会发生共析分解， 析出α相及金属间化合物相。铜、硅等合金化时，共析转变快， 析出TiCu2，Ti5Si3。而铁、锰、铬、钴、镍等合金化时则速率 较慢，即使连续缓慢冷却，也可能转变不完全，保留一些残余 的β相。当快速冷却时，共析反应可以被完全抑制，过冷β相可 保留到室温，而不产生相变。
25
气体杂质元素的作用
氢：稳定β相元素。
在335℃下，氢在α -Ti的溶解度为0.18%，并随温度降低而迅速 下降。故α相钛合金很容易发生氢脆，脆化原因是生成TiH2氢化物， 一般纯α-Ti的冲击韧性αK≈180J/cm2，当w(H)=0.015%时， αK 降至30J/cm2。因此，具有α 及α ＋β 组织的钛合金要求含氢量低， 一般采用真空冶炼，使含氢量较低。
30
2019/10/24 31
32
魏氏组织α 片结构的断裂韧性与屈服强度的关系
33
α 稳定元素和间隙元素的固溶强化
间隙元素的硬化能力比α 稳定元素大，源于形成强的 局部定向电子结合键。
34
β稳定元素的钛固溶强化作用
α +β 型钛合金的退火组织为α +β ，以TC加顺序号表示其合金
的牌号。 合金同时含有β 相稳定元素和α 相稳定元素。组织以α 相为主，β 相的数量通常不超过30%。 合金可通过淬火及时效进行强化，多在退火状态下使用。α+β 型钛合金的室温强度和塑性高于α 型钛合金，生产工艺比较简单， 通过改变成分和选择热处理制度又能在很宽的范围内改变合金的 性能，应用比较广泛，尤以TC4用途最广，用量最多。
（1）产生β相共析分解的元素，如铬、钴、锰、钨、铁、镍、
铜、银、金、钯、铂等。随温度降低， β相会发生共析分解， 析出α相及金属间化合物相。铜、硅等合金化时，共析转变快， 析出TiCu2，Ti5Si3。而铁、锰、铬、钴、镍等合金化时则速率 较慢，即使连续缓慢冷却，也可能转变不完全，保留一些残余 的β相。当快速冷却时，共析反应可以被完全抑制，过冷β相可 保留到室温，而不产生相变。
25
气体杂质元素的作用
氢：稳定β相元素。
在335℃下，氢在α -Ti的溶解度为0.18%，并随温度降低而迅速 下降。故α相钛合金很容易发生氢脆，脆化原因是生成TiH2氢化物， 一般纯α-Ti的冲击韧性αK≈180J/cm2，当w(H)=0.015%时， αK 降至30J/cm2。因此，具有α 及α ＋β 组织的钛合金要求含氢量低， 一般采用真空冶炼，使含氢量较低。
钛合金切削加工时注意事项
钛合金切削加工时注意事项
1、尽可能使用硬质合金刀具。
2、采用较小的前角和较大的后角以增大切屑与前刀面的接触长度，减小工件于后刀面的摩擦，刀尖采用圆弧过度刃以提高强度，避免尖角烧损。
3、要保持刀刃锋利，以保证排屑流畅，避免粘屑崩刃。
4、切削速度宜低，以免切削温度过高;进给量适中，过大易烧刀，过小则因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快；切削深度可较大，使刀尖在硬化层以下工作，有利于提高刀具耐用度
5、加工时须加冷却液充分冷却
6、切削钛合金时吃刀抗力较大，故工艺系统需保证有足够的刚度。
由于钛合金易变形，所以切削夹紧力不能大，特别是在某些精加工工序时，必须时可使用一定的辅助支承。
一般情况下切削加工钛合金时，没有发火危险，只有在微量切削时，切下的细小切屑才有发火燃烧现象。
为了避免火灾，除大量浇注切削液之外，还应防止切屑在机床上堆积，刀具用钝后立即进行更换，或降低切削速度，加大进给量以加大切屑厚度。
若一旦着火，应采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等灭火器材进行扑灭，严禁使用四氯化碳、二氧化碳灭火器，也不能浇水，因为水能加速燃烧，甚至导致氢爆炸。
钛合金的先进制造技术ppt课件
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
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钛及钛合金锻造生产工艺介绍及生产注意事项(干货值得收藏!)
钛及钛合金锻造生产工艺介绍及生产注意事项摘要：从铸锭的准备、铸锭加热、锻造工艺、热处理工艺、机加工、打磨、锭号管理、超声探伤、锯切、取样等方面详细介绍了钛及钛合金锻造生产工艺及生产过程中的注意事项。
一、铸锭的准备1、生产工艺员在接到生产作业计划后, 要仔细对计划部分内容进行审核, 如有问题, 及时和计划员沟通, 确定无误后, 方可编制生产工艺。
并通知相关人员到库房领料。
2、领料人员应根据GB/3620.1 钛及钛合金牌号和化学成分及化学成分允许偏差GB/3620.2 及企标的有关规定，核对铸锭合格证，并核对合金牌号、锭号、规格和重量是否与实物相符，确认无误后，再进行转料。
3、铸锭转入锻造厂房应摆放整齐，将标识摆放于易看到的方位或用金属（记号笔）在铸锭的两端或表面将锭号明显标出。
4、生产工艺员在投料前应仔细研究产品所执行的技术标准，保证其化学成份能满足该产品的技术要求。
否则，不能投料。
5、铸锭转入锻造车间后炉工在装炉前必须对铸锭进行涂层，涂层时将铸锭用垫木或导辊垫起，并将铸锭表面的杂脏物、油污用清洗剂擦洗干净后再涂防氧化涂层。
6、涂层时将写锭号的地方不要涂, 以便装炉前确认锭号是否正确。
7、涂层的厚度应控制在0.2～0.4㎜。
涂层后必须干透即24小时后方可装炉。
表 1 主要产品的简明工艺流程二、铸锭加热加热设备：天燃气炉、电阻炉1、加热前准备。
1.1 炉工装炉前应认真核对来料的牌号、锭号、规格、支数是否与工艺卡片相符，确认无误后，方可装炉。
1.2 加热设备与测温仪表应运转正常，否则不得使用，对测温仪表应每半年校对一次，并经常检查。
对于科研用料或重要产品，在生产前应校核炉温。
炉子在大修或长期停用后开始使用时，应校核炉温，炉子的均温区在正常情况下一个季度校核一次，并做好记录。
1.3 装炉前炉内应清洁，不得有钢铁等非金属物及这些金属的氧化皮以及其它影响加热质量的物质存在。
锭坯表面应清洁，不得有油污和其它脏物。
钛合金锻造技术演示文稿
杜邦公司首先开始商业化生产金 属钛
2008-09-09
钛元素与钛资源概述
钛元素在周期表中的位置
22号 IV B 族
2008-09-09
钛元素与钛资源概述
钛元素在自然界中的赋存状态
地壳质量的4‰，总储量34亿吨 化学性质活泼，无钛的单质，主要是氧化物
金红石
钛铁矿
2008-09-09
钛资源的分布
钛元素与钛资源概述
Al：应用最广泛，强效。降低熔点，提高β转变温度。
原子置换方式增加网格畸变，室温和高温均强化。 相当于钢中碳的作用，提高热稳定性和焊接性。
Ga Ge：稀贵元素，应用少，作用正在研究中。
O N C: 间隙元素，强度提高，塑性下降。脆性威胁，
严格控制含量。
2008-09-09
钛的主要合金元素
钛的合金化原理
钛合金锻造技术演示文稿
《专 题》
一、 钛与钛合金热加工技术基础 二、 航空航天常用钛合金及其锻造技术 三、 钛合金锻件的常见缺陷与对策
2008-09-09
专题一的主要内容
1. 钛元素及钛资源概述 2. 钛合金的生产流程 3. 钛的基本特性 4. 钛的合金化原理 5. 钛合金的典型组织及分类 6. 钛合金锻造技术基础 7. 钛合金常用术语
优异的耐蚀性能 使用温度范围大
Mg Al
50 200
Superalloys
CMC
低阻尼特性
Refractory Metals and Intermetallics
700
1200
1700
Temperature (ºC)
2008-09-09
钛合金相图
钛的合金化原理
中性型 Zr Hf Sn
2008-09-09
钛元素与钛资源概述
钛元素在周期表中的位置
22号 IV B 族
2008-09-09
钛元素与钛资源概述
钛元素在自然界中的赋存状态
地壳质量的4‰，总储量34亿吨 化学性质活泼，无钛的单质，主要是氧化物
金红石
钛铁矿
2008-09-09
钛资源的分布
钛元素与钛资源概述
Al：应用最广泛，强效。降低熔点，提高β转变温度。
原子置换方式增加网格畸变，室温和高温均强化。 相当于钢中碳的作用，提高热稳定性和焊接性。
Ga Ge：稀贵元素，应用少，作用正在研究中。
O N C: 间隙元素，强度提高，塑性下降。脆性威胁，
严格控制含量。
2008-09-09
钛的主要合金元素
钛的合金化原理
钛合金锻造技术演示文稿
《专 题》
一、 钛与钛合金热加工技术基础 二、 航空航天常用钛合金及其锻造技术 三、 钛合金锻件的常见缺陷与对策
2008-09-09
专题一的主要内容
1. 钛元素及钛资源概述 2. 钛合金的生产流程 3. 钛的基本特性 4. 钛的合金化原理 5. 钛合金的典型组织及分类 6. 钛合金锻造技术基础 7. 钛合金常用术语
优异的耐蚀性能 使用温度范围大
Mg Al
50 200
Superalloys
CMC
低阻尼特性
Refractory Metals and Intermetallics
700
1200
1700
Temperature (ºC)
2008-09-09
钛合金相图
钛的合金化原理
中性型 Zr Hf Sn
钛及钛合金材料与热处理 教学PPT课件
系数（与玻璃的相近）均较低。 纯钛的强度低、塑形好，易于冷加工变形，其退火状态的力学性能与纯铁相近。 钛的性能受杂质的影响很大，少量的杂质就会使钛的强度激增，塑性显著下降。
4
金属材料热处理
1.1纯钛化学性能
•室温下钛比较稳定，高温下很活泼，熔化态能与绝大多数坩埚或造型材料发生作用。 • 高温下与卤素、氧、硫、碳、氮等进行强烈反应。 • 钛在真空或惰性气氛下熔炼，如真空自耗电弧炉、电子束炉、等离子熔炉等设备熔炼。 • 钛在氮气中加热即能发生燃烧，钛尘在空气中有爆炸危险，所以钛材加热和焊接宜用 氩气作保护气体。 • 钛在室温可吸收氢气，在500℃以上吸气能力尤为强烈，故可作为高真空电子仪器的 脱气剂；利用钛吸氢和放氢的特性，可以作储氢材料。
钛 合 金 列 管 式 换 热 器
18
金属材料热处理
1.4钛合金的热处理
钛合金热处理类型：退火、淬火及时效。 1、退火 目的：1.消除内应力。
2.提高塑性，保证一定的力学性能。 3.稳定组织。 退火用于各种钛合金，是纯钛和α型钛合金的唯一热处理方式。 第一次退火温度高于或接近再结晶终了温度，使再结晶充分进行又不至于晶粒长 大，二次退火加热温度稍低，但保温时间较长，使β相充分地分解聚集，从而保证使 用状态组织及性能稳定。
5
金属材料热处理
1.1纯钛耐蚀性能
•钛的标准电极电位很低(E=－1.63V)，但钛的致钝电位亦低，故钛容易钝化。 • 常温下钛表面极易形成由氧化物和氮化物组成的钝化膜，它在大气及许多浸蚀性介质中非常稳定， 具有很好的抗蚀性。
• 在大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和大多数有机酸中，其抗蚀性相当于或超 过不锈钢，在海水中耐蚀性极强，可与白金相比，是海洋开发工程理想的材料。 •钛与生物体有很好相容性，而且无毒，适做生物工程材料。 • 钛在还原性酸(浓硫酸、盐酸、正磷酸)、氢氟酸、氯气、热强碱、某些热浓有机酸及氧化铝溶液中 不稳定，会发生强烈腐蚀。 • 钛在550℃以下能与氧形成致密的氧化膜，具有良好的保护作用。在538℃以下，钛的氧化符合抛 物线规律。但在800℃以上，氧化膜会分解，氧原子以氧化膜为转换层进入金属晶格，此时氧化膜已 失去保护作用，使钛很快氧化。
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金属材料热处理
1.1纯钛化学性能
•室温下钛比较稳定，高温下很活泼，熔化态能与绝大多数坩埚或造型材料发生作用。 • 高温下与卤素、氧、硫、碳、氮等进行强烈反应。 • 钛在真空或惰性气氛下熔炼，如真空自耗电弧炉、电子束炉、等离子熔炉等设备熔炼。 • 钛在氮气中加热即能发生燃烧，钛尘在空气中有爆炸危险，所以钛材加热和焊接宜用 氩气作保护气体。 • 钛在室温可吸收氢气，在500℃以上吸气能力尤为强烈，故可作为高真空电子仪器的 脱气剂；利用钛吸氢和放氢的特性，可以作储氢材料。
钛 合 金 列 管 式 换 热 器
18
金属材料热处理
1.4钛合金的热处理
钛合金热处理类型：退火、淬火及时效。 1、退火 目的：1.消除内应力。
2.提高塑性，保证一定的力学性能。 3.稳定组织。 退火用于各种钛合金，是纯钛和α型钛合金的唯一热处理方式。 第一次退火温度高于或接近再结晶终了温度，使再结晶充分进行又不至于晶粒长 大，二次退火加热温度稍低，但保温时间较长，使β相充分地分解聚集，从而保证使 用状态组织及性能稳定。
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金属材料热处理
1.1纯钛耐蚀性能
•钛的标准电极电位很低(E=－1.63V)，但钛的致钝电位亦低，故钛容易钝化。 • 常温下钛表面极易形成由氧化物和氮化物组成的钝化膜，它在大气及许多浸蚀性介质中非常稳定， 具有很好的抗蚀性。
• 在大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和大多数有机酸中，其抗蚀性相当于或超 过不锈钢，在海水中耐蚀性极强，可与白金相比，是海洋开发工程理想的材料。 •钛与生物体有很好相容性，而且无毒，适做生物工程材料。 • 钛在还原性酸(浓硫酸、盐酸、正磷酸)、氢氟酸、氯气、热强碱、某些热浓有机酸及氧化铝溶液中 不稳定，会发生强烈腐蚀。 • 钛在550℃以下能与氧形成致密的氧化膜，具有良好的保护作用。在538℃以下，钛的氧化符合抛 物线规律。但在800℃以上，氧化膜会分解，氧原子以氧化膜为转换层进入金属晶格，此时氧化膜已 失去保护作用，使钛很快氧化。
精品课件-钛合金
钛合金－相变及热处理
β相在冷却时的转变： 根据合金成分和冷却条件，加热到β相区的钛合金可能发生下列转变：
β→α+β
：
β→α+TixMy ：
β→α΄或α΄΄ ： α΄ ：密排六方晶格，为六方马氏体
α΄΄：斜方晶格，为斜方马氏体
β→ω
： ω：亚稳定六方晶格
β相在慢冷时的转变
β相在快冷时的转变
钛合金－相变及热处理
TA4 Ti-3Al TA7 Ti-5Al-2.5Sn TA8 Ti-5Al-2.5Sn-3Cu-1.5Zr TC1 Ti-2Al-1.5Mn TC3 Ti-4Al-4V TC4 Ti-6Al-4V TC6 Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si TB2 Ti-5Mo-5V-3Cr-3Al
钛合金－相变及热处理
⑶马氏体形态和性能：
根据合金元素含量，马氏体形态分为两种基本类型，即板条马氏体 和针状马氏体。纯钛和低浓度合金属于前者；浓度较高的合金属于后 者。
纯钛淬火组织形态：锯齿形丛区或锯齿形晶界，每一丛区内包含 大量相互平行、位向一致的板条状α΄，板条内部为高密度位错。
随着合金浓度增加，板条马氏体转变为针状马氏体，各个针状α΄ 取向不同，内部含有大量孪晶。
在β-Ti中溶解度比在α-Ti中大，降低(α+β) /β相 变温度，其稳定β相的能力比β同晶元素要大。
这类元素与钛易形成化合物，如Ti-Mn系中 形成TiMn(θ)等化合物，含有这类元素的合金从β 相区冷到共析温度时，β相发生共析分解，这类 元素称为β共析元素。
铬、钨能与β-Ti完全互溶，但素。Ti-Cr系共析转变产 物为α+TiCr2。Ti-W系为α+β2(β2为富钨固溶体)，不存在金属化合物。
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• (1)切削速度Vc：切削速度对刀具耐用度影响最大，最好能使刀具在相对磨损最小的最 佳切削速度下工作。切削不同牌号的钛合金，由于强度差别较大，切削速度应适当调整。 切削深度对切削速度也有一定影响，应根ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ不同的切削深度来确定切削速度的大小。
• (2)进给量f：进给量对刀具的耐用度影响较小，在保证加工表面粗糙度的条件下，可选 较大的进给量，一般取f=0.1～0.3 mm/r。进给量太小，使刀具在硬化层内切削，增加刀具 磨损，同时极薄的切屑在高的切削温度下容易自燃，因此不允许f<0.05 mm/r。
钛合金加工注意事项
目录
1.钛合金切削特点 2.钛合金加工的刀具选择 3.钛合金加工的切削用量的选择 4.钛合金切削液的选择 5.钛合金加工注意事项 6.加工过程中清洗措施及要求 7.安全
钛合金切削特点
钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现 象，也难于切削。但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金 本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切削特 点：
2.涂层刀片和YT类硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结磨 损，不宜用来切削钛合金；对于复杂、多刃刀具，可选用高钒高速钢(如 W12Cr4V4Mo)、高钴高速钢(如W2Mo9Cr4VCo8)或铝高速钢(如W6Mo5Cr4V2Al、 M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、 丝锥等刀具。
• (4)冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中 的氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬 现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个很 重要特点。
• (5)刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均 匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。另外， 由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条 件下，刀具很容易产生粘结磨损。车削钛合金时，有时前刃面的磨损甚至比后刃面 更为严重；进给量f<0.1 mm/r时，磨损主要发生在后刃面上；当f>0.2 mm/r时，前刃 面将出现磨损；用硬质合金刀具精车和半精车时，后刃面的磨损以VBmax<0.4 mm 较合适。
钛合金加工的刀具选择
1.切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗 弯强度高、导热性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料，YG类硬质合金比较合适。 由于高速钢的耐热性差，因此应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬质合金刀
具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。
钛合金加工的切削用量的选择
切削钛合金时，切削温度高、刀具耐用度低，切削用量中切削速度对切削温度的影响 最大，因此应力求使所选择的切削速度下产生的切削温度接近最佳范围。高速钢刀具切 削钛合金时的最佳切削温度约为480℃～540℃，硬质合金刀具约为650℃～750℃。切削 钛合金一般采用较低的切削速度、较大的切削深度和进给量。
钛合金加工注意事项
(6)铣削钛合金时，宜采用不对称顺铣法，这样刀齿前面远离刀尖部分首先接触工件， 刀齿切离时的切屑很薄，不易粘结在切削刃上。而逆铣时正相反，容易粘屑，当刀齿再 次切入时切屑被碰断，造成刀具材料剥落崩刃。由于钛合金的弹性模量小，顺铣易造成 让刀现象，要求机床和刀具有较大的刚性。
(1)变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切 屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。
(2)切削温度高：由于钛合金的导热系数很小(只相当于45号钢的1/5～1/7)，切屑 与前刃面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近 的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可比切削45#钢时高 出一倍以上。
• (3)切削液中的氯化物使用时还可能分解或挥发有毒气体，使用时宜采取安全防护措施， 否则不应使用；切削后应及时用不含氯的清洗剂彻底清洗零件，清除含氯残留物。
• (4)禁止使用铅或锌基合金制作的工、夹具与钛合金接触，铜、锡、镉及其合金也同样 禁止使用。
• (5)与钛合金接触的所有工、夹具或其他装置都必须洁净；经清洗过的钛合金零件，要 防止油脂或指印污染，否则以后可能造成盐(氯化钠)的应力腐蚀。
• 注意：钛合金加工最好不使用含氯的冷却液，避免产生有毒物质和引起氢脆，也能防 止钛合金高温应力腐蚀开裂。
钛合金加工注意事项
• (1)由于钛合金的弹性模量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的 加工精度；工件安装时夹紧力不宜过大，必要时可增加辅助支承。
• (2)如果使用含氯的切削液，切削过程中在高温下将分解释放出氢气，被钛吸收引起氢 脆；也可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。
• (3)切削深度αp：切削深度对刀具耐用度的影响最小，一般选用较大的切削深度，这 样不仅可以避免刀尖在硬化层内切削，减小刀具磨损，还可增加刀刃工作长度，有利于散 热，一般取αp=1～5 mm。
钛合金切削液的选择
• 切削钛合金时，为了降低切削温度，应当向切削区域浇注大量的以冷却作用为主的切 削液。对切削液的要求有导热系数大、比热大、热容量大、汽化热大、汽化速度快、流 量大、流速快。一般说来，水比油的导热系数大3～5倍，比热大1倍，汽化热几乎大10倍 左右，故用水溶性切削液较为合适。车、铣削钛合金时，常采用乳化液，或采用有极压 添加剂的水溶性切削液。，更不容易达到燃点温度。加工速度只要足够低，任何尺寸大 小的切屑。
目前我们加工的零件的材料为6Al-4V， 材料硬度为HB320-360
钛合金切削特点
• (3)单位面积上的切削力大：主切削力比切削钢件时约小20％，由于切屑与前刃面 的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于 钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大 刀具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。
• (2)进给量f：进给量对刀具的耐用度影响较小，在保证加工表面粗糙度的条件下，可选 较大的进给量，一般取f=0.1～0.3 mm/r。进给量太小，使刀具在硬化层内切削，增加刀具 磨损，同时极薄的切屑在高的切削温度下容易自燃，因此不允许f<0.05 mm/r。
钛合金加工注意事项
目录
1.钛合金切削特点 2.钛合金加工的刀具选择 3.钛合金加工的切削用量的选择 4.钛合金切削液的选择 5.钛合金加工注意事项 6.加工过程中清洗措施及要求 7.安全
钛合金切削特点
钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现 象，也难于切削。但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金 本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切削特 点：
2.涂层刀片和YT类硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结磨 损，不宜用来切削钛合金；对于复杂、多刃刀具，可选用高钒高速钢(如 W12Cr4V4Mo)、高钴高速钢(如W2Mo9Cr4VCo8)或铝高速钢(如W6Mo5Cr4V2Al、 M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、 丝锥等刀具。
• (4)冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中 的氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬 现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个很 重要特点。
• (5)刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均 匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。另外， 由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条 件下，刀具很容易产生粘结磨损。车削钛合金时，有时前刃面的磨损甚至比后刃面 更为严重；进给量f<0.1 mm/r时，磨损主要发生在后刃面上；当f>0.2 mm/r时，前刃 面将出现磨损；用硬质合金刀具精车和半精车时，后刃面的磨损以VBmax<0.4 mm 较合适。
钛合金加工的刀具选择
1.切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗 弯强度高、导热性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料，YG类硬质合金比较合适。 由于高速钢的耐热性差，因此应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬质合金刀
具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。
钛合金加工的切削用量的选择
切削钛合金时，切削温度高、刀具耐用度低，切削用量中切削速度对切削温度的影响 最大，因此应力求使所选择的切削速度下产生的切削温度接近最佳范围。高速钢刀具切 削钛合金时的最佳切削温度约为480℃～540℃，硬质合金刀具约为650℃～750℃。切削 钛合金一般采用较低的切削速度、较大的切削深度和进给量。
钛合金加工注意事项
(6)铣削钛合金时，宜采用不对称顺铣法，这样刀齿前面远离刀尖部分首先接触工件， 刀齿切离时的切屑很薄，不易粘结在切削刃上。而逆铣时正相反，容易粘屑，当刀齿再 次切入时切屑被碰断，造成刀具材料剥落崩刃。由于钛合金的弹性模量小，顺铣易造成 让刀现象，要求机床和刀具有较大的刚性。
(1)变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切 屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。
(2)切削温度高：由于钛合金的导热系数很小(只相当于45号钢的1/5～1/7)，切屑 与前刃面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近 的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可比切削45#钢时高 出一倍以上。
• (3)切削液中的氯化物使用时还可能分解或挥发有毒气体，使用时宜采取安全防护措施， 否则不应使用；切削后应及时用不含氯的清洗剂彻底清洗零件，清除含氯残留物。
• (4)禁止使用铅或锌基合金制作的工、夹具与钛合金接触，铜、锡、镉及其合金也同样 禁止使用。
• (5)与钛合金接触的所有工、夹具或其他装置都必须洁净；经清洗过的钛合金零件，要 防止油脂或指印污染，否则以后可能造成盐(氯化钠)的应力腐蚀。
• 注意：钛合金加工最好不使用含氯的冷却液，避免产生有毒物质和引起氢脆，也能防 止钛合金高温应力腐蚀开裂。
钛合金加工注意事项
• (1)由于钛合金的弹性模量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的 加工精度；工件安装时夹紧力不宜过大，必要时可增加辅助支承。
• (2)如果使用含氯的切削液，切削过程中在高温下将分解释放出氢气，被钛吸收引起氢 脆；也可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。
• (3)切削深度αp：切削深度对刀具耐用度的影响最小，一般选用较大的切削深度，这 样不仅可以避免刀尖在硬化层内切削，减小刀具磨损，还可增加刀刃工作长度，有利于散 热，一般取αp=1～5 mm。
钛合金切削液的选择
• 切削钛合金时，为了降低切削温度，应当向切削区域浇注大量的以冷却作用为主的切 削液。对切削液的要求有导热系数大、比热大、热容量大、汽化热大、汽化速度快、流 量大、流速快。一般说来，水比油的导热系数大3～5倍，比热大1倍，汽化热几乎大10倍 左右，故用水溶性切削液较为合适。车、铣削钛合金时，常采用乳化液，或采用有极压 添加剂的水溶性切削液。，更不容易达到燃点温度。加工速度只要足够低，任何尺寸大 小的切屑。
目前我们加工的零件的材料为6Al-4V， 材料硬度为HB320-360
钛合金切削特点
• (3)单位面积上的切削力大：主切削力比切削钢件时约小20％，由于切屑与前刃面 的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于 钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大 刀具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。