工程材料--钛及钛合金详解
第一讲：钛及钛合金金应用领域
钛及钛合金金基本知识一.钛的应用我们现在在这工作的每一个人对钛都有一个初步的认识，都知道钛是一种比重轻，耐腐蚀，耐热性好等许多优良性能，被誉为“未来金属”“二十一世纪金属”是具有发展前途的新型结构材料。
它有类是铝材的金属色泽，大家也解了一些钛材的有关知识。
咱们先从海绵钛谈起，我国的钛矿储量是世界已探明储量的64%左右，从矿石工业类型上看，我国钛资源主要是原生钒钛磁铁矿岩矿，其次是外生钛铁矿沙矿，第三是金红石岩矿，第四是金红石沙矿，我国钛精矿产能只要分布在四川攀枝花，海南，广西，攀枝花是我国最大的钛精矿供应基地，占中国市场的90%以上。
钛资源主要用来生产钛白，金属钛（海绵钛），含钛钢以及钛焊丝和涂料。
海绵钛主要是通过镁还原和钠还原（蒸馏法）二种方法，其它方法还没有工业化生产。
2008年底，中国海绵钛产量达到6万吨，居世界第一。
钛加工材2.7万吨左右，宝钛2008年钛加工材1.1万吨。
钛锭生产约5万吨。
宝钛只占1/5多。
在中国化工用钛是第一大户，占全国用钛量的44%左右，航空航天占17%左右，体育休闲领域的用钛量为16%，排行第三。
（据2007年统计）。
在美国欧洲，钛材主要用于航空航天领域，约占60%，在日本，钛材主要用于化工.电力等领域，约占50%。
而在中国，主要应用于化工.体有休闲等领域，约占70%。
国外主要钛材生产企业有美国钛金属，Timet,RTI国际金属公司，Allegheny，日本的神户制铁.住友钛和新日铁。
俄罗斯的VSMPO-AVISMA。
钛棒是怎样加工出来的，以前我们没有接触钛的时候，对钛都有一种神秘的感觉。
的确，钛是一种新兴的金属，在20世纪如果说到钛，我们无论老少很多人会感到很陌生，不要说全国，就是咱们宝鸡号称是中国钛城，知道钛的人也不是很多。
所以把钛称作稀有金属，曾经成立的中国稀有稀土集团中就有宝钛集团和遵义钛业的身影，其实钛元素在地球上并不是一个稀缺元素，在所有元素中排行老十，之所以把它排入稀有金属，主要是冶炼困难，工艺复杂，造成生产成本高，所以市场售价就高。
钛及钛合金简介
钛（Ti）一、简介钛化学符号Ti，被认为是一种稀有金属，是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽。
钛具有稳定的化学性质，有良好的抗腐蚀能力（包括海水、王水及氯气，而且钛放入海底20~50年均不会被腐蚀），亦有良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度等优秀特性。
二、相关参数1.钛的强度大，纯钛抗拉强度最高可达180kg/mm²，钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性，其“比强度”位于金属之首。
2.钛的密度为4.506-4.516g/cm³，熔点1668±4℃，熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子，沸点3260±20℃，汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。
3.钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为0.38-0.4K。
在25℃时，钛的热容为0.126卡/克[5] 原子·度，热焓1149卡/克原子，熵为7.33卡/克原子·度。
4.金属钛是顺磁性物质，导磁率为1.00004。
5.钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80%。
三、钛的十大特性1.密度小，比强度高，金属钛的密度为4.51g/立方厘米，高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度位于金属之首。
2.耐腐蚀性能，不受大气和海水的影响。
在常温下，不会被7%以下盐酸、5%以下硫酸、硝酸、王水或稀碱溶液所腐蚀。
3.耐热性能好，新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。
4.耐低温性能好，在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性，避免了金属冷脆性。
5.抗阻尼性能强，钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。
6.无磁性、无毒，钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，且无毒。
7.抗拉强度与其屈服强度接近，钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。
钛和钛合金研究
钛及钛合金的研究1.引言钛是 20 世纪 50 年代发展起来的一种重要的结构金属，因其具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁等一系列优良性能，以及形状记忆、超导、储氢、生物相容性四大独特功能，被广泛应用在航空航天、舰船、军工、冶金、化工、海水淡化、轻工、环境保护、医疗器械等领域，并创造了巨大的经济和社会效益，在国民经济发展和国防中占有重要的地位和作用。
钛是金属材料王国中“全能的金属”、“海洋金属”、“太空的金属”，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛被视为继铁、铝之后处于发展中的“第三金属”和“战略金属”。
根据在钛中加入β稳定元素的多少及退火后的组织，钛合金可分为α、近α、α+β、近β和β钛合金。
美、日、俄罗斯以及中国等许多国家都高度重视钛合金的发展，各国根据不同国情和需求进行了各自的研发，现已得到了广泛的应用[1~3]。
2.钛及钛合金的特点钛及钛合金具有许多优良特性,主要体现在如下几个方面：(1)比强度高。
钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686~1 176 MPa,而密度仅为钢的60%左右,所以比强度很高。
(2)硬度较高。
钛合金(退火态)的硬度HRC为32~38。
(3)弹性模量低。
钛合金(退火态)的弹性模量为1.078@105~1.176@105MPa,约为钢和不锈钢的一半。
(4)高温和低温性能优良。
在高温下,钛合金仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽,目前新型耐热钛合金的工作温度可达550~600e;在低温下,钛合金的强度反而比在常温时增加,且具有良好的韧性,低温钛合金在-253e时还能保持良好的韧性。
(5)钛的抗腐蚀性强。
钛在550e以下的空气中,表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中,其耐蚀性优于大多数不锈钢。
此外,钛还具有形状记忆、吸氢、超导、无磁、低阻尼等优良特性。
纯钛及钛合金与其他材料有关性能的对比见表1。
3.钛及钛合金的研究进展1954 年美国成功研制出第一个实用钛合金Ti-6Al-4V，由于其具有优异的综合性能，成为钛合金中的王牌合金[1]。
钛及钛合金标准与钛十大性能
钛作者：商占法介绍钛是一种金属元素，灰色，原子序数22，相对原子质量47.87。
能在氮气中燃烧，熔点高。
钛的密度为4.54g／cm3，比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。
机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。
钛耐高温，比黄金和钢都高的多。
钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工作和航海工业，在石油化工行业也有较多的应用。
钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半，钛虽然稍稍比铝重一点，它的硬度却比铝大2倍。
现在，在宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁。
据统计，目前世界上每年用于宇宙航行的钛，已达一千吨以上。
极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。
钛的耐热性很好，熔点高达1660℃℃。
在常温下，钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中。
就连最凶猛的酸——王水，也不能腐蚀它。
钛不怕海水，有人曾把一块钛沉到海底，五年以后取上来一看，上面粘了许多小动物与海底植物，却一点也没有生锈，依旧亮闪闪的。
现在，人们开始用钛来制造潜艇——钛潜艇。
由于钛非常结实，能承受很高的压力，这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行在常温下，钛不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀；只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。
钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性，故多用作飞机发动机零件和火箭、导弹结构件。
钛合金还可作燃料和氧化剂的储箱以及高压容器。
现在已有用钛合金制造自动步枪，迫击炮座板及无后座力炮的发射管。
在石油工业上主要作各种容器、反应器、热交换器、蒸馏塔、管道、泵和阀等。
钛可用作电极和发电站的冷凝器以及环境污染控制装置。
钛镍形状记忆合金在仪器仪表上已广泛应用。
在医疗中，钛与人体有很好的相容性,可作人造骨头和各种器具。
钛还是炼钢的脱氧剂和不锈钢以及合金钢的组元。
钛白粉是颜料和油漆的良好原料。
碳化钛，碳（氢）化钛是新型硬质合金材料。
氮化钛颜色近于黄金，在装饰方面应用广泛。
钛及钛合金基础资料
钛合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的降低而提高,但塑性变化却不大。
在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性,是低温容器,贮箱等设备的理想材料。
产品名称：钛丝材质：Gr1,Gr2,Gr3,Gr5,Gr5 ELI,TA1,TA2,TC4,BT-14执行标准：GB/T3623-98,AWSA5.16 AMS,ASTMF 136-84,ASTM F67产品名称:钛棒材质:Gr1,Gr2,Gr3,Gr4,Gr5,Gr7,Gr11,Gr12TA0 TA1 TA2 TA3 TA4 TA5 TA6 TA7TA9 TA10 TC1 TC2 TC3 TC4 Ti6AL-4V ELT执行标准:GB/T2965-98,ASTM B 348-83,ASTM F136-95,AMS4928,ASTM F67产品规格：直径3---200mm产品名称：钛板材质: Gr1 Gr2 Gr3 Gr4 Gr5 Gr7 Gr11 Gr12TA0 TA1 TA2 TA3 TA4 TA5 TA6 TA7 TA9TA10 TC1 TC2 TC3 TC4 TB2产品规格:厚度0.3---60mm宽度：600---1400mm长度：大于2000mm执行标准：GB/T3621-94 ASTM B265-ASME GB/T4845-93AMS供货形式：热轧退火钛标准件材质：纯钛（Gr1,Gr2），合金（6Al-4V)种类：钛螺丝，钛标准件，钛垫片钛螺丝标准类型：多款选择，样品或现货钛螺丝类别有：平头十字机丝、平头内六角机丝、平头机丝半牙、半圆头内六角机丝、半圆头十字机丝、大扁头内六角机丝钛螺丝规格有：M3、M4、M5、M6、M8、M10、M12、M14、M16、M8、M20、M22、M24、M26、M28、M30产品名称：钛管材质：Gr1 Gr2 Gr3 Gr7 Gr9 Gr12 Gr23执行标准：ASTM B338,ASTM B337, GB/T3624,GB/T3625产品规格：外径5.0---144mm壁厚0.3--20mm供货形式：无缝管，焊接管钛铜复合/钛包铜棒钛铜复合棒的性能：钛铜复合棒作为金属阳极的主要部件，其作用有以下３点：一：支撑阳极；钛铜复合棒具有一定的强度和抗弯曲性能，复合棒材的屈服强度达到１２８ＭＰa，充分满足生产设计要求。
钛及钛合金的研究
钛及钛合金的研究1.引言钛是 20 世纪 50 年代发展起来的一种重要的结构金属，因其具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁等一系列优良性能，以及形状记忆、超导、储氢、生物相容性四大独特功能，被广泛应用在航空航天、舰船、军工、冶金、化工、海水淡化、轻工、环境保护、医疗器械等领域，并创造了巨大的经济和社会效益，在国民经济发展和国防中占有重要的地位和作用。
钛是金属材料王国中“全能的金属”、“海洋金属”、“太空的金属”，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛被视为继铁、铝之后处于发展中的“第三金属”和“战略金属”。
根据在钛中加入β稳定元素的多少及退火后的组织，钛合金可分为α、近α、α+β、近β和β钛合金。
美、日、俄罗斯以及中国等许多国家都高度重视钛合金的发展，各国根据不同国情和需求进行了各自的研发，现已得到了广泛的应用[1~3]。
2.钛及钛合金的特点钛及钛合金具有许多优良特性,主要体现在如下几个方面：(1)比强度高。
钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686~1 176 MPa,而密度仅为钢的60%左右,所以比强度很高。
(2)硬度较高。
钛合金(退火态)的硬度HRC为32~38。
(3)弹性模量低。
钛合金(退火态)的弹性模量为1.078@105~1.176@105MPa,约为钢和不锈钢的一半。
(4)高温和低温性能优良。
在高温下,钛合金仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽,目前新型耐热钛合金的工作温度可达550~600e;在低温下,钛合金的强度反而比在常温时增加,且具有良好的韧性,低温钛合金在-253e时还能保持良好的韧性。
(5)钛的抗腐蚀性强。
钛在550e以下的空气中,表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中,其耐蚀性优于大多数不锈钢。
此外,钛还具有形状记忆、吸氢、超导、无磁、低阻尼等优良特性。
纯钛及钛合金与其他材料有关性能的对比见表1。
3.钛及钛合金的研究进展1954 年美国成功研制出第一个实用钛合金Ti-6Al-4V，由于其具有优异的综合性能，成为钛合金中的王牌合金[1]。
钛及钛合金牌号和化学成分 标准
钛及钛合金牌号和化学成分标准
一、钛及钛合金牌号
1. 工业纯钛
工业纯钛是一种具有优异综合性能的工程材料，广泛用于化工、石油、食品、轻工等领域。
根据杂质元素含量的不同，工业纯钛分为TA1、TA2和TA3三个牌号。
2. 耐蚀钛合金
耐蚀钛合金主要用于化工、石油等领域的设备及管道，具有较强的耐腐蚀性能。
常用的耐蚀钛合金属有Ti-3Al-2.5V（TC4）和Ti-6Al-4V（TC20）等。
3. 高强度钛合金
高强度钛合金主要用于航空航天、汽车等领域的高强度结构件。
常用的高强度钛合金属有Ti-6Al-4V （TC20）、Ti-5Al-2.5Fe（TC21）等。
4. 高强度耐蚀钛合金
高强度耐蚀钛合金结合了高强度和耐腐蚀性能，主要用于海洋工程、化学工业等领域的重要结构件。
常用的高强度耐蚀钛合金属有Ti-6Al-4V ELI（TC4 ELI）等。
5. 高强度低成本钛合金
高强度低成本钛合金具有较高的强度和较低的成本，主要用于汽车、航空航天等领域的重要结构件。
常用的高强度低成本钛合金属有Ti-6Al-4V（TC20）等。
6. 非晶钛合金
非晶钛合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，是非晶材料中的一种。
常用的非晶钛合金属有Ti-55531等。
二、钛及钛合金化学成分标准
1. 3620.1：钛及钛合金牌号和化学成分。
2. 3620.2：钛及钛合金棒材化学成分允许偏差。
3. 3620.3：钛及钛合金管材化学成分允许偏差。
4. 3620.4：钛及钛合金丝材化学成分允许偏差。
典型钛及钛合金的组织与性能综述
典型钛合金的组织与性能文献查阅总结1.α型钛合金α型钛合金中又分为全α型钛合金和近α型钛合金，工业纯钛属于α型钛合金，此外一般α合金含有6%左右的Al和少量中性元素，退火后几乎全部是α相，典型合金包括TA1~TA7合金等；近α型钛合金中除了含有Al 和少量中性元素外，还有少量（不超过4%）的稳定元素，如TA15、TA16、TA17等。
1.1工业纯钛工业纯钛按杂质元素含量分为TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2、TA2ELI、TA3、TA3ELI、TA4、TA4ELI9个牌号，相变点大约为900℃。
工业纯钛具有高塑性、适当的强度、良好地耐蚀性以及优良的焊接性能等特点，广泛应用于化工设备、滨海发电装置、海水淡化装置、舰船零部件等，其冷热加工性能好，可生产各种规格的板材、棒材、型材、带材、管材和丝材，一般在退火状态下交货使用。
典型的工业纯钛显微组织如图1-3所示：图1 TA1板材650℃/1h退火态组织：等轴α+少量晶间β图2 TA2大规格棒材600℃/1h退火态组织：等轴α图3 TA3板材800℃/1h退火态组织：等轴α+含有针状α转变的β1.1.1 TA1钛管的组织与性能[][]庞继明，李明利，李明强等. 退火温度对TA1钛管材组织和性能的影响[J]. 钛工业进展. 2011, 28(2): 26-28研究方法：TA1铸锭经过2500t水压机开坯锻造和1600t卧式挤压机热挤压，最终获得φ45×7mm的管坯。
管坯经两辊和三辊管材冷轧机轧制成φ12×1.25mm的管材。
将管材置于真空热处理炉中，分别加热至450，475，490，500，550，600，650，700℃，保温90min，随炉冷却。
a）TA1钛管的显微组织图1为冷加工态及不同的温度热处理后的TA1管材横向显微组织。
可以看出，冷加工态的TA1管材组织混乱且有部分晶粒破碎不完全；700℃下的组织已完全再结晶、等轴化，与650℃的相比晶粒已明显长大。
钛合金介绍[文字可编辑]
![钛合金介绍[文字可编辑]](https://img.taocdn.com/s3/m/f4bd6a48770bf78a64295449.png)
?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。
≥882.5℃体心立方结构的β相
钛在氮气中加热可发生燃烧，因此钛在加热和焊接时应采 用氩气保护。
钛的十大性能
?密度小,比强度高(比强度高的特性仍可保持到550～600 ℃。
与高强合金相比，相同强度水平可降低重量 40％以上)
?弹性模量低（120GPa），约为铁的54％。 ?导热系数小(比铁低4.5倍) ?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(在液氮温度下仍有良好的机械性能，强度高而
?但总的说来，钛发展的速度是很快的，它超过了任何一种其他 有色金属的发展速度。这从全世界海绵钛工业发展情况可以看出： 海绵钛生产规模60年代为60kt/a ，70年代为1l0kt/a ，80年代为 130kt/a ，到1992年已达140kt/a 。
二、纯钛
纯钛
Ti ：
?ρ: 4.507 g/cm 3 ?Tm ：1688℃ ?具有同素异构转变: ≤882.5℃为密排六方结构的α相
钛合金的分类
β型钛合金 : 合金加入了大量的多组元β相稳定元素，同时还
加入α相稳定元素 Al。应用的 β型钛合金主要为亚稳定的 β钛 合金，退火状态为α+β两相组织，将其加热到β单相区后淬火， 因α相来不及析出而得到的过饱和的β相，称为亚稳β相。
钛及钛合金分类
钛及钛合金分类钛是一种具有广泛应用前景的金属材料，它具有低密度、高强度、优异的耐腐蚀性能等特点，因此被广泛应用于航空航天、汽车、化工等众多领域。
钛的分类主要基于其合金成分、晶体结构和加工工艺等方面的不同。
本文将介绍钛及钛合金的分类，并对每一类进行详细的描述。
一、钛的分类1.按合金成分分类根据合金中所包含的元素种类和含量不同，钛可以分为纯钛和合金钛两类。
纯钛: 纯钛是指含有至少99.5%纯度的钛。
它具有优良的耐腐蚀性、低密度、高强度和良好的可锻性。
纯钛广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。
合金钛: 合金钛是指将其他金属元素合金化到钛中，以改变钛的物理和化学性质。
常见的合金钛包括钛铝合金、钛镁合金、钛锆合金等。
2.按晶体结构分类钛及钛合金可分为α型钛合金、β型钛合金、α-β型钛合金和亚共析钛合金等几种晶体结构分类。
α型钛合金: α型钛合金主要是由α相组成，具有良好的可塑性和焊接性能，在航空航天和海洋工程等领域有广泛应用。
β型钛合金: β型钛合金主要由β相组成，具有高强度和优异的耐热性能。
它被广泛应用于航空发动机和高温设备等领域。
α-β型钛合金: α-β型钛合金同时包含α相和β相，具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，在制造航空器结构材料和骨科植入材料方面具有重要应用价值。
亚共析钛合金: 亚共析钛合金是指在合金中含有亚共析相，具有良好的耐腐蚀性和高温强度，被广泛应用于核工业和航空航天工业等领域。
二、钛合金的分类1.按合金元素分类根据合金中所添加的元素种类和含量不同，钛合金可以分为钛铝合金、钛镁合金、钛锆合金等。
钛铝合金: 钛铝合金以铝作为主要合金元素，并添加其他元素如钼、锡等，具有高强度和良好的热处理性能。
钛镁合金: 钛镁合金以镁作为主要合金元素，并添加少量的锆、铝等元素，具有轻质和高强度的特点。
钛锆合金: 钛锆合金以锆作为主要合金元素，并添加小量的铁、铬等元素，具有良好的耐腐蚀性和高温强度。
2.按应用领域分类根据钛合金在不同领域的应用特点，钛合金可以分为航空航天钛合金、生物医用钛合金、汽车用钛合金等。
钛及钛合金
钛在地壳中的含量约为1%。钛及其合金由于具有比强度高、耐热性好、耐蚀性能优 异等突出优点，自1952年正式作为结构材料使用以来发展极为迅速，目前在航空工业和 化工工业中得到了广泛的应用。但钛的化学性质十分活泼，因此钛及其合金的熔铸、焊 接和部分热处理均要在真空或惰性气体中进行，致使生产成本高，价格较其他金属材料 昂贵得多。
定元素含量的增加而提高。由于应用在较高温度时，淬火加时效后的 组织不如退火后的组织稳定，故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，但焊接性能不 如 α钛合金，组织也不够稳定。α+β 型钛合金的生产工艺比较简单，
通过改变成分和选择热处理方式又能在很宽的范围内改变合金的性能，
2 钛合金
在钛中加入合金元素形成钛合金，可使工业纯钛的强度获得明显提高。钛合金与纯钛 一样，也具有同素异构转变，转变的温度随加入的合金元素的性质和含量而定。按其对钛 的同素异构转变温度影响的不同，加入的合金元素通常分为以下三类。 ➢ α 相稳定元素：扩大 α相区，使 α β 转变的温度升高的元素，如Al，O，N，C等。 ➢ β 相稳定元素：扩大 相区，使 β α 转变的温度降低的元素。根据该类元素与钛所形 成相图的不同，又将其细分为 β 同晶型元素（如Mo，V，Nb，Ta及稀土等）和 β 共析型 元素（如Cr，Fe，Mn，Cu，Si等）。 ➢ 中性元素：对相变温度影响不大的元素，如Zr，Sn等。
合金的性能，故该类元素是可热处理强化 钛合金中不可缺少的。
按退火状态下相组成的不同，钛合金 可分为α型钛合金、β型钛合金和 α+β 型钛 合 金 三 大 类 ， 分 别 以 “ TA ” “ TB ” 或 “TC” +顺序号表示其牌号。
钛和钛合金的物理化学性质
钛和钛合金的物理化学性质1.钛和钛合金的物理性质金属钛具有两种同素异构体，温度低于882.5℃时的稳定态晶体α，为密排六方结构，在882.5℃以上的稳定态晶体β，为体心立方结构。
α-Ti在20℃的密度为4.51g/cm3，与氧形成间隙固溶体时，晶格发生明显的畸变，其密度也随之增大。
β-Ti在900℃时的密度约4.32g/cm3，在熔化温度时为4.19g/cm3。
在25℃时，纯钛的比热容约为0.011J/（g·K），它随温度的升高而增加。
钛的熔点是1668℃。
由于熔融钛几乎可与一切耐火材料发生反应，因此测量其熔化潜热较为困难，现已测得的熔化潜热范围是15.5～20.9kJ/mol。
钛的沸点是（3260±20）℃，汽化潜热为428.5～470.3kJ/mol。
钛的导热性较差，其热导率比不锈钢略低。
钛单晶的线膨胀系数是各向异性的，在0℃时a轴方向为7.34×10-6/℃，c轴方向为8.9×10-6/℃；在20～300℃时，α-Ti多晶体的平均线膨胀系数为8.2×10-6/℃。
钛和钛合金的线膨胀系数与光学玻璃的线膨胀系数相近，是人造卫星相机镜头框架和其他光学仪器框架的理想结构材料。
2.钛和钛合金的化学性质钛的原子结构决定了钛是一种化学性质活泼的金属，能与多种元素发生化学反应，特别是空气中的O、N、H及C等，此外还与卤素、P和S以及各种常用的耐火材料等发生化学反应。
（1）与O的反应致密的钛在常温的空气中是很稳定的，当它受热时便开始与O发生反应。
钛与O反应初期，O进入钛表面晶格中，形成一层致密的氧化膜，它可防止O再向内部扩散，所以钛在500℃以下是稳定的。
随着受热温度的提高氧化膜逐渐增厚，氧化物的厚度和颜色也不同。
温度继续升高，金属钛表面生成的氧化膜开始溶解，O向钛的内部晶格扩散。
钛被氧化的速度取决于O向钛内部扩散的速度。
当温度高于700℃时，O向钛内部的扩散加速。
钛及钛合金的分类
钛及钛合金的分类市场供货的钛产品主要有工业纯钛和钛合金两大类：一.工业纯钛：钛属于多晶型金属，在低于882℃为a晶型，原子结构呈密排六方晶格，从882℃至熔点都是B晶型，呈体心立方晶格。
工业纯钛在金相组织上呈现a相，如果退火完全的话，是大小基本相等等轴状单项晶格。
由于存在着杂质，所以工业纯钛中也存在着少量的B相。
基本上是沿着晶界分布。
工业纯钛按GB/—2007新标准共有九个牌号，TA1类型的有三个，TA2—TA4每个类型的各有两个，它们的差别就是纯度的不同。
从表中我们可以看出，从TA1—TA4每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，这个ELI是英文低间隙元素的缩写，也就是高纯度的意思。
由于Fe，C, N, H, O在a—Ti中是以间隙元素存在的，它们的含量多少对工业纯钛的耐腐蚀性能以及力学性能产生很大的影响，C,N,O固溶于钛中可以使钛的晶格产生很大的畸变，使钛的被强烈的强化和脆化。
这些杂质的存在是生产过程中由生产原料带入的，主要是海绵钛的质量。
要是想生产高纯度的工业纯钛钛锭，就得使用高纯度的海绵钛。
在标准中，带ELI的牌号在这6个元素含量的最高值均低于不带ELI 的牌号。
这些标准的修改是参照国际上或者说是西方国家的标准（我们国家的标准正在努力向西方国家靠拢，因为我们国家的很多基础工业还是比他们落后一些，很多老标准都是沿袭前苏联的），特别是在杂质的含量以及室温力学性能上各牌号的指标和国际上，以及西方国家基本上保持一致。
这个新标准主要是参照ISO（国际标准）外科植入物和美国ASTM材料标准（B265, B338, B348, B381, B861, B862, B863这七个标准）。
并且与ISO和美国的ASTM标准相对应，例如TA1对应Gr1, TA2对应Gr2, TA3对应Gr3, TA4对应Gr4。
这样有利于各个行业在选材和应用上明晰各国标准的参照，也有利于在技术和商贸上与国际上的交流。
表1 钛及钛合金牌号和化学成分钛TA4ELI 工业纯钛TA4 工业纯钛这个新标准的纯钛表上有两个问题值得注意，一是GB/—1994与GB/—2007相对照，原来的TA0变为TA1，原来的TA1变为TA2, 原来的TA2变为TA3,原来的TA3变为TA4，而原来的TA4变为TA28, 二是随着牌号的数字增加，这5个杂质元素的含量也在增加，也就意味着强度增加，塑性逐步下降。
钛及钛合金全解
3 钛合金－分类、牌号 按组织类型分： α（用TA表示）：全α、近α和α+化合物合金 。以铝、锡、 锆为主要合金元素，在近α型钛合金中还添加少量β稳定化元 素，如钼、钒、钽、铌、钨、铜、硅等 β（用TB表示）：热力学稳定型β合金、亚稳定β型合金和 近β型合金 α＋β（用TC表示）：以Ti-Al为基再加适量β稳定元素 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
钛及钛合金
2 纯钛
⑴密度小，比强度高：钛密度为4.51g/cm3，约为钢或镍合金的一半。比强度 高于铝合金及高合金钢。 ⑵导热系数小：钛的导热系数小，是低碳钢的五分之一，铜的二十五分之一。 ⑶无磁性，无毒：钛是无磁性金属，在很大的磁场中不被磁化，无毒且与人体 组织及血液有很好的相容性。 ⑷抗阻尼性能强：钛受到机械振动及电振动后，与钢、铜相比，其自身振动衰 减时间最长。 ⑸耐热性佳：因熔点高，使得钛被列为耐高温金属。 ⑹耐低温：可在低温下保持良好的韧性及塑性，是低温容器的理想材料。 ⑺吸气性能高：钛的化学性质非常活泼，在高温下容易与碳、氢、氮及氧发生 反应。 ⑻耐蚀性佳：在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附著力强、 惰性大的氧化膜，保护钛基体不被腐蚀。
3 钛合金－合金化
与α和β均形成连续固 溶体相图： 锆、铪与钛同族， 有相同晶体结构和同素 异晶转变，与α-Ti及 β-Ti形成连续固溶体。
3 钛合金－合金化 与β-Ti无限互溶，与α-Ti有限溶解的相图： 钒、铌、钽、钼 都为体心立方结构，与β-Ti同晶，称为β 同晶元素。降低相变点，稳定β相。 组元达到一定浓度值后，高温β相可稳定 到室温，对应这一浓度值称为临界浓度Ck。 Ck反映合金元素稳定β相能力大小，其值越小 稳定β相能力就越大。稳定β相能力按钼、钒、 钽、铌次序递减。 加入这类元素的钛合金组织稳定性好， 不会发生共析转变或包析转变，同时能强化β 相，并保持良好的塑性。
钛及钛合金综述
百度文库- 让每个人平等地提升自我钛及钛合金综述一钛及钛合金的发展钛在化学元素周期表中属于TVB族元素，其原子其原子序数为22。
钛在地壳中的含量为％，在所有的元素中，名列第九，但在常用金属元素中仅次于铝、铁、镁，居第四位。
钛在地壳中大都以金红石（TiO2）和钛铁矿等形式存在。
由于分离提取困难，具有工业意义的金属钛直到20世纪40年代才生产出来。
钛及钛合金的密度小，抗拉强度高（可达140Kg/mm2）。
在－253～600℃范围内，它的比强度（抗拉强度/密度）在金属材料中几乎最高。
它在适当的氧化性性环境中可形成一种薄而坚固的氧化膜，具有优异的耐蚀性能。
此外，钛及钛合金还具有非磁性、线膨胀膨胀系数小等特点，这就使钛及钛合金首先成为重要的宇航结构材料，随后又推广到舰船制造、化学工业等领域，并得到了迅速的发展。
二钛及钛合金的分类及应用钛及钛合金按组织结构分为α合金、α＋β合金、β合金等三大类合金。
1 α合金α合金中有TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8等8种合金。
TA1、TA2、TA3是工业纯钛。
它们是按杂质元素含量分的三个等级。
它们主要应用于要求高塑性、适当的强度、良好的耐蚀性以及可焊接性的场合。
TA1、TA2、TA3它们的冷加工性能好，可生产各种规格的板材、棒材、型材、带材、管材和箔材。
板材可以进行冷冲压。
TA4是一种钛－铝二元合金。
它的抗拉强度比工业纯钛稍高，可以做中等强度范围的结构材料。
国内主要用做焊丝。
TA5是一种全α型合金。
它的抗拉强度比工业纯钛高，但塑性稍差，有良好的焊接性能及耐腐蚀性能。
这种合金在要求在退火状态下交货，可用做海水腐蚀环境下的结构材料。
目前已成功地应用于造船工业。
TA6是一种全α型的钛－铝二元系合金。
它的抗拉性能高于TA4，但是它的塑性稍差。
用它制成的板材可进行冷冲压，焊接性能良好，耐蚀性好。
它和TA5一样，也是在退火状态交货，适用于400℃以下和存在浸蚀介质的环境下工作。
钛及钛合金全解
2 纯钛
杂质元素对钛性能的影响 杂质元素主要有氧、氮、碳、氢、铁和硅。 前四种属间隙型元素，后二种属置换型元素，可以固溶在α相 或β相中，也可以化合物形式存在。 钛的硬度对间隙型杂质元素很敏感，杂质含量愈多，钛的硬 度就愈高。 综合考虑间隙元素对硬度的影响，引入氧当量：O当=O％+2N ％十0.67％。 氧当量和硬度的关系为： HV=65+310·O0.5当。
氮、氧、碳都提高α+ β／β相变温度，扩大α相区，属α稳定 元素。均可提高强度，急剧降低塑性，其影响程度按氮、氧、碳 递减。为了保证合金的塑性和韧性，目前在工业钛合金中氢、氧、 氮、碳含量分别控制在0.015％、0.15％、0.05％，0.1％以下。低 温用钛及钛合金，由于氧、氮和碳提高塑－脆转化温度，应尽量 降低它们的含量，特别是氧含量。 微量铁和硅在固溶范围内与钛形成置换固溶体，它们对钛的 性能影响没有间隙杂质元素那样强烈。作为杂质时，铁和硅的含 量分别要求小于0.3％和0.15％，但有时也作为合金元素加入。
2 纯钛 纯钛组织基本形态： 形变再结晶退火后，α相呈等轴状，称等轴α； β相区缓慢冷却，α相以集束片状形式沿β晶界和晶 内有规则的析出，此类形态称魏氏α； β相区快冷，则发生马氏体转变，马氏体形态与纯度 有关：高纯钛中呈锯齿状，工业纯钛中呈片状，两者均属板 条状马氏体。
钛及钛合金力学性能
钛及钛合金力学性能，物理性能，以及相关介绍等一。
以下是个人对外六角螺栓和内六角螺栓使用情况的一点小总结，请参考俺的个人观点：1。
内六角的螺栓,适用于结构空间小,或者要求上平面是平面的情况下。
结构空间小，活动扳手占空间大,所以不能用，只能使用内六角螺栓，方便装卸。
产品要求安装后上平面是平面的情况下，主要适用于精密仪器/设备，一些设备要求安装后平面度的，或者要求整体产品外观良好，或者要求产品安装后上平面必须平，以此来避免挡碍的情况下需要使用内六角螺栓。
2。
其他情况下，均建议用外六角螺栓。
3。
从成本上考虑，用外六角螺栓，从外观效果上考虑，用内六角螺栓。
4。
我们单位一般情况下，将内六角螺栓翻译为内六角螺钉，呵呵，请大家参考，也就是说一般意义上的内六角螺栓=内六角螺钉。
当然，德标DIN和ISO的标准正规些。
现在市场上的该类紧固件都在努力向DIN和ISO标准上靠拢。
二。
钛及钛合金钛及钛合金是导弹上重要结构材料之一。
钛的密度为.507g/cm3,介于铝、铁之间。
钛的熔点为1668℃比铁的熔点还高，能在高温下工作，耐热性能远超过铝。
钛在含氧环境中易形成一层薄而坚固的氧化物薄膜。
这层膜和基体结合牢固致密，破坏后还能自愈合，从而起到保护作用。
a. 型钛合金这类合金不能通过热处理强化，一般在退火状态下应用。
它的特点是具有良好的耐热性和组织稳定性，低温性能优于其它类型钛合金。
缺点是对变形抗力大，常温下强度不够高。
这类合金的牌号有TA1，…，TA7，TA8，其中TA1～TA3为工业纯钛；TA4，TA5，TA6属Ti-Al 二元合金；TA4用作焊丝；TA5、TA6可用于一般结构件或耐蚀结构件；TA7是常用的典型型合金。
b. 型钛合金这类合金可通过淬火和时效得到强化，其优点是固溶处理状态下塑性很好，易加工成形，在时效状态下强度高。
缺点是弹性模量低，耐热性差，焊接性能差，低温塑性不如型合金。
常用牌号为TB2，它可用于整体式固体火箭—冲压发动机的燃气发生器。
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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。
钛钢复合反应釜
钛管换热器
钛制蒸馏塔
二、钛。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。
（a）表示添加Al、Ni、O等元素形成的α相稳定型相 图；
国外舰船汽轮机用冷凝管和部分海水管路系统早 已选用钛合金。
第四节 滑动轴承合金
制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承 合金。滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑 作用的重要部件，由轴承体 和轴瓦两部分组成。 与滚动轴承相比滑动轴承具 有承载面积大，工作平稳， 无噪音及拆装方便等优点。
一、组织性能要求
+型钛合金主要用
于制造400℃以下工
作的飞机压气机叶片、
火箭发动机外壳、火
飞 机
箭和导弹的液氢燃料
压 气
箱部件及舰船耐压壳
机 叶
体等。
片
生物医 用材料
人 工 关 节
微机械
仿真手臂
“自行车发烧友” 的首选 钛结构自行车架
四、钛合金在舰船上的应用
可以制造深潜器、水翼船、耐空泡腐蚀的船用 螺旋桨及耐海水腐蚀的管系、阀门等许多重要部 件。
二、常用轴承合金
工业上常用的是锡基、铅基轴承合金, 又称巴氏合金。
1、锡基轴承合金 是以锡为主并加入少 量锑、铜等元素组成 的合金，熔点较低， 是软基体硬质点组织 类型的轴承合金。
典型牌号为ZchSnSb11-6。 (其组织为基体+白亮块状SnSb+星状Cu6Sn5)
锡基轴承合金具有较 高的耐磨性、导热性、 耐蚀性和嵌藏性，摩擦 系数和热膨胀系数小， 但疲劳强度较低，工作 温度不超过 150 ℃， 价格高。
表面保护层 减磨层 镍栅层
轴承合金 衬背
3、铜基轴承合金
常用的铜基轴承合金有ZQPb30和ZQSn10-1。 ZQPb30 显微组织为硬的基体（铜）中分布着大
量软的质点（铅）。 具有很好的疲劳强度、高的导热性、低的摩擦系
数。 在高速、高负荷、大马力的发动机上得到了广泛
的应用。如航空发动机、高速柴油机的轴承等。 ZQSn10-1 在ZQSn10的合金成分中，再加入0.8～ 1.2％P，组织为α+δ+Cu3P。 具有高的强度，适用于高速、高负荷的柴油机
强度低于另两类钛合金， 但高温强度、低温韧性 及耐蚀性优越。
钛合金氢泵壳体
常用牌号有TA5、TA7等 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。
钛合金卫星框架 钛合金液下泵
-Ti合金组织
B-1轰炸机
波音757客机
2、型钛合金 加入的合金元素有钼、
（b）表示添加Mo、V等元素形成的β相稳定型相图； （c）表示添加Cu、Ag、Si等元素形成的β共析型相
图； （d）表示添加Zr等元素与Ti完全固溶，对同素异构
转变影响不大。
按退火组织，钛合金可分为型钛合金、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 TA1~TA3为工业纯钛。
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。
钛合金管 钛合金管应用
常用型钛合金有TB1、 TB2两个牌号。 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。
钛离心泵
钛合金棒 β钛合金眼镜架
（二）、钛合金的热处理
1、退火
去应力退火 再结晶退火（650～850℃）
2、HT强化（淬火＋时效）
TA类－不能HT强化
TB类 TC类
均可HT强化 → σb↑δ稍有↓
三、常用钛合金牌号及应用
1、型钛合金
钛合金氢泵 诱导轮
主加元素为铝，还有
锡、硼等。
不能热处理强化，通 常在退火状态下使用， 组织为单相固溶体。
第三节 钛及钛合金
一、概述
纯钛密度小，熔点高。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。 纯钛比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好。
工业纯钛中含美有F-2氢2战、机碳约、36氧%、重量铁的、零镁等杂质元素。 工业纯钛按杂质含件量用不钛合同金分制为造TA1、TA2、TA3，编号 越大，杂质含量越多。
3、+型钛合金 加入的合金元素有铝、钒、 锰等。 可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好
的热强性、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应用最广、用量最大， 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）
铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不 如锡基轴承合金，但其成本低，高温强度好，有自 润滑性。
常用于低速、 低载条件下工 作的设备,如汽 车、拖拉机曲 轴的轴承等。
内燃机轴瓦
锡基和铅基轴承合金强度比较低，为提高其承载 能力和使用寿命，生产上常采用离心浇注法，将 它们镶铸在低碳钢轴瓦上，形成一层薄而均匀的 内衬，成为双金属轴承。
巴氏合金轴瓦
广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和内燃 机等大型机器的高速轴瓦。
2、铅基轴承合金 是以铅为主加入少量锑、 锡、铜等元素的合金， 也是软基体硬质点型轴 承合金。 典型牌号为
ZchPbSb16Sn16Cu2。
ZPbSb16Sn16Cu2合金的显微组织
[(+)共晶基体+方块状SnSb+针状 Cu6Sn5]
为满足上述性能要求，轴承合金的组织应
是软的基体上分布着硬的质点或硬的基体上分
布着软的质点。
• 当轴旋转时，软的基体（或质点）被磨损而凹 陷，减少了轴颈与轴瓦的接触面积，有利于储 存润滑油和轴与轴瓦间的磨合，而硬的质点 (基体)则支撑着轴颈，起承载和耐磨作用。
• 软基体 (或质点)还能起嵌藏外来硬杂质颗粒的 作用, 以避免擦伤轴颈。