钛及钛合金的分类
钛合金介绍精品PPT课件
钛及钛合金
Titanium and Titanium Alloy
内容提要
一、 简介 二、纯钛 三、钛合金物理冶金基础
四、钛合金的发展与应用
一 、 简介
简介
1791年，英国牧师格累高尔发现了一种新元素。 1795年，法国化学家克拉普罗特以日耳曼神话中 女神坦的名字为它命名“Titanium”，译成中文就 是“钛”。从此，钛便进入了科学家的实验室。
仍保持良好的塑性及韧性)
➢耐腐蚀性(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。
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。
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。
该类合金塑性好，易于冷加工成形，成形后可通过时 效处理，使强度提高；
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/T3620.1—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。
钛合金介绍
• 当加入少量β相稳定元素时，可以得到近α钛合金，显微组织上除α相基体外，还有少 量β相。典型的钛合金有Ti-8Al-1Mo-1V等。
（3）性能：高温性能好（<500℃），组织 稳定性好，焊接性好，是耐热钛合金的主 要组成部分；但α钛合金是单相合金，不能 热处理强化，常温强度低，塑性不够高
（3）用途：适用于制造螺栓、铆钉、冷轧板 材、带材等，用于宇航工业的结构材料。
钛的特性及钛冶金基础
一、钛的基本性质 1、钛存在两种同素异构体α及β。 • α-Ti在882℃以下稳定，具有h.c.p.结构。 • β-Ti稳定于882℃~熔点1678℃，具有体心
立方结构。 • 铝的熔点660℃，镁651℃，铁1535℃，镍
1445℃。
2、钛的密度小(4.51g／cm3)，比强度高，熔 点高，塑性好，虽然其强度随温度升高而 下降，但其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，因此在宇航上有 巨大应用潜力。
同，分为三个牌号：
• TA1：杂质元素O，N，H，C，Fe较少，σb = 350-500 MPa ，δ=30-40%
• TA2：杂质元素稍多，σb =450-600 MPa，δ=2530%
• TA3：杂质元素较多，σb =550-700 MPa。δ= 2025%
• 高纯钛TA0： Ti>99.90% ， σb =300-350 MPa， δ=40-45%
• 碘化法：分解TiI4生产的钛，纯度可达 99.9%。原理是利用金属碘化物的高温分解 温度不同的特性来提纯，杂质含量降至很 低水平。
钛合金介绍
钛合金的分类
α型钛合金主要加入元素是Al，其次是中性元素Sn和Zr，起
固溶强化作用。 在退火状态下的室温组织是单相α固溶体。 α型钛合金的牌号与工业纯钛相同，均划入TA系列。 α型钛合金不能进行热处理强化，热处理对于它们只是为了消 除应力或消除加工硬化。
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
具有同素异构转变: ≤882.5℃为密排六方结构的α相
≥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
化学成分偏析严重，这种类型的合金只有两个牌号， 实际获得应用的仅有TB2一种。
钛的主要合金元素
现有钛合金中的主要合金元素有钒、铌、钼、铬、锰、镍、铜、 锡及钽等，可分为三类：
第一类是α相稳定元素，提高α→β转变温度。铝是最常见、 最有效的α强化元素，有效提高低温和高温（550 ℃ 以下） 的强度，同时铝的密度小，因此铝是钛合金中的一个基本 合金元素。
（纯度达99.5%）。
工业纯钛有三个牌号，分别用TA＋顺序号数字1、2、3表示，
数字越大，纯度越低。
杂质含量对钛的性能影响很大，少量杂质可显著提高钛的强度，
故工业纯钛强度较高，接近高强铝合金的水平，主要用于制造 350℃以下温度工作的石油化工用热交换器、反应器、船舰零件、 飞机蒙皮等。
三、钛合金的物理冶金基础
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/T3620.1—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。
钛和钛合金的介绍
钛和钛合金的介绍
钛，是一种金属元素，它的化学符号是Ti，原子序数是17。
它和其他金属元素相比，既不能像铁那样形成金属间化合物（如TiC），也不能像钛那样形成氧化物（如TiO）。
因此，钛在工业
上被广泛用于制造火箭的推进系统、化工设备、飞机发动机、医
疗器械和军事上的防辐射设备等。
钛合金是一种比强度很高的材料，在航空航天领域中应用广泛。
它是一种比较难熔的金属，熔点和沸点都很低，在空气中不
易氧化。
钛合金的强度很高，比强度一般在35以上。
但它的延
展性和耐热性差，受高温作用容易被氧化而失去强度。
钛合金分为两大类：一类是普通钛合金；另一类是超低钛合
金（一般为Ti-6Al-4V）。
普通钛合金是由钛、铜、铝等元素组成的铁基和铝基合金。
超低钛合金由钛、镍、铁和铜组成。
目前，
美国已将镍和铁等元素掺入超低钛合金中，提高了超低钛合金的
强度和韧性。
钛及钛合金在常温下具有很好的强度和韧性，但在高温下强
度和韧性急剧下降。
—— 1 —1 —。
钛合金介绍[文字可编辑]
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?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。
钛及钛合金的焊接工艺
钛及钛合金的焊接工艺一、常用钛及钛合金及其分类钛是一种活性金属，常温下能与氧生成致密的氧化膜而保持高的稳定性和耐腐蚀性。
钛及钛合金的最大优点是比强度大，综合性能优越。
钛合金首先在航空工业中得到应用，钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性能；在化工、海水淡化、电站冷凝器等方面成功应用。
钛及钛合金按其退火态的组织分为α钛合金、β钛合金、α＋β钛合金三类，分别用TA、TB和TC表示。
在压力容器制作中，牌号为TA2的工业纯钛使用居多，使用状态一般为退火态。
二、钛及钛合金的焊接性1、间隙元素沾污引起脆化由于钛的活性强，高温下钛与氧、氮、氢反应速度很快。
氧和氮固溶于钛中，使钛晶格畸变，强度硬度增加，塑性韧性降低；而氢含量增加，焊缝金属的冲击韧性急剧降低，塑性下降较少；碳以间隙形式固溶于钛中，使强度提高，塑性下降，作用不如氮、氧显著，但碳量超过溶解度时，易于引起裂纹，因此钛及钛合金焊接时必须进行有效的保护。
2、焊接相变引起的性能变化对于常用的工业纯钛，其组织为α合金，这类合金的焊接性最好。
在用钨极氩弧焊填加同质焊丝或不加焊丝，在保护良好的条件下焊接接头强度可与母材等强度，接头塑性较差。
焊接接头塑性降低的主要原因有：①焊缝为铸造组织，它比轧制状态塑性低；②焊接时由于导热性差、比热小、高温停留时间长、冷却速度慢，易形成粗晶；③若采用加速冷却，又易产生针状α组织，也会使塑性下降。
3、裂纹由于钛及钛合金中杂质很少，因此很少出现热裂纹，只有当焊丝或母材质量有问题时才可能产生热裂纹。
由氢引起的冷裂纹是钛合金焊接时应注意防止的，例如选用氢含量低的焊接材料和母材，注意焊前清理，在可能的条件下，焊后进行真空去氢处理等。
4、气孔气孔是钛及钛合金焊接时最常见的焊接缺陷。
在焊接热输入较大时，气孔一般位于熔合线附近；而焊接热输入较小时，气孔则位于焊缝中部。
气孔主要降低焊接接头的疲劳强度，能使疲劳强度降低一半甚至四分之三。
影响气孔的主要因素是焊丝和坡口表面的清洁度，焊丝表面的润滑剂、打磨时残留在坡口表面的磨粒、薄板剪切时形成的粗糙的端面等等都可能使焊缝产生气孔。
钛及钛合金的分类及特性
钛及钛合金的分类及特性。
钛是一种非磁性材料，具有密度小（4.5g/cm3）、强度高（比铁约高1倍）、较好的高温强度和低温韧性以及良好的耐腐蚀性等特点。
钛在885℃以下时，具有密集六方晶格称为α钛。
在885℃产生同素异晶转变，晶格变为体心立方晶格称为β钛。
钛长时间在高温停留，晶粒容易长大，快速冷却时，容易生成不稳定的针状α钛组织称为“钛马氏体”，其强度较高，塑性较低。
钛加入合金元素后可改善加工性能和力学性能，常加的合金元素有Al、V、Mn、Cr、Mo等，按照成分和在室温时的组织不同，钛和钛合金可分为：
⑴工业纯钛按其纯度可分为TA1、TA2、TA3等牌号，其中TA1的杂质最少，少量杂质将使强度增高、塑性降低，故TA1的强度最低（σb为300～500MPa）、塑性最好（δ为30%）。
工业纯钛有良好的焊接性。
⑵α钛合金钛中加入了Al、Sn等元素，牌号为TA6、TA7，有良好的高温强度和抗氧化性。
α钛合金有良好的焊接性。
⑶β钛合金钛中加入了Mn、V、Mo、Cr等元素，牌号为TB1、TB2。
热处理后强度较高（TB1的σb为700MPa），
塑性也较好，而且具有良好的加工性，但耐热性稍差，体积质量大、成本高。
β钛合金的焊接性不良。
⑷α+β钛合金钛中加入了Al、Se、Mo、Mn、Cr等元素，牌号为TC1、TC2。
可通过热处理如化，加工性能良好，但高温强度低于α钛合金。
α+β钛合金焊接性很差，很少用于焊接结构。
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。
钛的基础知识
稀有金属的基本知识第一节、 钛及钛合金钛在化学元素周期表中属IVB 族元素，原子序数为22，在地壳中的含量为0.61%，在所有元素中名列第九，在常用元素中仅次于铝、铁、镁，居第四，钛在地壳中大都以金红石（TIO 2）和钛铁矿等形式的存在，由于分离提取困难具有工业意义的金属钛直到本世纪四十年代才生产出来，因为一般把钛成为稀有轻金属。
钛及其合金的密度小，抗拉强度高，而且在通常的使用温度内，其比强度（抗拉强度/密度）在几乎所有金属材料中最高，因而该金属最初的应用是在航空、航天领域，主要是满足现代航天技术对航空器材料的低重量、高强度要求。
另外，钛在适当的氧化环境中可以形成一种薄而坚固的氧化膜，具有优异的耐蚀性能，正式由于合金优异的耐蚀性能，是的钛在近年来由军用向民用的国度速度相当快。
目前钛及钛合金已经被广泛地应用于冶金、石化、造船、氯碱、建筑、体育器械等其他非航空领域。
纯钛的熔点为1668±4℃，沸点为3535℃，密度为4.505G/CM 3, 导热系数0.036卡/cm ·S ·℃,热膨胀系数为8.2×10-6·Ω·mm ， 弹性模量为10850kg/mm 2.。
1.2基本分类一、概述钛以两种同素异构体存在，一种称为α钛，具有密排六方结构的晶体，其晶格排列密度大；另一种为β钛具有体心立方结构的晶体，在纯钛中，α相在温度882.5℃以下是稳定的，当温度超过882.5℃后变为β相，882.5℃称为α/β的转变温度，即相变点。
β相从882.5℃到熔点都是稳定的。
二、几个常用的概念1、α稳定型α稳定型指的是钛合金中的添加元素容易溶解于α相中，随着合金元素含量的增加能使α相在较高的温度下保持稳定并提高了α/β转变温度，属于这类合金的添加元素包括铝、锡、锗、氧、氮、碳2、β稳定型β稳定型β同晶型的合金元素完全溶于β相中，即使在平衡条件下也不发生分解。
随着该类元素含量的增加，转变温度降低，此类元素有钒、钽、钼、铌。
第3章 钛及钛合金2
美国军用飞机上各种材料用量占机体结构总量的百分比
机型 复合 材料 钛合金 铝合金 钢 F-16 3 2 83 5 YF-17 F/A-18 F/A-18 F/A-18 F/A-22 F-35 A/B C/D E/F 8 7 73 10 9.5 12 50 15 10 13 50 16 23 15 29 14 24 41 15 5 36 27 B-1 29 21 41 9 B-2 38 26 19 6 X-45A X-45B 50 90
第3章 钛及钛合金
3.1 概述 3.2 钛的提取和熔化 3.3 纯钛 3.4 钛合金
3.1 概述
钛源于Titans，即希腊神话中地球上大力士。 地壳中钛元素含量位列第四 (0.86%) ，居铝、铁、镁之后。 自然界中不存在纯钛，仅以氧化物存在，如FeTiO3、TiO2。 强度与钢相当，而密度几乎仅有钢的一半。
马赫数M>5时，蒙皮温度高达数千华氏 度，高超音速轰炸机用材问题非常突出。 即使早期研制的SR-71高空高速侦察机 （M=3），蒙皮温度已相当高，故钛合 金用量高达93%。
民用飞机的上各种材料用量的变化趋势：复合材料和钛合 金的用量不断增多。
钛及钛合金分类
钛及钛合金分类
钛及钛合金可以根据不同的标准进行分类。
1.根据元素及含量，钛材可以分为纯钛和钛合金两大类。
其中，工
业纯钛也可以按照牌号进行细分，如TA1-TA4。
钛合金则按照组织进行分类，如钛合金按组织可以分为α型、β型、α+β型。
2.根据外形，钛及钛合金可以分为棒状、丝状、管状等类型。
3.根据用途，钛及钛合金可以对应到下游各领域如化工、兵器等。
由于钛材优越的性能，它也经常被用于军工，因此也可以被分为军工和民用两类。
此外，根据杂质含量的多少，工业纯钛可以被分为不同牌号，例如TA1、TA2、TA3、TA4等。
每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，代表高纯度。
例如，TA1ELI和TA2ELI等。
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》课件
熔盐法是利用四氯化钛和镁在 高温下反应生成钛和镁的混合 物，再经分离、精炼得到纯钛
。
真空法是利用四氯化钛和氢气 在高温、真空条件下反应生成 钛和氯化氢，再经精炼得到纯
钛。
钛合金的熔炼工艺
钛合金的熔炼方法主要有真空熔 炼和电渣重熔两种。
真空熔炼是利用真空条件下的高 温熔炼技术，将各种金属元素熔
化并混合均匀，形成钛合金。
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轧制是将钛及钛合金的金属坯料在轧机中经过多道次的轧 制，使其逐渐变形、延伸，最终形成所需规格的板材、管 材等。
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挤压是将钛及钛合金的金属坯料放入挤压机中，通过施加 压力使其从模具孔中流出，形成所需形状和尺寸的型材。
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拉拔是将钛及钛合金的金属坯料在拉拔机中进行拉伸，使 其截面减小、长度增加，最终形成所需规格的棒材、动钛及钛合金领域的进步与发展。
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《钛及钛合金》ppt课件
目录
• 钛及钛合金简介 • 钛的物理与化学性质 • 钛合金的种类与特性 • 钛及钛合金的生产工艺 • 钛及钛合金的应用案例 • 未来展望与研究方向
01
钛及钛合金简介
钛的发现与特性
钛的发现
钛元素由英国化学家格雷戈尔于 1791年首先发现，而钛金属在19 世纪末才开始被用于工业生产。
钛的特性
钛是一种银白色的过渡金属，具 有低密度、高熔点、良好的耐腐 蚀性和优异的力学性能等特性。
钛合金的种类与特性
钛合金的种类
根据钛与其他元素的组合，钛合金可 以分为α型、β型和α+β型三类。
钛合金的特性
钛合金具有高强度、良好的耐腐蚀性 和疲劳性能，以及较低的弹性模量， 使其在航空、航天、医疗等领域得到 广泛应用。
钛及钛合金
高温和疲劳性能
在高温下，纯钛迅速软化，从20至250℃强度下降 三分之二，纯钛不宜制作高温承力构件。适当合 金化后，耐热性显著提高，高温钛合金长期使用 温度已达600℃，用于航空发动机的高压压气机部 件，蒸汽透平机的转子及其他高温工作的部件。 钛的疲劳性能特点与钢类似，有比较明显的物理 疲劳极限。纯钛的对称旋转弯曲疲劳极限约为 0.4—0.6σb ， 反 复 弯 曲 疲 劳 极 限 为 0.6-0.8σb 。
30
时效的相变
亚稳定相在时效时可产生时效强化,可分为4种类 型:β相的分解、ω相分解、马氏体α′和α″的 分解和过饱α相分解。钛合金的时效温度一般为 450 -600℃， 4 -12h。含快共析β稳定元素的钛 合金时效时间较短。 亚稳定β相的分解要经历三个阶段：含金元素偏 聚分为贫化 β′ 和富化 β ， β′ 中析出 α″ 或ω 相；α″或ω相分解为 α+β相。
25
钛的冶炼-制取海绵钛的方法
钠还原法是一种设备较简单、投资较低的海绵钛 生产方法，有一段法和二段法之分。
一段法工艺简单，操作方便，产品比较集中，呈坨状，为 间歇作业；
二段法具有半连续作业的优点，第一段连续作业，生产效 率高，结晶钛多，产品质量高，工艺较复杂。 从世界范围绝大部分海绵钛是用镁还原法生产的。还没有 找到经济地生产金属钛的方法,发展钛工业的第一大障碍。
4
第一个实用的钛合金
1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于耐热
性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀
性和生物相容性均较好，成为钛合金工业中的王
牌合金。
该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其 他许多钛合金可看做是Ti-6Al-4V合金的改型。
5
2.14 钛合金的分类
钛合金的分类1. 工业钛合金的分类和编号•根据钛合金退火（空冷）后的组织特点，钛合金可分为α、近α 、 （α＋β）和β四类。
•因这四类的形成与钛合金中所含β稳定元素的数量有关，所以必须明确在各类中的β稳定系数值Kβ值。
（1）α钛合金ØKβ值接近为零的合金，此合金是指其退火组织以α钛为基体的单相固溶体的合金。
Ø工业纯钛TA1、TA2、TA3，以及含不同阿尔法稳定元素或中性元素的TA4，TA5，TA6，TA7. 随序号的增大，合金元素含量增大，强度升高。
Ø不能进行热处理强化，优点是组织稳定，耐腐蚀，容易焊接，缺点是强度低，压力加工性较差，主要用来做飞机上受力不大的板材或者管材结构间。
（2）近α钛合金ØKβ<0.23的合金，这类合金主要靠α稳定元素固溶强化，另加少量β稳定元素，以使退火组织中有少量β相。
Ø热稳定性好，压力加工性好，焊接性能好，低铝当量的近阿尔法合金，适合制造形状复杂的板材冲压及焊接件。
（3）α＋β钛合金ØKβ=0.23-1.0,退火组织为α＋β相的钛合金，也称为两相钛合金。
我国这类合金的牌号为TC，后跟合金序号，如TC4、TC5、TC6等。
（4） β钛合金Kβ>1，此类合金含β稳定元素较多。
我国这类合金的牌号为TB，后跟合金序号，如TB1、TB2等。
（3）α＋β钛合金•这种合金是指其退火组织为α＋β相的钛合金，也称为两相钛合金。
我国这类合金的牌号为TC，后跟合金序号，如TC4、TC5、TC6等。
（4） β钛合金•此类合金含β稳定元素较多。
我国这类合金的牌号为TB，后跟合金序号，如TB1、TB2等。
n 形状记忆效应指合金在一定条件下, 变形后仍能恢复到变形前形状的能力. 在某一相变温度,存在一对可逆转变的晶体结构, Ni-Ti、Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Nb合金等存在形状记忆效应.n 具有传感和驱动双重功能, 是一种智能材料, 广泛应用于宇航, 自控, 医疗和生活等领域.用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线。