钛合金
钛合金
到α’＋ 残余β相组织。
当含量达到C2时，马氏体转变完全被抑 制，只有残留β相（机械不稳定，在应力 作用下分解）存在。 当含量≥C3时，为机械稳定β相（非热力
学稳定，回火时分解）。
当元素含量超过C4时才得到室温热力学 稳定的β相。
β相稳定元素含量与淬火快冷 组织关系示意图
气体杂质元素的分类与作用
第十一章
钛合金
序
发现于18世纪末。
言
但由于化学活性高，提取困难，直到1910年金属钛才被 美国科学家用钠还原法(亨特法)提炼出来。 1936年卢森堡科学家克劳尔用镁还原法(克劳尔法)还原 TiCl4，制得海绵钛，奠定了金属钛生产的工业基础。其
技术转让到美国，1948年在美国首先开始海绵钛的工业
控制第二相的数量、大小和分布。
典型合金Ti-13V-11Cr-3Al，经固溶淬火冷成形及时效处理，可获得高强
度。该合金已成功制作SR-71飞机的蒙皮。
要进一步提高强度，先要解决韧性低问题。 细化β晶粒可以提高塑性，但不能提高断裂韧性；通过形变热处理改善
断裂韧性。
钛合金的发展趋势
全世界已研制了几百种钛合金，但投入工业生产的不到100种。我国研制 的钛合金有近60种。列入国家标准的已有40余种。 目前钛合金发展的趋势是发展竞争力更强的钛合金，实现高性能化、多 功能化和低成本化。
钛合金的分类
按其成分和室温下的组织分为三类：
α-钛合金 ：显微组织是α相，含有α相稳定元素及一些中性强
化元素。主要元素是铝、锆、锡等。典型合金有Ti-8Al-1Mo-1V。
α+β钛合金 ：显微组织是α+β相，含有较多的α相稳定元素
和β相稳定元素。
纯钛和钛合金有什么区别【一文搞懂】
纯钛和钛合金的区别是怎样的呢？下面小编为大家详细介绍一下。
一、指代不同1、纯钛：钛具有银白色的金属光泽。
密度为4.51g·cm^-3，是最重的轻金属。
2、钛合金：是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。
二、特性不同1、纯钛：熔点（1668±10）℃，沸点3260℃。
熔点比铁和镍高。
25C时的热导率为14.99W·（m·℃)^-1，只有铁的1/6，铝的1/16，对切削加工和焊接不利。
25C时的膨胀系数为8.36×10^-6℃^-1。
2、钛合金：钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。
钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。
三、用处不同1、纯钛：纯钛在大多数介质中，特别是在中性、氧化性和海水等介质中有极高的抗蚀性。
在海水中的抗蚀性比铝合金、不锈钢和镍基合金还高；在工业、农业环境和海洋大气中虽经数年，表面也不发生任何变化。
2、钛合金：钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。
另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。
还有抗磨性差，生产工艺复杂。
纯钛在分类、性能和用途上的分析介绍。
一、纯钛的分类根据杂质含量，钛分为高纯钛（纯度达99.9%）和工业纯钛（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。
二、纯钛的性能Ti：4.507 g/cm3，Tm：1688℃。
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。
纯钛的强度低，但比强度高，塑性好，低温韧性好，耐蚀性很高。
钛具有良好的压力加工工艺性能，切削性能较差。
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。
三、纯钛的用途杂质含量对钛的性能影响很大，少量杂质可显着提高钛的强度，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。
钛合金的材料
钛合金的材料
钛合金是一种具有很高强度、良好的耐腐蚀性和优异的热特性的金属材料。
它由钛和其他金属元素（如铝、钒、铬等）混合而成，因此具有钛的优点，同时克服了钛的一些缺点。
钛合金广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械、化工等领域，成为一种重要的结构材料。
首先，钛合金具有很高的强度。
它的抗拉强度和屈服强度都比普通的钢材高出许多，因此在一些对强度要求较高的场合，如航空航天领域的航空发动机、航空器结构等，钛合金得到了广泛的应用。
与此同时，钛合金的密度却比钢轻，因此在重量要求较高的场合，如汽车、自行车等领域，也可以用钛合金来替代钢材，减轻结构的重量。
其次，钛合金具有良好的耐腐蚀性。
钛合金在常温下能够抵抗大多数酸、碱的腐蚀，因此在化工、海洋工程等领域也有广泛的应用。
此外，钛合金还具有很好的生物相容性，因此在医疗器械、人工关节等领域也有很多应用。
另外，钛合金还具有优异的热特性。
它的熔点很高，可以达到1668摄氏度，因此在高温环境下依然能够保持较好的强度和硬度。
这使得钛合金在航空航天领域的高温结构件、航空发动机叶片等方面有着广泛的应用。
总的来说，钛合金是一种优秀的材料，它具有很高的强度、良好的耐腐蚀性和优异的热特性，因此在航空航天、汽车、医疗器械、化工等领域有着广泛的应用前景。
随着科技的发展，相信钛合金在未来会有更广阔的应用空间。
钛合金简介介绍
熔炼
轧制
通过轧机对钛合金进行塑性加工，使其变形并获得所需的形状和尺寸。轧制工艺可以生产出薄板、厚板、棒材和管材等。
锻造
锻造是将钛合金加热至高温，然后通过模具进行塑性变形，以制造出复杂的形状和结构。锻造工艺可以提高钛合金的机械性能和疲劳寿命。
钛合金的焊接可以采用钨极氩弧焊、激光焊、电子束焊等多种方法。焊接过程中应严格控制热输入和保护气体，以防止金属过热和氧化。
尽管钛合金具有许多优良的性能和应用前景，但由于其市场认知度较低，很多企业和消费者对其了解不足。这限制了钛合金在市场上的推广和应用。
为了提高市场认知度，需要加强宣传和推广工作，例如通过举办展览、开展科普活动等方式，向公众普及钛合金的知识和优势。同时，政府和企业也可以通过政策支持和合作项目，推动钛合金在各领域的应用和发展。
钛合金的耐腐蚀性和环保性可以减少对环境的污染和破坏，有利于保护环境。
环境保护
钛合金的挑战与问题
05
由于钛合金的原材料成本较高，且生产过程中需要经过复杂的工艺流程，因此其生产成本相对较高。这限制了钛合金在某些领域的应用，如大规模制造和日常消费品生产。
为了降低成本，一些研究者和企业正在探索新的生产工艺和材料替代方案，例如利用钛废料进行再加工、开发低成本钛合金等。
表面处理的应用
钛合金的发展趋势和未来展望
04
钛合金具有高强度和低密度的特点，能够广泛应用于航空、航天、医疗等领域。
高强度
耐腐蚀性
加工性能
钛合金具有优异的耐腐蚀性能，能够在海洋、化工等领域发挥重要作用。
钛合金的加工性能优异，可以通过各种加工技术制成各种复杂形状和结构。
03
02
01
钛合金可以回收再利用，减少对环境的污染和资源浪费。
钛合金是什么材料
钛合金是什么材料
钛合金是一种由钛和其他金属或非金属元素组成的合金材料。
它具有低密度、
高强度、耐腐蚀、耐高温等优良性能，因此被广泛应用于航空航天、船舶制造、化工、医疗器械等领域。
钛合金的研究和应用对于推动现代工业的发展具有重要意义。
首先，钛合金的低密度使其成为一种理想的结构材料。
相比于钢铁和铝合金，
钛合金的密度更低，因此在航空航天领域得到了广泛应用。
它可以减轻飞机、火箭等载具的重量，提高燃料利用率，降低成本，同时也能够提高飞行器的载荷能力，延长使用寿命。
在船舶制造领域，钛合金也可以减轻船体重量，提高船舶的速度和燃油效率。
其次，钛合金具有优异的耐腐蚀性能。
在海水、酸雨、高温高压等恶劣环境下，钛合金能够保持良好的表面光洁度和化学稳定性，不易产生腐蚀和氧化。
因此，它被广泛应用于海洋工程、化工设备等领域。
在海洋平台、海底管道、化工容器等设备中，钛合金能够有效延长设备的使用寿命，减少维护成本，保障设备的安全运行。
另外，钛合金还具有良好的耐高温性能。
在高温环境下，钛合金仍能保持一定
的强度和刚度，不易变形和熔化。
因此，它被广泛应用于航空发动机、汽车发动机、石油化工设备等高温工作条件下的零部件制造。
钛合金的高温性能不仅能够提高设备的工作效率，还能够减少能源消耗，降低环境污染。
总的来说，钛合金作为一种先进的结构材料，具有低密度、高强度、耐腐蚀、
耐高温等优良性能，被广泛应用于航空航天、船舶制造、化工、医疗器械等领域。
随着科技的不断进步，钛合金的研究和应用将会得到进一步的推动，为现代工业的发展注入新的活力。
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 —。
钛合金分级
钛合金分级
钛合金是一种高强度、轻质、抗腐蚀的金属材料，常用于航空、航天、医疗、海洋等领域。
根据其化学成分、热处理状态和机械性能等因素，钛合金可以分为多个不同的等级。
其中，常见的有4个等级：TA1、TA2、TA3和TA4。
TA1是最纯的钛合金，具有较高的强度和塑性。
TA2是最常用的钛合金，具有良好的可焊性、可锻性和抗腐蚀性。
TA3和TA4较少使用，但其强度和耐腐蚀性能均优于TA2。
除此之外，还有其他等级的钛合金，如高温钛合金、高强度钛合金等，应用范围更加广泛。
不同等级的钛合金适用于不同的工程领域，选择合适的钛合金等级可以提高材料的性能和使用寿命。
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钛合金主要成分合金元素
钛合金是一种重要的结构材料，主要由钛和其他合金元素组成，常见的钛合金主要成分包括：
1. 钛（Titanium）：是钛合金的基本元素，具有低密度、高强度、耐腐蚀等优良性能，是一种重要的结构材料。
2. 铝（Aluminum）：铝的加入可以提高钛合金的强度和硬度，同时降低密度，改善耐热性和耐腐蚀性。
3. 钒（Vanadium）：钒的添加可以提高钛合金的强度、硬度和热稳定性，同时改善其加工性能和耐磨性。
4. 铁（Iron）：铁对提高钛合金的强度和硬度有一定作用，但限制了其热加工能力，通常在含量中要控制。
5. 铬（Chromium）：铬的加入可以提高钛合金的耐腐蚀性能，尤其对氧化、硫化和盐水腐蚀有较好的抵抗能力。
6. 锆（Zirconium）：锆可以有效地提高钛合金的耐腐蚀性能和强度，降低氧化性能。
7. 镍（Nickel）：镍对改善钛合金的强度、韧性和耐磨性有一
定作用，但过多的镍可能会降低耐腐蚀性。
8. 铜（Copper）：铜可以提高钛合金的强度和硬度，同时影响其耐腐蚀性能。
以上元素是钛合金中常见的主要合金元素，它们的含量比例和组合方式会影响钛合金的性能特点，比如强度、硬度、耐腐蚀性、耐热性等。
不同的应用领域和要求可能需要选择不同的钛合金类型和成分配比。
钛合金介绍
钛合金合金化原理强韧化机制及其应用前言钛发现于18世纪末，但由于化学活性高，提取困难，直到1910年金属钛才被美国科学家用钠还原法(亨特法)提炼出来。
1936年卢森堡科学家克劳尔用镁还原法(克劳尔法)还原TiCl4，制得海绵钛，奠定了金属钛生产的工业基础。
其技术转让到美国，1948年在美国首先开始海绵钛的工业生产。
中国继美、日、前苏联之后，于1958年开始钛的生产。
一钛合金的合金化原理1 将钛的合金元素分成三类：α相稳定元素，能提高α→β相的转变温度，扩大α相区，如铝和氧、氮等；中性元素，在α相和β相中均有较大固溶度，对α⇔β相变温度影响不大，如锡、锆等。
β相稳定元素，一般是降低β相的转变温度，扩大β相区，它又可分两小类。
产生β相共析分解的元素，如Cr、Mn、Fe、Cu、Ni、Co、W等。
随温度降低，β相发生共析分解，析出α相及金属间化合物（图c）。
二元相图上不产生β相共析分解，但慢冷时析出α相，快冷时有α’马氏体相变，包括Mo、V、Nb、Ta等。
稳定β相的能力是Mo＞V＞Nb＞Ta。
2 β相稳定元素含量与淬火快冷组织关系当β相稳定元素含量较低时，β发生马氏体相变，形成α’相。
当含量达到C1之前，β相发生完全的马氏体相变；在C1到C2区间，可以有部分β相残留，得到α’＋残余β相组织。
当含量达到C2时，马氏体转变完全被抑制，只有残留β相（机械不稳定，在应力作用下分解）存在。
当含量≥C3时，为机械稳定β相（非热力学稳定，回火时分解）。
当元素含量超过C4时才得到室温热力学稳定的β相。
3 气体杂质元素的分类与作用氧稳定α相元素，提高α→β相转变温度。
占据八面体间隙位置，产生点阵畸变，提高强度、降低塑性。
氮与氧类似，是强稳定α相元素，提高α→β相转变温度，强烈提高强度而降低塑性。
氢稳定β相，降低塑性和韧性。
钛中的氢很容易引起“氢脆”。
335℃时氢在α-Ti中的溶解度为0.18%，并随温度降低而迅速下降，从钛固溶体中析出氢化钛而引起的脆性。
国内外常用钛及钛合金牌号
国内外常用钛及钛合金牌号国内外常用的钛及钛合金牌号有很多，以下是一些常见的牌号及其特点：1. TC4（国内牌号：钛合金Ti-6Al-4V）：TC4是一种α+β型钛合金，由6%的铝和4%的钒组成。
它具有良好的机械性能，具有较高的强度、良好的耐腐蚀性和良好的韧性。
它被广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
2. TA1（国内牌号：纯钛Ti）：TA1是最常见的纯钛牌号，它具有优异的耐腐蚀性、低密度和良好的可加工性。
它广泛应用于化工、海洋、船舶、食品工业等领域。
3. TA2（国内牌号：纯钛Ti-2）：TA2是一种具有良好力学性能和耐腐蚀性能的纯钛牌号。
它比TA1稍低的纯净度使得其价格相对较低，广泛应用于船舶、化工设备和制药设备等领域。
4. Ti-3Al-2.5V：Ti-3Al-2.5V是一种α+β型钛合金，由3%的铝和2.5%的钒组成。
它具有良好的耐腐蚀性、高强度和良好的可塑性。
它被广泛应用于船舶、化工设备、航空航天和医疗器械等领域。
5. Ti-6242（国内牌号：钛合金Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo）：Ti-6242是一种具有高强度和优异的抗腐蚀性能的α+β型钛合金，由6%的铝、2%的锡、4%的锆和2%的钼组成。
它被广泛应用于航空航天、船舶、汽车和化工设备等领域。
6. Ti-15333（国内牌号：钛合金Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al）：Ti-15333是一种α+β型钛合金，由15%的铝、3%的钒、3%的铬和3%的锡组成。
它具有较高的强度和良好的耐腐蚀性能，在航空航天、船舶和化工设备等领域有广泛应用。
这些是常见的国内外常用钛及钛合金牌号，每个牌号都具有不同的特点和适用领域。
根据具体的工程要求和应用环境，可以选择合适的钛及钛合金牌号，以满足不同领域的需求。
钛合金的简介
钛是伴生金属元素
工业上生产金属钛的主要化学反应有两个：先用金红石矿中的二氧化 钛与碳、氯气，在高温达800～900℃的条件下，反应生成四氯化钛； 再用金属镁与四氯化钛，在600～800℃的温度及惰性气体的保护下 （钛化学活性非常大，易于空气发生剧烈化学反应）反应生成金属钛。
优良性能
强度高 钛合金的密度一般在4.5g/cm³左右，仅为钢的60％，若按单位
重量的强度（称比强度）测定，钛合金是铝合金的1.3倍，镁合金的1.6 倍，不锈钢的3.5倍，是所有金属材料中的冠军。热强度高 使用温度比铝合金高几，可在450～500℃的温度下长期
工作 。
抗蚀性好 耐酸、耐碱、耐大气腐蚀，对点蚀、应力腐蚀的抵抗力特别
钛和钛合金简介
Presentation
主讲：### 组员：### ### ### ###
试验班
◆在介绍钛合金之前，我们先来了解下 面几个问题。
什么是钛？什么是钛合金 钛合金的性能有哪些 钛合金的分类 钛合金的应用
Your company slogan
Titanium
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。
Your company slogan
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。 β型钛合金: 合金加入了大量的多组元β相稳定元素，主要元素为铬、钴、锰、钨 、铁、镍、钽等，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。
钛合金简介
钛合金基础知识钛钛是一种金属元素，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。
钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工业和航海工业。
钛合金概念定义：以钛为基加入其他合金元素组成的合金称作钛合金。
钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、工艺性能好等优点,是较为理想的航天工程结构材料。
研究范围：钛合金可分为结构钛合金和耐热钛合金,或α型钛合金、β型钛合金和α＋β型钛合金。
研究范围还包括钛合金的成形技术、粉末冶金技术、快速凝固技术、钛合金的军用和民用等。
性能钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。
99.5%工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/立方厘米，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25%，断面收缩率ψ=25%，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
强度高钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，纯钛的密度才接近普通钢的密度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。
因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。
飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。
热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。
钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。
抗蚀性好钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。
但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。
低温性能好钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。
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)
?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 。
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。
? 钛一般不发生孔蚀；除在几种个别介质（如发烟硝酸、甲 醇溶液）中，也不发生晶间腐蚀；钛的应力腐蚀破裂敏感 性小，具有抗腐蚀疲劳的性能，耐缝隙腐蚀性能良好。
?当合金在 β相区处理时，则控制冷却可得到魏氏组织片状 α相和 网篮状组织。在相同强度条件下，这种组织具有比等轴 α结构高的 断裂韧性、疲劳裂纹扩展阻力和蠕变强度。
钛合金的强韧化基础－β钛合金和近β钛合金
据八面体间隙位置，产生点阵畸变，起强化作用，不利塑性。 因此，利用含氧量的不同可以得到几种不同强度及加工性能 组合的商业用纯钛。一般含氧量均较高， w(O)达0.1~0.2% 。
?氮：是强稳定α相元素，溶解度达6.5~7.4%( 质量)，也是
存在于间隙位置，形成间隙固溶体。它强烈提高强度而降低 塑性，当w(N)0.2% 时可发生脆性断裂。所以含氮量不能太高， 但实际合金的w(N)也有0.03~0.06% 的水平。
四、钛合金的发展与应用
一 、 简介
钛合金
钛的珍贵性在于比重小，强度高。钛比铁强韧的多，比重却仅为铁 的一半多点，而且不会生锈；钛比铝的比重大不足2倍，但是强度是铝的 3倍，而且耐热性远高于铝。钛合金的性能更加优良，钛合金的比强度 （强度/密度）是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，镁合金的1.6倍。比强 度是目前工业金属中最高的。钛合金在540℃的比强度高于钢，这种优点 首先应用于航空发动机。钛合金又能抗住200℃低温而不破坏。钛合金是
TA2，TA3，钛合金是TC4，TC11，TA9，TA10等。这些合金，大部分为仿制俄、美、英、日等发
达国家的钛合金，少部分为近10年来自主开发的钛合金。西北有色金属研究院自主研发的Ti-31， Ti-75，CT20，Ti-40，TC21等合金在舰船、航空航天领域已获得重要工程应用。在高温钛合金方 面，我国已实现工程化应用的成熟钛合金是TC4（400℃），TC6（450℃），TC11（500℃），
现代超音速飞机、火箭、导弹和航天飞机等不可缺少的材料。
美国F14A和F15A飞机用钛及其它材料的比重：钛合金25％25.8 ％；铝合金35％37.5％；钢17％5.5％；复合材料1.2％；其它30.2%。
钛合金作为耐热和耐蚀材料，在许多情况下可以替代镁合金和铝合
金，也可代替不锈钢。应用于化工、石油、发电、冶金等部门。 纯钛在常压下有2种同素异晶结构：882.5℃以下是密排六方晶格α －Ti；以上是体心立方晶格β－Ti。合金元素的作用是提高或者降低 β/α转变温度，即稳定α相或稳定β相。Al、Ca等元素主要是稳定α
α钛合金一般在800℃以下均为α相，不能热处理强化。强化方法是 加工硬化和合金元素的固溶强化。工业纯钛室温拉伸强度在35－ 70kg/mm2（Mpa）具有很高的工艺塑性（延伸率30％），适合冷态下 加工成型为各种板材结构件和冲压件（飞机上受力不大的部件）。焊接 性能好。典型牌号是TC1。 β钛合金，可以通过淬火和时效实现强化。工业上使用的钛合金大
钛合金主要成分合金元素
钛合金主要成分合金元素
钛合金的主要成分合金元素包括铝（Al）、锡（Sn）、锆（Zr）、钒（V）、钼（Mo）、锰（Mn）、铁（Fe）、铬（Cr）、铜（Cu）和硅（Si）等。
这些元素的添加是为了改善钛合金的性能，如强度、耐蚀性和耐热性等。
例如，铝是钛合金中主要的α稳定元素之一，它能提高合金的常温和高温强度，降低比重并增加弹性模量。
此外，钛合金中的铜部分以固溶状态存在，另一部分形成Ti2Cu或TiCu2化合物，这些化合物具有热稳定性，能够提高合金的热强化性。
因此，通过添加这些合金元素，可以显著改善钛合金的综合性能，使其在航空航天、医疗设备、汽车制造等多个领域得到广泛应用。
名词解释钛合金
名词解释钛合金
嘿，你知道钛合金不？这玩意儿可厉害啦！钛合金呀，就像是一位
超级英雄，拥有着各种强大的能力。
比如说，它特别坚固，就像钢铁
侠的战甲一样牢不可破。
想象一下，飞机在天空中翱翔，那翅膀可不
能随随便便就出问题吧，很多飞机的关键部位就是用钛合金制造的呢！汽车也是呀，要跑得又快又稳，钛合金在其中也发挥着重要作用。
我记得有一次和朋友聊天，说到了钛合金。
朋友就很惊讶地问：“这钛合金到底有啥特别的呀？”我就给他解释，钛合金不仅坚固，还
很轻呢！这就好比一个大力士，力气超大但自身重量又很轻，是不是
很牛？像那些高端的自行车，为了追求速度和性能，也会用到钛合金呢，难道你不想拥有一辆这样酷炫的自行车吗？
钛合金在医疗领域也有着重要地位哦！它可以用来制作医疗器械和
植入物，就像医生手中的神奇工具。
你想想，要是身体里需要一个东
西来帮助恢复健康，那这个东西肯定得既安全又可靠呀，钛合金就完
全能做到。
还有哦，在航天领域，钛合金简直就是不可或缺的。
火箭要冲向太空，那得经受多大的考验呀，钛合金就能扛得住那种极端的环境。
这
不就像一个勇敢的探险家，无畏地冲向未知的世界嘛！
总之，钛合金就是这么厉害的一种材料，它在各个领域都发挥着至关重要的作用。
它是坚固与轻巧的完美结合，是科技进步的重要推动者。
所以呀，钛合金真的是值得我们好好去了解和认识的呢！。
钛合金材料简介及特点
钛合金材料简介及特点
1. 嘿，你知道钛合金材料吗？它可是个厉害的家伙呢！比如说飞机上的那些关键部件，很多可都是钛合金做的哟！它强度高得很呐，就像一个超级大力士！
2. 哇塞，钛合金材料的耐腐蚀性那叫一个绝！你想想看，那些长期在恶劣环境下工作的设备，要是没了钛合金，那不得很快就报废啦？这就好比在狂风暴雨中坚守的战士！
3. 朋友，钛合金材料的耐热性也是超棒的哟！像那些高温工作的场合，钛合金都能轻松应对，简直就是个不怕热的小强嘛！
4. 嘿，钛合金材料的密度相对较低哦，这意味着啥？意味着它轻便啊！就如同一只灵活的小鸟，能轻松地在空中翱翔！
5. 你可别小瞧钛合金材料，它的加工难度虽然高，但一旦做成成品，那可真是牛掰极了！就像攀登高峰，过程艰辛，但登顶后的风景美极了！
6. 哇哦，钛合金材料在医疗领域也有大用处呢！像那些植入人体的医疗器械，不就得靠它的稳定性和生物相容性嘛，这难道不是像一个贴心的小天使在守护我们的健康吗？
7. 讲真的，钛合金材料真是无处不在啊！从航天到日常生活，都有它的身影，这难道不神奇吗？就像一个默默奉献的无名英雄！
8. 总之，钛合金材料就是这么牛！有着诸多令人惊叹的特点，在各个领域都大显身手，你能不喜欢它吗？。
钛合金应用案例
钛合金应用案例
钛合金是一种强度高、密度低、耐腐蚀的金属材料，具有广泛的应用领域。
以下是一些钛合金的应用案例：
1. 航空航天工业：钛合金被广泛用于飞机、导弹、火箭等航空航天器件的制造。
它的高强度和轻质特性使得飞机结构更轻，提高燃油效率和飞行性能。
2. 医疗器械：由于钛合金具有良好的生物相容性和抗腐蚀性，它被广泛用于制造人工关节、植入式医疗器械、牙科种植体等。
钛合金的生物相容性使得它可以与人体组织良好地结合，减少排异反应的风险。
3. 汽车工业：钛合金在汽车制造中用于减轻车辆重量、提高燃油效率和安全性能。
它可以用于制造发动机零部件、悬挂系统、排气管等关键组件。
4. 体育用品：一些高端的体育用品，如高尔夫球杆、自行车框架、网球拍等，采用钛合金材料制造。
钛合金的高强度和耐用性使得这些用品更加轻便、坚固，并能提供更好的性能。
5. 化工工业：由于钛合金的耐腐蚀性，它被广泛应用于化工设备、石油加工设备、海水淡化设备等领域。
钛合金可以抵抗酸碱腐蚀和高温环境，保证设备的使用寿命和安全性。
6. 造船业：在船舶制造中，钛合金被用于制造船体结构、船用设备和海水处理系统等。
它的高强度和抗腐蚀性使得船舶更耐用，并能在恶劣的海洋环境下保持良好的性能。
这些只是钛合金应用的一些典型案例，实际上钛合金还有许多其他领域的应用，如化工、电子、体育用品等。
随着技术的进步和钛合金的研发，它在各个领域的应用前景仍然非常广阔。
钛合金
太空金屬不是嚴謹的科學名詞，只是泛指一些太空計劃所特別發展或使用的金屬或合金，這些金屬通常有質堅物輕的特性( 例如不少太空船所採用的鈦合金) ，可惜的是，這已經是一個被商界濫用的名詞，為了凸顯高科技的感覺，很多廣告隨意安上太空金屬、太空物料、太空X X 等名詞。
有些科幻小說也很喜歡說某科學家發現了含有地球上不存在的太空金屬的隕石，又或是飛碟由不知名太空金屬所製造之類，這些都只是小說家言，姑妄聽之便可以了。
到目前為止，所有隕石所含的物質或組成宇宙的物質，其實和地球所有的，並沒有甚麼分別，只是成份比例不同而已。
钛合金按组织可分三类.(1钛中加入铝和锡元素.2钛中加入铝铬钼钒等合金元素.3钛中加入铝和钒等元素.)钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好.另外:钛合金的工艺性能差,切削加工困难.在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质.还有抗磨性差,生产工艺复杂.titanium alloys以钛为基加入其他元素组成的合金。
钛的工业化生产是1948年开始的。
航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约8％的增长速度发展。
目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。
使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装臵等。
钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。
此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。
中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。
特点钛合金与其他金属材料相比,有下列优点:①比强度（抗拉强度／密度）高（见图）,抗拉强度可达100～140kgf/mm2，而密度仅为钢的60％。
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各位老师，大家上午好。
我今天试讲的内容为“铸造钛合金及其成形工艺”，分四个部分进行讲述。
一、铸造钛合金的分类
二、钛合金的特性
三、钛合金的铸造性能
四、钛合金的成形方法
一、铸造钛合金的分类
钛是同素异构体，熔点1720℃，882℃为同素异构转变温度。
α-Ti是低温稳定结构，呈密排六方晶格；β-Ti是高温稳定结构，呈体心立方晶格。
不同类型的钛合金，就是在这两种不同结构中添加不同种类、不同数量的合金元素，使其改变相变温度和相分含量而得到的。
室温下钛合金有三种基体组织（α、β、α+β），故钛合金也相应分为三类。
1.α钛合金
它是α相固溶体组成的单相合金。
耐热性高于纯钛，组织稳定，抗氧化能力强，500~600℃下仍保持其强度，抗蠕变能力强，但不能进行热处理强化。
牌号有TA7、TA8等。
2.β钛合金
它是β相固溶体组成的单相合金。
不经热处理就有较高的强度，淬火时效后合金得到了进一步强化，室温强度可达1373~1668MPa，但热稳定性较差，不宜在高温下使用。
牌号有TB1、TB2等。
3.α+β钛合金
它由α及β相组成，α相为主，β相少于30%。
此合金组织稳定，高温变形性能好，韧性和塑性好，能通过淬火与时效使合金强化，热处理后强度何必退火状态提高50%~100%，高温强度高，可在400~500℃下长期工作，热稳定性稍逊于α钛合金。
牌号有TC1、TC4、TC6等。
二、钛合金的特性
钛及钛合金是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料，具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面：
1. 比强度高。
钛合金的密度仅为钢的60%左右，约4.5g/cm3，但强度却高于钢，如抗拉强度为686—1176MPa，是现代工程金属材料中最高的。
几种金属材料在不同温度下的比强度，可以看出，用钛合金代替钢和铝合金而降低重量是相当可观的。
资料介绍，自20世纪60年代中期起，美国将81%的钛合金用于航空工业，其中40%用于发动机构件，36%用于飞机骨架，甚至的蒙皮、紧固件及起落架等也使用钛合金，大大提高了飞机的飞行性能。
由于高的比强度，钛合金可能易于替代那些空间受限的铝合金及钢构件，如苏-27飞机起落架臂就采用钛合金。
2. 热强性好
往钛合金中加入合金强化元素后，大大提高了钛合金的热稳定性和高温强度，如在300~350℃下，其强度为铝合金强度的3~4倍。
3. 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—600℃；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－253℃时还能保持良好的韧性。
4.钛的抗腐蚀性强。
钛在550℃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。
5.与复合材料的相容性好。
人们发现钛在与聚合物复合材料基零件接触的部位具有广泛的用途。
与铝合金相比，钛及其合金与碳纤维的电势更为接近，且具有较为相近的热膨胀系数。
近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。
钛合金在航空发动机上已取代铝合金、镁合金及钢构件。
目前先进发动机压气机盘、压气机叶片和风扇叶片以及机匣等均由钛合金制造，即实现压气机全钛化方案。
如阿波罗飞船，其用钛量高达1180kg。
钛合金在先进飞机上也获得大量应用，如苏-27飞机上各种钛合金零件的重量约占飞机结构重量的15%；美国第三代战斗机F-14和F-15上钛合金零件的总重量占飞机结构重量的比例分别为24%和27%，而美国第四代战斗机F-22上的钛合金用量已达41%。
三、钛合金的铸造性能
1. 化学活性大
钛和钛合金的化学活性大，能与空气中的氧、氮、氢、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、氨气等产生强烈化学反应，且易与铸造中常用的耐火材料发生化学反应，生成硬化层或脆性层，使得脆性加大，塑性下降。
2. 流动性和充填性能差
钛合金的熔点高，难以获得高的过热度，需要在外力的辅助作用下才能成形。
浇注前对铸型预热，也可以提高钛合金熔体的流动性
3. 导热性能差、弹性模量小
钛合金的导热系数仅为钢的1/7、铝的1/4；弹性模量为钢的1/2，刚性差、变形大，不宜制作细长杆和薄壁件。
铸造钛合金成形这么困难，为什么还要发展铸造钛合金呢？主要有以下一个方面的原因：1. 可以直接成形各种复杂形状和尺寸的近净尺寸或者净尺寸的结构件，提高材料的利用率，减少机加工量，缩短生产周期。
2. 相对于当结构件采用铸造方法成形时，其设计有很大的灵活性。
3. 随着铸造工艺的提高和热等静压技术在钛合金铸件方面的成功应用，较好的解决了铸件的质量问题，提高了铸件的可靠性。
四、钛合金的铸造工艺
一）熔炼工艺：
我国的钛铸造90% 以上熔炼与铸造设备都采用真空自耗电极电弧凝壳炉加离心铸造。
坩埚采用水冷铜坩埚，钛液的最大浇注量为500 kg。
自耗电极电弧熔炼法是以钛或钛合金制成的自耗电极为阴极，以水冷铜坩埚为阳极；大电流熔炼，钛电极的熔化速度远远大于钛的凝结速度，熔化了的电极以液滴形式进入坩埚，形成熔池；熔池表面被电弧加热，始终呈液态，底部和坩埚接触的四周受到循环水强制冷却，产生自下而上的结晶。
这种方法具有结构简单、维持费用低、大型化容易等优点，缺点是浇注温度难以调节和控制，一停弧后，金属液必须在3~5秒内全部从坩埚倒出，否则温度急剧下降，金属液过热度不高，使得液体流动性和补缩能力较差。
自耗电极电弧熔炼对电极的质量要求很高，要求电极内部组织致密。
熔炼过程中危险性较大，稍微操作不慎将会出现电弧损坏坩埚，造成坩埚外壁强制冷却的循环水进入坩埚，污染钛液，水蒸气损坏真空泵系统。
二）铸件造型工艺：
钛合金铸造的造型工艺主要有金属型、机加工石墨型、金属面层陶瓷型壳、氧化物陶瓷型壳。
1）金属型
金属型在钛合金铸造领域中，用作铸型的金属材料主要有铜、钢、铸铁、钨、钼等，与石墨加工型一起统称为硬模系统。
由于存在着工艺上的分型等难点，这种方法很难制造出复杂形状的钛铸件，而大多只在特定的铸件上使用。
2）石墨型
机加工石墨型强度高，退让性不好，对液态钛要产生激冷，常使铸件表面产生裂纹和冷隔，生产成本高、生产周期长。
石墨孔隙较大，容易吸潮，所以机加工石墨型使用前必须进行除油、除气处理，否则铸件表面氧化现象严重。
铸件尺寸比较大，壁比较厚（≥5mm），形状简单，所需数量只有一件或几件。
选择机加工石墨型。
3）陶瓷型
目前航空和航天工业上用的钛合金铸造结构件，98%以上都是熔模精密铸造的。
常用于钛合金熔模精密铸造铸型的有钨面层陶瓷型壳、氧化物陶瓷型壳。
其差别在于面层使用的耐火填料和撒砂以及粘结剂不同，工艺流程基本上是一样的。
（1）金属面层陶瓷型壳采用难熔金属钨粉作为耐火材料，金属钨的熔点高，与钛液接触时化学稳定性好，但是钨粉应具有较高的纯度，杂质含量不能超过规定标准，否则将影响钛铸件的品质。
（2）氧化物陶瓷型壳是将惰性氧化物做为面层型壳耐火材料。
各种氧化物材料按其对熔融钛合金的化学稳定性由低到高排列的顺序如下：SiO2、MgO、Al2O3、CaO、ZrO2、
Y2O3、ThO2。
ThO2由于具有放射性已基本不用。
CaO容易吸潮，所以阻碍了它的应用。
现在，用作熔模铸造型壳面层和邻面层的材料主要是Y2O3、ZrO2。
三）铸件成形
目前，铸造钛合金的成形通常采用重力浇铸和离心浇注。
除此之外，近年来压力铸造、真空加压铸造、电磁铸造、真空吸铸等也开始发展，不过还没在工业中获得应用。
1. 重力铸造
重力铸造是最早应用的浇注方法，靠浇口杯和直浇道金属压头的作用，使钛合金熔体平稳的充填铸型，并建立铸件顺序凝固的条件，从而铸造出质量合格的铸件。
研究表明，重力铸造时影响钛合金充型能力的最大因素是液态钛在铸型中的流动速度和液态钛的过热度。
而钛液在铸型中的流动速度是非常有限的，一般不会超过1.5m/s，因此重力浇铸只适合于铸造一些形状简单的大型厚壁钛合金铸件。
2. 立式离心铸造
钛及其合金在冷型浇注时凝固非常快，而且由于液态钛与铸型相互反应，在铸件成形过程中会出现大量气体，导致铸件出现气孔。
解决上述问题的途径是使金属液迅速充填铸型并提高金属液中的压力。
有人经过试验发现，要达到这样，金属液在铸型型腔中的运动线速度应当不低于0.8m/s，金属液中的压力应大于0.12Mpa，立式离心机的离心浇注可以满足这些要求。
对于航空航天用的一些形状复杂的薄壁结构件，只能采用离心浇注或者其外力辅助的成形方法。
研究表明：采用冷坩埚感应熔炼后进行离心浇注生产钛合金铸件，不仅可以提高钛合金熔体的充型能力、缩短充填时间，还可以节省原材料、降低成本，提高铸件精度，消除钛合金铸件的缩松和疏松，可以实现大尺寸、复杂、薄壁铸件的近净成形。