钛合金相变点概述
钛合金相变知识(整理)
钛合金的固体相变（整理版）钛的主要相及其结构纯钛在固态下有两种同素异构体，常温下以密排六方(hcp)晶格结构存在，称之为α钛。
hcp单元晶胞如图1-1左图所示，在室温下点阵常数a=0.295nm，c=0.468nm。
纯钛的c/a=1.587，小于理想hcp结构的c/a值1.663，(0001)是称为底面(basal plane)，为密排面；(1010)称为棱柱面，(1011)称为棱锥面；a1、a2、a3轴是密排方向，即<1120>方向。
当温度升到882.5℃以上时，变成体心立方(bcc)晶格结构，称之为β钛。
bcc单元晶胞如图1-1右图所示，(110)为密排面，密排方向为<111>，900℃时，点阵常数a=0.332nm。
图1-1 α钛和β钛的原子结构示意图钛合金两相间的具体的转变温度会受间隙和置换元素含量的强烈影响，所以钛的合金元素被分为α稳定元素、中性元素和β稳定元素，如图所示：α稳定元素提高α/β转变温度，置换式的Al和间隙式的C、N、O都是强α稳定元素，这些元素含量越多，则钛合金的α/β转变温度越高。
Zr，Hf和Sn 等属于中性元素，因为它们含量很低时略微降低α/β相变温度，当们含量增加时，又会提高α/β相变温度。
β稳定元素能够降低钛的同素异型转变温度，扩大β相区并增加β相在热力学上的稳定性，这类元素包括间隙式的H和大量的置换式元素，其中置换式β稳定元素又分为β同晶元素和β共析元素，这取决于所产生的二元相图的细节。
钛合金的相变钛合金热处理是钛合金学科领域内一个重要的分枝。
其典型特征为: 淬火过程中发生了马氏体相变，或保留高温组织，合金的塑性韧性稍有升高，强度硬度稍有降低。
在随后时效过程中，由于亚稳定相和中间相的生成，合金硬度、强度升高，塑性、韧性降低。
对过渡阶段的每一种亚稳相和中间相都有其产生的条件和相应的性质，钛合金热处理的研究实际上就是对其淬火和时效过程中中间相的研究。
第四章钛合金的相变及热处理
第四章钛合金的相变及热处理第4章钛合金的相变及热处理可以利用钛合金相变诱发的超塑性进行钛合金的固态焊接，接头强度接近基体强度。
4.1 同素异晶转变1.高纯钛的β相变点为882.5℃，对成分十分敏感。
在882.5℃发生同素异晶转变：α（密排六方）→β（体心立方），α相与β相完全符合布拉格的取向关系。
2.扫描电镜的取向成像附件技术（Orientation-Imaging Microscopy , OIM）3.α/β界面相是一种真实存在的相，不稳定，在受热情况下发生明显变化，严重影响合金的力学性能。
4.纯钛的β→α转变的过程容易进行，相变是以扩散方式完成的，相变阻力和所需要的过冷度均很小。
冷却速度大于每秒200℃时，以无扩散发生马氏体转变，试样表面出现浮凸，显微组织中出现针状α′。
转变温度会随所含合金元素的性质和数量的不同而不同。
5.钛和钛合金的同素异晶转变具有下列特点：（1）新相和母相存在严格的取向关系（2）由于β相中原子扩散系数大，钛合金的加热温度超过相变点后，β相长大倾向特别大，极易形成粗大晶粒。
（3）钛及钛合金在β相区加热造成的粗大晶粒，不像铁那样，利用同素异晶转变进行重结晶使晶粒细化。
钛及钛合金只有经过适当的形变再结晶消除粗晶组织。
4.2 β相在冷却时的转变冷却速度在410℃/s以上时，只发生马氏体转变；冷速在410～20℃/s时,发生块状转变；冷却继续降低，将以扩散型转变为主。
1.β相在快冷过程中的转变钛合金自高温快速冷却时，视合金成分不同，β相可以转变成马氏体α′或α"、ω或过冷β等亚稳定相。
（1）马氏体相变①在快速冷却过程中，由于β相析出α相的过程来不及进行，但是β相的晶体结构，不易为冷却所抑制，仍然发生了改变。
这种原始β相的成分未发生变化,但晶体结构发生了变化的过饱和固溶体是马氏体。
②如果合金的溶度高，马氏体转变点M S降低至室温一下，β相将被冻结到室温，这种β相称过冷β相或残留β相。
tc21钛合金微观组织演变规律
tc21钛合金微观组织演变规律
TC21钛合金是一种高强度、高韧性的钛合金，广泛应用于航空、航天、船舶、汽车等领域。
其微观组织演变规律对于材料的性能和应用具有重要意义。
TC21钛合金的微观组织主要由α相和β相组成。
α相是一种六方最密堆积结构，具有良好的塑性和韧性，而β相是一种体心立方结构，具有较高的强度和硬度。
在加工过程中，TC21钛合金的微观组织会发生演变，主要表现为相变、晶粒长大和织构形成等过程。
首先是相变过程。
在加工过程中，TC21钛合金的温度和应力会发生变化，从而引起相变。
当温度升高到β相区间时，α相会逐渐转变为β相，这个过程称为β相转变。
相变过程会导致材料的硬度和强度发生变化，从而影响材料的性能。
其次是晶粒长大过程。
在加工过程中，TC21钛合金的晶粒会逐渐长大，这个过程称为晶粒长大。
晶粒长大会导致材料的塑性和韧性降低，但同时也会提高材料的强度和硬度。
因此，在材料的设计和加工过程中，需要控制晶粒的大小和分布，以达到最优的性能。
最后是织构形成过程。
在加工过程中，TC21钛合金的晶粒会发生取向，从而形成织构。
织构会影响材料的各向异性和力学性能，因此需要在加工过程中控制织构的形成。
TC21钛合金的微观组织演变规律对于材料的性能和应用具有重要
意义。
在材料的设计和加工过程中，需要控制相变、晶粒长大和织构形成等过程，以达到最优的性能。
钛合金相变及表征方法共19页
探测介质 分辨率
穿透能力
可见光 ~200 nm 表面 /内部 (透明物体)
电子
~1 nm
表面
电子 ~0.05 nm
内部
离子
~10 nm
悬臂梁探针 ~0.1 nm
悬臂梁探针 ~0.1 nm
表面 表面 表面
13
扫描电子显微镜（SEM）
性能特性
• 塑性及疲劳性能高于魏氏组织 • 断裂韧性低于魏氏组织
网 篮 组 织
8
双态组织
形成途径 • 在α-β区上部温度以一定速度冷却，或在两相 区上部温度进行变形形成双态组织 主要特征 • 既存在等轴的初生α，又存在片状的α-β 性能特性 • 与魏氏组织相反，具有较高的疲劳强度和塑性
双态组织
9显微镜 Optical Microscopy
扫描电子显微镜 Scanning Electron Microscopy (SEM) 透射电子显微镜 Transmission Electron Microscopy (TEM) 聚焦离子束 Focused Ion Beam (FIB) 扫描隧道显微镜 Scanning Tunneling Microscopy (STM)
钛合金
一、钛合金的分类
α钛合金 α+β钛合金
工业纯钛 TA1、 TA2、TA3、 TA4
近α钛合金
TC4、TC11、TC21
图 1： TA1板材650℃/h退火状态： 等轴α+少量晶间β
β钛合金
高温合金
其他类型
α2合金
γ合金
图 2： TC4800℃退火状态： 白色等轴α+灰色晶间β
钛合金及其固态相变的归纳
α′ to
α″+β α″
β
α″+β(ω)
α+α′
α+α″ β(ω)
α+α″+β
α+α″+β(ω) tk
α+β(ω)
温度/℃
α+β
α
MrBiblioteka MsTi Cα C0 C1
C2 Ck
C3
Cβ
β 同晶元素含量/%
图 1 二元 β 同晶合金系亚稳相图
β 钛合金中各类合金的 β 稳定元素含量均高于
C1，因此自 β 相区高温快速冷却后会得到 α″、ω、β′ 相中的 1 种或几种视合金成分和温度而定。这 3 类
3 β 钛合金强化热处理中的相变
钛合金的固态相变有很多类型，M K Mequilla[21]概括为同素异构转变、共析转变和有序
收稿日期：2008-01-31 基金项目：国家 973 项目（2007CB613805） 作者简介：吴晓东（1984-），男，硕士，主要从事钛及钛合金的研究工作，电话：029-86231078，E-mail: wuxiaodong020312 @。
Ti-10V-2Fe-3Al Ti-3Al-5V-5Mo-1Fe-1Cr
美国
9.5
高强锻件
前苏联
9
高负荷构件、发动机
Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al
中国
8.5
高压结构件
Ti-2.5Al-12V-2Sn-6Zr
Ti-16V-2.5Al Ti-5Al-5V-5Mo-1Cr-1Fe（苏）
Ti-11V-4Zr-6Sn Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr
Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe Ti-5Al-2Sn-2Cr-4Mo-4Zr-1Fe
钛合金及其相变
4.2 时效过程亚稳相的分解
防空警报 快速冷却
敌机已经在头顶 更快速冷却
如果敌机离去：胆大 的人开始活动。（低 温退火）
如果警报解除：胆稍 大的人也会开始活动 （中温退火）
完全安全后：所有人 都开始活动（高温退 火）
4.2 时效过程亚稳相的分解
• 钛合金淬火形成的亚稳定相α′、α″、ω及βm（亚 稳态的β 相），在热力学上是不稳定的，加热时 要发生分解，其分解过程是比较复杂的。不同的 亚稳定相分解过程不同，同一亚稳定相因合金成 分和时效规程不同分解过程也不同。但最终的分 解产物均为平衡状态的α＋β。若合金有共析反应， 则最终产物为α＋TixMy,即
β1+β2
Ti+W
3、钛的相图及合金化
只在BCC结构的Ti中无限互溶
βα βTi
α+β αTi
β1+β2 Ti+W
从相图可以 看出，在030%的范围 内，随着W 的增加， βα转变 的温度逐渐 降低。
3、钛的相图及合金化
βTi βα
αTi
从相图可以 看出，在08%的范围内， 随着Al的增 加，βα 转变的温度 逐渐升高。
Cu、Si等合金化时，共析转变快，析出TiCu2、Ti5Si3;
Fe、Mn、Cr、Co、Ni等合金化时：共析转变速率较 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；快冷时，共析反应可以完全被抑制，过冷β 相可以保留到室温；这个过程还与合金含量有关，含量 增加，β相可完全过冷到室温。 注意：共析速度快慢是动力学的范畴。而相图是基于 平衡态热力学构建的，所体现出来的是，相变发生的 可能性，完全不会有相变发生快慢方面的信息。
1、无法形成120角。六方正交 2、长大困，通常细针状，称为斜方马氏体α〞
钛合金相变知识(整理)
钛合金的固体相变（整理版）钛的主要相及其结构纯钛在固态下有两种同素异构体，常温下以密排六方(hcp)晶格结构存在，称之为α钛。
hcp单元晶胞如图1-1左图所示，在室温下点阵常数a=0.295nm，c=0.468nm。
纯钛的c/a=1.587，小于理想hcp结构的c/a值1.663，(0001)是称为底面(basal plane)，为密排面；(1010)称为棱柱面，(1011)称为棱锥面；a1、a2、a3轴是密排方向，即<1120>方向。
当温度升到882.5℃以上时，变成体心立方(bcc)晶格结构，称之为β钛。
bcc单元晶胞如图1-1右图所示，(110)为密排面，密排方向为<111>，900℃时，点阵常数a=0.332nm。
图1-1 α钛和β钛的原子结构示意图钛合金两相间的具体的转变温度会受间隙和置换元素含量的强烈影响，所以钛的合金元素被分为α稳定元素、中性元素和β稳定元素，如图所示：α稳定元素提高α/β转变温度，置换式的Al和间隙式的C、N、O都是强α稳定元素，这些元素含量越多，则钛合金的α/β转变温度越高。
Zr，Hf和Sn 等属于中性元素，因为它们含量很低时略微降低α/β相变温度，当们含量增加时，又会提高α/β相变温度。
β稳定元素能够降低钛的同素异型转变温度，扩大β相区并增加β相在热力学上的稳定性，这类元素包括间隙式的H和大量的置换式元素，其中置换式β稳定元素又分为β同晶元素和β共析元素，这取决于所产生的二元相图的细节。
钛合金的相变钛合金热处理是钛合金学科领域内一个重要的分枝。
其典型特征为: 淬火过程中发生了马氏体相变，或保留高温组织，合金的塑性韧性稍有升高，强度硬度稍有降低。
在随后时效过程中，由于亚稳定相和中间相的生成，合金硬度、强度升高，塑性、韧性降低。
对过渡阶段的每一种亚稳相和中间相都有其产生的条件和相应的性质，钛合金热处理的研究实际上就是对其淬火和时效过程中中间相的研究。
tc4钛合金组织演变过程
tc4钛合金组织演变过程
tc4钛合金是一种常用的钛合金材料，具有高强度、良好的耐腐蚀性和优异的高温性能。
它由钛、铝和锌三种元素组成，经过一系列的热处理和变形加工，才能得到理想的组织结构和性能。
tc4钛合金的组织演变过程可以分为几个阶段。
首先，在合金的初期阶段，钛合金中的钛和铝以固溶体的形式存在，锌则以铁素体的形式存在。
这种组织结构被称为α相，具有较高的强度和硬度。
随着热处理的进行，tc4钛合金经历了相变过程。
当合金在适当的温度下保持一定的时间后，α相开始分解，生成一种新的相称为β相。
β相的存在使得合金的组织结构发生了明显的变化，从而改变了其力学性能。
在进一步的热处理过程中，β相继续分解，生成一些细小的α相颗粒。
这些细小的α相颗粒对提高合金的强度和硬度起到了重要作用。
此时，合金的组织结构呈现出颗粒状的形态，这种结构被称为α+β双相。
在变形加工的作用下，tc4钛合金的组织结构得到了进一步的改善。
通过冷轧、拉伸等变形加工方法，合金中的α相和β相得到了更加均匀的分布，颗粒的大小也得到了控制。
这样的组织结构使得合金具有更好的塑性和韧性。
总的来说，tc4钛合金的组织演变过程经历了固溶体相、β相、α+β
双相和变形加工等阶段。
每个阶段都对合金的性能产生了重要影响，使得tc4钛合金成为一种理想的结构材料。
通过精确控制热处理和变形加工参数，可以得到具有优异性能的tc4钛合金材料。
钛合金相变及热处理
钛合金相变及热处理问题αγ
1β相冷却转变
钛合金被加热到β相区后，自高温冷却时，根据合金成分和冷却条件不同可能发生以下转变：β→α+β；β→α+T i x M y；β→α’或α’’， β→ω。
图1 Ti-Al二元相图
对于α+β型钛合金不同冷却速度对其相变的影响，结果表明：冷却速度≥410℃时，只发生马氏体相变；冷速在20℃~410℃时，发生块状转变；冷速继续降低时，将以扩散型转变为主。
1.1β相在快速冷却过程的转变
钛合金自高温快速冷却时，视合金成分不同，β相可转变为马氏体α’相或α’’、 ω或过冷β等亚稳定相。
1.1.1马氏体相变
在快速冷却过程中，由于β相析出α相的过程来不及进行，但是β相的晶体结构不易为冷却所控制，仍然发生了改变。
这种原始β相得成分为发生变化，但晶体结构发生了变化的过饱和固溶体是马氏体。
如果合金的浓度高，马氏体转变点M s降低至室温以下，β相将被冻结到室
温，这种β相称为过冷β相或残余β相；若β相稳定元素含量少，转变阻力小，β相由体心立方晶格直接转变为密排六方晶格，这种具有六方晶格的过饱和固溶体称为六方马氏体，一般以α’表示，若β相稳定元素含量高，晶格转变阻力大，不能直接转变为六方晶格，只能转变为斜方晶格，这种具有斜方晶格的马氏体称为斜方马氏体，一般以α’’表示。
第四章 钛合金的相变及热处理
第4章钛合金得相变及热处理可以利用钛合金相变诱发得超塑性进行钛合金得固态焊接,接头强度接近基体强度。
4、1 同素异晶转变1.高纯钛得β相变点为882、5℃,对成分十分敏感。
在882、5℃发生同素异晶转变:α(密排六方)→β(体心立方),α相与β相完全符合布拉格得取向关系。
2.扫描电镜得取向成像附件技术(OrientationImaging Microscopy , OIM)3.α/β界面相就是一种真实存在得相,不稳定,在受热情况下发生明显变化,严重影响合金得力学性能。
4.纯钛得β→α转变得过程容易进行,相变就是以扩散方式完成得,相变阻力与所需要得过冷度均很小。
冷却速度大于每秒200℃时,以无扩散发生马氏体转变,试样表面出现浮凸,显微组织中出现针状α′。
转变温度会随所含合金元素得性质与数量得不同而不同。
5.钛与钛合金得同素异晶转变具有下列特点:（1）新相与母相存在严格得取向关系（2）由于β相中原子扩散系数大,钛合金得加热温度超过相变点后,β相长大倾向特别大,极易形成粗大晶粒。
（3）钛及钛合金在β相区加热造成得粗大晶粒,不像铁那样,利用同素异晶转变进行重结晶使晶粒细化。
钛及钛合金只有经过适当得形变再结晶消除粗晶组织。
4、2 β相在冷却时得转变冷却速度在410℃/s以上时,只发生马氏体转变;冷速在410～20℃/s时,发生块状转变;冷却继续降低,将以扩散型转变为主。
1.β相在快冷过程中得转变钛合金自高温快速冷却时,视合金成分不同,β相可以转变成马氏体α′或α"、ω或过冷β等亚稳定相。
（1）马氏体相变①在快速冷却过程中,由于β相析出α相得过程来不及进行,但就是β相得晶体结构,不易为冷却所抑制,仍然发生了改变。
这种原始β相得成分未发生变化,但晶体结构发生了变化得过饱与固溶体就是马氏体。
②如果合金得溶度高,马氏体转变点M S降低至室温一下,β相将被冻结到室温,这种β相称过冷β相或残留β相。
③若β相稳定元素含量少,转变阻力小,β相由体心立方晶格直接转变为密排六方晶格,这种具有六方晶格得过饱与固溶体称六方马氏体,以α′表示。
钛合金的固态相变
钛合金的固态相变钛合金的固体相变简介钛属于ⅣB族元素，原子序数为22，它在地壳中的丰度为0.6%，是地壳中储量较丰富的元素之一，在金属元素中仅次于铝、铁、镁，占第四位。
钛自其发现到发展至如今已经过了200多年的历史，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛仅次于铁、铝，被称为正在崛起的第三金属。
与其他材料相比，钛具有下列优异的性能。
（1）钛的密度小、强度高、比强度大。
钛的密度为4.51g・cm-3，仅为铁的57.4%，铜的50.7%，不到铝的两倍，强度却比铝大三倍。
钛合金的比强度是常用工业合金中最大的，为不锈钢的3.5倍，是铝合金的1.3倍，是镁合金的1.7倍，所以钛是航空航天工业必不可少的结构材料。
（2）耐蚀性能优异。
由于钛能在表面形成致密的钝性氧化膜，所以钛在海水、湿氯气、亚氯酸盐及次氯酸盐溶液、硝酸、铬酸、金属氯化物、硫化物、除草酸和大于10%的甲酸外的有机酸、5%以下的硫酸、盐酸、磷酸等很多腐蚀性介质中不被腐蚀。
钛在海水中可保持5年不锈蚀，耐蚀性远远超过不锈钢（3）耐热性能好。
钛的耐热性能好，通常铝在150℃，不锈钢在310℃即失去了原有的较高的力学性能，而钛合金在500℃左右仍保持良好的力学性能，有些钛合金的工作温度可高达600℃。
（4）低温性能好。
某些钛合金的强度随温度的降低而提高，但仍然保持很好的塑性，在�C200℃下仍有较好的延性及韧性。
（5）钛具有良好的生物相容性。
医疗用钛合金骨骼、关节，血管支架等等，具有不锈钢等所没有的对人体无排异性的性能[5]。
（6）钛具有无磁性。
在20粤斯特条件下，其磁导率为1.00005~1.0001H・m-1，在很强大的磁场中也不会被磁化。
（7）除此之外，钛还有很多其他优异性能，如吸氢功能，能与铌合成超导合金，与镍合成记忆合金等。
钛的主要相及其结构纯钛在固态下有两种同素异构体，常温下以密排六方(hcp)晶格结构存在，称之为α钛。
hcp单元晶胞如图1-1左图所示，在室温下点阵常数a=0.295nm，c=0.468nm。
钛合金相变_phase transformation in titanium alloy
钛合金相变(phase transformation in titanium alloy)钛合金的固态组织在不同条件下的形成和变化规律。
由于纯钛具有两种同素异晶体，因此其固态相变类型繁多，性质复杂，远超过铜、铝、镍等其他有色金属。
概括起来，钛合金的固态相变可归纳为3大类：在一般连续加热和冷却条件下进行的同素异晶转变；在淬火过程中发生的非扩散性转变，即马氏体α’、α“和ωa相的形成；各种亚稳相的分解，即亚稳β相、过饱和的α相和马氏体在等温或时效处理中的沉淀过程。
连续加热和冷却过程中的同素异晶转变纯钛加热时在882.5 ℃发生α→β转变。
合金化后该转变温度(Tβ)将随合金元素的性质和含量而变化。
钛合金加热转变的主要特点在于α→β转变的体积变化效应小(约0.17％)，相变应力值低，且因体心立方β相自扩散系数高，故转变迅速，不易过热，合金一旦进入β相区，晶粒尺寸迅速增大，因此难以利用相变重结晶方式细化晶粒，这一点与一般钢材有明显差异。
钛合金从β相区连续冷却时，α相通常呈片叶状析出，粗细程度与合金性质和冷却速度有关，但其基本形貌是相似的。
大量试验证明，α相与β基体之间存在严格的伯格斯(Burgers)晶体学取向关系，即{0001}αll{110)β、<112¯0>αll<111>β。
因每一{110)面族包含6个晶面，又各有2个<111>取向，故片状α相有12个变体，由此构成分布十分规则的显微组织形貌，即魏氏组织(图la)，这也是绝大多数钛合金自β相区缓慢冷却后的基本组织形态。
钛合金同素异晶转变产物保持着强烈的组织遗传性。
连续冷却后形成的魏氏组织，若重新加热至β相区，α相将转变成原始取向的β相，再冷却，则又形成固有的魏氏结构。
这种组织往往伴有粗大的原始β晶粒和网状晶界α，相应的拉伸塑性和疲劳性能较差。
为改变这种状况，获得细等轴组织(图1b)或双态组织(图1c)，形变再结晶是最有效的途径，这也说明为何热加工变形在决定钛合金组织状态方面占据重要地位。
钛合金相变及表征方法
α-Ti 密排六方
4
2、马氏体相变
马氏体相变：在快速冷却的过程中，β相转化成α相的过程中 来不及进行，β相转变成与母相成分相同、晶体结构不同的 过饱和固溶体。 马氏体特点：1、无扩散型相变，只发生晶格重构 2、转变无孕育期，转变速度极快 3、转变阻力大，需要较大的过冷度 4、晶格与母相有严格的取向关系
背散射
二次电子
伴生
特征X射线
俄歇电子
高的分辨率，1nm左右 很大的景深 制样简单
15
透射电子显微镜（TEM）
16
X射线衍射
17
板条马氏体
• 电镜下成板条状 • 亚结构为位错
针状马氏体
• 在合金浓度较高时成针状 • 亚结构为孪晶
6
7
片层组织（魏氏组织）
形成途径
主要特征 性能特性
• 在β相区进行热加工或者在β相区退火。
• 具有粗大等轴的原始β晶粒 • 断裂韧性高；在较快冷却状态下其蠕变抗力和 持久强度较高 • 塑性低，尤其是断面收缩率低于其它类型的
图 2： TC4800℃退火状态： 白色等轴α+灰色晶间β
图 3：Ti40合金850℃退火组织 等轴β组织 2
二、钛合金的相变与组织
1、同素异晶转变
2、马氏体相变
3、热处理典型组织 片层组织 网篮组织 双态组织
等轴组织
3
1、同素异晶转变
晶格常数 a=0.3306nm，b/a=0.87, 滑移系：12个
层片组织
8
网篮组织
形成途径
主要特征
• 在β相区开始变形，但在（α＋β）相区终止 变形，原始β晶粒及晶界α破碎，冷却后形成 • α丛的尺寸减小，α条变短，且各丛交错排列， 犹如编织网篮的形状 • 塑性及疲劳性能高于魏氏组织 • 断裂韧性低于魏氏组织
钛合金相变点概述
钛合金相变点概述王松茂;白新房;朱波;夏金华;王涛;马晓晨;马宇【摘要】对钛合金相变点的定义、分类以及检测方法进行了描述.重点讲述了钛合金相变点几种常用的检测方法,例如金相法、计算法、差热法等,并通过金相法来说明钛合金相变点的检测过程,描述了金相法检测相变点过程中遇到的问题以及一些常见问题的一般解决办法.通过对上述几种方法的相互比较,简单阐述了这几种方法的优缺点以及同一个钛合金使用这几种方法检测结果的差异,其结果一致性比较好.在生产与检测过程中,只有通过这几种方法的相互配合,才能更加准确便捷地确定钛合金相变点,从而有力地指导日常生产科研工作.【期刊名称】《西安文理学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(020)004【总页数】5页(P92-96)【关键词】钛合金;相变点;金相法【作者】王松茂;白新房;朱波;夏金华;王涛;马晓晨;马宇【作者单位】西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016;西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016;西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016;西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016;西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016;西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016;西北有色金属研究院材料分析中心,西安710016【正文语种】中文【中图分类】TG146.23钛合金是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，因为其自身拥有优异的性能，在航空等领域被广泛应用.近几年发展的钛合金近锻造工艺，要求在相变点附近对钛合金预热变形，因此钛合金相变点准确测试显得尤为重要.钛合金相变点即转变温度，指钛合金在加热过程中全部转变为相组织的最低温度.1.1 根据钛合金种类钛合金可以分为3类：型钛合金、型钛合金以及-型两相钛合金，分别以TA、TB 和TC命名表示，型钛合金中又可分为亚稳定型与稳定性型两种.-型、型和亚稳定型钛合金在低于转变温度的状态下，均含有一定数量的相，随着加热温度的升高，钛合金中的初生相含量减少，相含量增多，达到一定临界值时，将全部转变为相[1](图1).而对于稳定型钛合金的相变点，则为固熔的相消失的温度[2](图2).1.2 根据钛合金状态钛合金试样状态可分为铸态与加工态，其相变点转变温度在显微组织形貌上是不同的.铸态钛合金淬火状态下显微组织相表现形式为短棒状(如图1所示)，热加工态钛合金淬火状态下显微组织相表现形式为颗粒状(如图3所示).钛合金相变点的测试方法一般分为两大类：物理分析法(例如电阻法，热膨胀法、计算法等)与金相法[3].2.1 金相法金相法，在该临界温度以上保持一定时间，一般1 h左右，然后快速淬火，通过观察试样的金相组织，可以判断出钛合金全部转变为相组织的最低温度，即该方法是通过在估计的相变点附近，采用不同温度热处理一系列试样，观察金相组织的初生相含量来完成的.2.2 计算法2.2.1 成分计算法提高钛合金性能通常是加入不同的合金元素，这些合金元素分为稳定元素、稳定元素以及中性元素，这些元素对相变点的贡献由公式(1)[4]表示，各元素含量对相变点的作用其他文献讲述较多，可以参看[5-7].表1为图1中TC11各杂质元素的含量，根据公式(1)计算其值：和金相法计算的结果比较接近，证明成分计算法是可以用来估算钛合金相变点的，尤其在设计材料时用处比较大.2.2.2 组织计算法组织分析计算法[8]是在低于相变点60 ℃的温度范围内选取一个淬火温度，观察该试样金相组织中初生相的含量，最后利用式(2)计算相变点T,初生含量的判定方法经常使用的有以下几种：(1)线割法；(2)对比法；(3)金相软件；(4)面积计算法.图1a中测得的初生含量为2.98%，计算结果1 013℃，和成分计算法以及金相法测量结果接近.2.3 差热分析法金相法测试相变点操作比较麻烦，因此需要选用另外一种简便易行的方法进行替代，而差热分析法便是这样一种方法，航空航天工业部于1992年同时发布了金相法和差热分析法两个测试钛合金相变温度的标准[9-10].差热分析法原理：物质在升降温过程中，如果发生物理或者化学变化，将会有热量释放或者吸收，则会改变原来的升降温过程.图1中TC11利用差热法测得的相变点是1 011℃，和前面几种方法测量结果相吻合.差热法在-型两相钛合金相变点测试中被广泛证实有效，但在型钛合金相变点测试中，差热法测试的结果与真实值差异比较大，使用时需要谨慎.2.4 其他方法[11]相变点测试还会使用到诸如电阻法、X射线衍射法以及热膨胀法等方法，但是这些方法在一般检测中使用较少.在实际检测中，当金相法与其他方法测定的相变点存在冲突时以金相法检测结果为准.3.1 晶内晶界组织快速转变型钛合金晶界内与晶界上α相组织在5 ℃的范围内迅速消失，如图5所示.3.2 晶内初生α消失，晶界组织慢速转变型钛合金晶界内α相组织在5 ℃的范围内迅速消失，但晶界上α相组织依然存在，继续升温，晶界上α相才缓慢消失，如图6所示.3.3 晶内初生α消失，内部晶界初生α消失，试样边部组织慢速转变型钛合金晶界内α相组织在5 ℃的范围内迅速消失，但晶界上α相组织依然存在，继续升温，内部晶界上α相才缓慢消失，但试样边部的晶界上α相依然存在，继续升温，试样边部的α相不能完全消失或者升高至很高的温度才能完全消失，如图7所示.钛合金相变点的准确测量对于研发与生产有着非常重要的意义，没有相变点的准确测量，钛合金加工将无法进行.在研发与生产过程中，几种相变点检测方法需要相互配合，例如成分计算法运用在设计之初.组织计算法则是在知道淬火态试样的组织简单计算相变点用的，也可以对已知组织的两种材料的相变点进行简单比较；而差热法不是对所有钛合金均适用.因此，相变点测量需要针对具体钛合金分具体情况进行测量，以期得到更加准确的结果.【相关文献】[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.钛合金β转变温度测试方法(GB/T23605-2009)[S].2009.[2] 王庆娟，高颀，王鼎春，等.新型β钛合金相变点的测定[J].热加工工艺，2014，43(6)：50-52.[3] БOPИCOBA E A.Metallography of titanium alloy[M].Beijing:National Defence Industry Press,1986:29.[4] 稀有金属材料加工手册编写组.稀有金属材料加工手册[S].北京：冶金工业出版社，1984.[5] 李玉涛，耿林，徐斌，等.TC11钛合金相变点的测定与分析[J].稀有金属,2006，30(2)：232-235.[6] 王志辉，夏长清，李学雄，等.Ti62421s 钛合金(α+β)/β相变温度的测定与分析[J].稀有金属，2010，34(5)：663-667.[7] 张翥，王群骄，莫畏.钛的金属学和热处理[M].北京：冶金工业出版社,2009.[8] 俞汉清，李晓芹，胡鲜红，等.测定钛合金相变点的几种方法及其比较[J].航空制造技术,1988(6)：19-22.[9] 航空航天工业部.钛合金β转变温度测试方法—金相法,HB6623.2-92[S].1992.[10] 航空航天工业部.钛合金β转变温度测试方法—差热分析法，HB6623.1-92[S].1992.[11] 张红菊，张东晖，李璞，等.钛合金相转变点检测方法[J].热加工工艺，2013，42(10)：89-92.。
tc18近β钛合金低温变形过程中的相变行为
tc18近β钛合金低温变形过程中的相变行为说起钛合金，您可能会觉得这是个高大上又神秘的玩意儿。
但其实啊，咱们生活中的很多高端领域都离不开它，就像飞机制造、医疗器械等等。
今天咱们要聊聊的是 tc18 近β钛合金在低温变形过程中的相变行为。
您可能会问，这相变行为到底是个啥？别急，咱慢慢说。
您想象一下，这钛合金就像是一个爱变装的演员。
在低温环境下，它内部的结构会发生变化，就如同演员换上了不同的服装，展现出不同的表演风格。
而这个相变行为，就是它换装的过程。
在低温变形的时候，tc18 近β钛合金可不简单。
它内部的原子们就像是一群调皮的孩子，开始重新排列组合。
原本整齐的队伍变得有些混乱，这种混乱可不是毫无规律的，而是有着特定的模式。
这相变行为可不只是简单的原子排列变化，它对钛合金的性能影响可大了去了！比如说，强度、韧性、硬度等等这些重要的性能指标，都会因为相变行为而发生改变。
这就好比一个人的性格会因为经历的事情而有所变化，变得更加坚强或者更加柔软。
那这相变行为到底是怎么发生的呢？这就像是一场神秘的舞蹈，各种因素都参与其中。
温度就是那个指挥家，温度越低，指挥的节奏就越特别。
还有应力，就像是一股无形的力量，推着原子们改变位置。
您想想看，如果我们能搞清楚这相变行为的规律，那不就像是掌握了一把神奇的钥匙，可以随心所欲地打造出性能卓越的钛合金材料吗？比如说，让它更轻、更强、更耐用，那得多厉害啊！这相变行为的研究，可不是一件轻松的事情。
科研人员们得通过各种复杂的实验和精密的检测手段，一点点地去揭开它的神秘面纱。
这就像是在黑暗中摸索着寻找宝藏，需要耐心和智慧。
总之，tc18 近β钛合金低温变形过程中的相变行为是一个充满魅力和挑战的研究领域。
它就像一个隐藏在深处的宝藏，等待着我们去发现和挖掘。
相信在未来，通过不断的探索和研究，我们一定能够更好地利用这种相变行为，为人类创造更多的价值！。
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（ 西北有 色金属研 究院 材料分析 中心 ， 西安 ７ １ ０ ０ １ ６ ）
摘
要： 对钛合金 相变点 的定 义 、 分类 以及 检测方法进 行 了描述． 重点 讲述 了钛合 金相变 点儿 种常
用 的检测ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方法 ， 例如金相 法 、 计算法 、 差热法等 ， 并 通过金相 法来 说 明钛 合金 相变点 的检测 过程 ， 描述 了 金相法检测相变点过程 中遇到 的问题 以及一些常见 问题 的一般 解决办 法． 通过对 上述 几种方 法 的相互 比较 ， 简单 阐述 了这 几种 方法的优缺点 以及 同一个钛合金 使用这几种方法检测结果 的差异 ， 其结 果一致 性 比较好． 在生产与检测过程 中， 只有通 过这几种方法 的相互 配合 ， 才能 更加准 确便捷 地确 定钛合 金相
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变点 ， 从 而 有 力 地 指 导 日常 生 产 科 研 工 作 ． 关键词 ： 钛合金 ； 相变 点 ； 金 相 法 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ １ ４ ６ ． ２ ３ 文 献标 志 码 ： Ａ
Ｄｉ ｓ ｃ ｕｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈｅ Ｔｒ ａ ｎｓ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｔｉ ｔ ａ ｎ ｉ ｕｍ Ａｌ ｌ ｏ ｙ
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Ｖ０ １ ． ２ ０ Ｎｏ ． ４
Ｊ ｕ １ ．２ ０ １ ７
文章编号 ： １ ０ ０ ８ — ５ ５ ６ ４ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ４ － ０ ０ ９ ２ － ０ ５
钛 合 金 相 变 点 概 述
王松 茂 ，白新 房 ， 朱 波 ，夏金 华 ，王 涛 ，马 晓晨 ，马 宇
第２ ０卷 第 ４期
２ ０ １ ７年 ７月
西安 文理 学院 学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｘ ｉ ’ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）