第10章钛合金资料

金
特
β合金塑性加工性好，合金浓度适当时，通过
点
热处理可获得高的常温力学性能，是发展高强度钛
合金的基础，但组织不够稳定，冶炼工艺复杂
应用程度: α+β合金 > α合金 > β钛合金
1、α钛合金
主加元素为铝，还有锡、硼等。 固溶强化:+1%Me，强度↑35~70MPa
Al
A1在α相中固溶度很大,↑耐热性(<500℃)
化 特 点
α相元素主要是铝， <6~7%→以免生成α2而 ↓韧性。另补加少量中性元素锡和锆。
β元素选择较复杂。+Mo和V等，再适当+少
量Mn和Cr或微量Si。
性
α+β钛合金力学性能变化范围较宽，可适
能
应各种用途，约占航空工业使用的钛合金70％
特
以上。目前国内外应用最广泛的α+β钛合金
点
是Ti-A1-V系的Ti-6A1-4V，即TC4合金。
第10章 钛合金
钛从实现工业生产至今才50多年， 由于其密度小、比强度高、耐腐蚀 等一系列优异特性，发展非常快， 短时间内已显示出了它强大的生命 力，成了航空航天工业、能源工业、 海上运输业、化学工业以及医疗保
健等方面不可缺少的材料。
10.1 钛合金的合金化原理
一、 钛的基本性质与合金化 1.钛的基本性质
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)
❖ +型钛合金主要用于制造
400℃ 以下工作的飞机压气
2、钛合金中的合金元素与气体杂质元素
（1）α相稳定元素，提高α→β相转变温度。（图a） 如铝，有效强化α相，提高低温和高温（550℃以下）的强度。 （2）有效强化α相，它们在α和β相中均有大的固溶度，但对
α→β相转变温度影响较小，称为中性强化元素。如锆。 （图d） （3）β相稳定元素，降低α→β相转变温度。 第一类：产生β相共析分解的元素，如铬、锰、铁、铜、镍、 钴和钨等，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） 第二类：不产生β相共析分解，但慢冷时析出α相，快冷时有 α＇马氏体转变。如钼、钒、铌、钽等。（b） 稳定β相的能力是钼＞钒＞铌＞钽。
机叶片、火箭发动机外壳、 飞
机
火箭和导弹的液氢燃料箱部
压 气
件及舰船耐压壳体等.
机 叶
片
生物医用材料
3、β钛合金
β钛合金是发展高强度钛合金潜力最大的合金。
热处理 特点
合金化特点：加入大量β稳定元素。 加入的合金元素有钼、铬、钒、铝等。
①有同素异构转变。 α，hcp | 882℃| β，bcc
②比强度高。ρ=4.51g/cm3，可保持到550～600℃
③耐蚀性好。形成保护膜, 耐海水腐蚀性是最好的
④低温性能好。在77K下仍有良好的力学性能
⑤导热系数低。比铁低4.5倍，易产生热应力 主要合金元素有A1、Zr、V 、Mo、Mn、Cr等
α钛合金,以TA表示；
分 类
β钛合金,以TB表示；
α+β钛合金， 以TC表示.
符号后面的数字表示顺序号。
如TA5、TB2、TC4等。其中TA0~TA3为工业纯钛。
α钛合金高温性能好，组织稳定，焊接性好， 是常用耐热钛合金，但常温强度低，塑性不高
各
类
α+β钛合金可热处理强化，常温强度高，中温
合 的耐热性也不错，但组织不够稳定，焊接性差
ω相硬而脆，虽↑↑强度、硬度和弹性模量，
特 但塑性急剧↓。一般情况下,ω相是有害组织，在 点 热处理时都要避开它的形成区间。加A1能抑制ω
相的形成 → 大多数工业用钛合金都含有A1
3、亚稳定相的分解
淬火形成的α′、α″、ω和 βr相都是不稳定的
β共析 型的
分解产物是 α+TixMy化合物
最终产物 都是平衡 α+β相
图 钛与常见合金元素间的四种典型二元相图
二、 钛合金的相变特点
1、马氏体转变
β相(bcc) → α′六方马氏体(hcp)； → α″斜方马氏体。
基 本
Ck ： Ms↓室温时β相不发生M转变的合金浓度
概 念源自文库
tc ：当T淬↓到一定温度，β相浓度↑到Ck时， 淬火到室温β相也不发生M转变的临界淬火温度。
作 用 特
但Al＞6％后→与α共格有序相α2（Ti3Al） α2是硬而脆中间相，对合金塑韧性不利。
点
Al大于25%后，则出现γ相（TiAl）
一般工业用钛合金Al含量很少超过6％。
α钛合金使用温度≯500℃。 α钛合金不能热处理强化，退火或热轧态 下使用。TA7是应用最多的一种。
应 用 特 点
TA4~TA6是Ti-Al系二元合金
各种亚 稳相分 解过程
（1）过冷βr相分解 ; （2）马氏体分解,钛合金α′、α″在300 ~ 400℃发生快速分解，在400~500℃回火时 →弥散度高的α+β相混合物，弥散强化。 （3）ω相的分解.
10.2 常用钛合金 纯钛加入合金元素形成钛合金。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. Ti合金按退火组织可以分为:
（4）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。
（5）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。
（6）氢
稳定β相，降低塑性和韧性。
合金元素的质量分数（%） （a）Ti-Sn(Al等) （b）Ti-V(Mo等) （c）Ti-Mn(Cr等) （d）Ti-Zr
❖ 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。
-Ti合金组织
钛合金卫星框架 钛合金液下泵
2、α+β钛合金
含4~6%的β稳定元素→α和β都有较多量。
合
+α\β元素→α和β同时强化。
金
α+β合金性能主要由β相元素来决定。
Ck和tc是非常重要的两个参数。
钛合金M是置换型过饱和固溶体，与钢间隙式M不同
2、ω相的形成
β稳定型钛合金的成分位于临界浓度Ck附近时，淬火时 除形成α′或βr外，还能形成淬火ω相，用ωq表示。
性 质
ωq是六方晶格，与β相有共格关系。ω相形 状与Me原子半径r有关，r与钛相差较小的合金，
ω相是椭圆形，Δr相差较大时为立方体形