钛合金锻造讲稿讲解

讲到这里，你们可能会问，钛合金不要在氧 化性气氛中加热，而是在还原性气氛中加热不是 更好吗？
回答是肯定的：不行。即使没有电炉的条件 下，宁可在油炉中加热。
为什么？ 氢对钛合金性能的影响远比氧大得多，要发 生氢脆。所以，技术条件控制的氢含量<0.012（简 称双零控制）。
● 加热温度越高、时间越长，氧在金属内部扩散越 厉害。 氧对钛金属玷污的程度∝T·H ·CM成正比
而将铁、钴、镍加入到钢中形成的铁基、钴基、 镍基黑色高温耐热合金，其使用温度可达到900 ℃。
那么为什么？
原因：高温下氧对钛的玷污速率很高
控制的杂质氧 含量<0.15%
氧化膜
基体金属 的界面
钛金属(如钛棒)在空气 中也会氧化的，形成一层很 薄的淡黄色的氧化膜，如图 黄色的外圈。
一般讲，技术条件控制钛金属中杂质氧含量
但条件变化了，如加热、大变形、高速变形， 那么，次要滑移面也将产生滑移。
在体心立方晶体中，主要滑移面＋次要滑移面 共有48个。当然，滑移容易了，也就是说塑性好 了。
由此，给我们的启示： ● 钛合金为什么一般不能冷变形？ ● 又为什么发展近β锻造、 β锻造？
（除了发挥材料性能） ● 为什么要严格控制钛合金终锻温度？ ● 为什么在高速锤上变形、金属填充
体金属扩散（渗透）创造了条件，正如水由高 处流向低处一样，落差越大，水的流速越快。 高温下，氧很活泼，不断地向金属内部扩散。 ● 氧在固体金属钛中比氢(H)有较大的固溶度，就 是说氧在钛中比H有较大的溶解度，而且它不 是置换式的固溶，而是间隙式的。只要原子之 间有点间隙，它就可以钻进去，讲得明白一点， 干脆叫它无孔不入。因而，又为氧向金属内部 扩散创造了条件。
可是，其危害不能小视。 为什么？ ● 导致材料表面变脆，由于氧的渗透，在金属表 面形成一层富氧层（TiO2）。
众所周知，金属凡是与氧结合形成的氧化物， 几乎都是脆性的，所以富氧层更确切的含义应该 叫做富氧脆性层，实际上常说的“氧脆”就是这 个意思。 ● 形成微裂纹，使材料的热稳定性下降。
什么叫热稳定性？ 简单地讲，金属材料（试样）或者构件在温度 场，或者在温度场和应力场共同作用下，其组织 和性能变化的程度。 ● 表面稳定性 那么用什么指标来衡量呢？
● 宏观指标，ψ 在做室温拉伸时，可以测得一个断面缩率，叫
ψ1。 经过一定时间热暴露（在炉中加热一定时间，
一般100小时）后，再去做室温拉伸，又可测得一
个面缩率，叫ψ2， ψ2/ ψ1>50％，表示材料或工 艺是稳定的，因为稳定性好。否则就判为不合格。
当然，一般条件ψ2/ ψ1>50％，但β合金（Ti40） 或β锻造就不好说了。
对于六方晶体而言，一 个滑移面可以有3个滑移方向。 所以滑移系的数目是1×3=3 个。
镁就是这种晶体结构。所以镁和镁合金不好锻， 塑性很差，锻造容易产生裂纹，更没有听说镁可以 冷锻。
当然，变形条件改变了，如加热、大变形或高应 变速率下次要滑移面也可以开动。所以，镁在热态 塑性不坏，很好锻。
β-Ti（相）是体心立方晶 体，体心立方晶体原子排列最 密的晶面有6个{110}，但滑移 方向只有2个，所以滑移系数目 6×2=12个。
● 另一种微观指标 K1C 科学已发展到衡量材料性能，不能单从宏观角
度来考虑了，而是可用微观力学性能来表征了，
K1C就是表征材料抵抗裂纹扩展的能力。 当然，微观指标比宏观指标更重要，更能评价
材质的优劣。
但是，不管用ψ或K1C表征材料（锻件或构件） 的稳定性，都属于表面稳定性。
影响材料（锻件或构件）热稳定性的另一个因
性能特别好（一般一锤成形）？
α
均量 与有 含关
● 化学性能活泼、容易氧化 高纯度钛的熔点为1668℃±4℃，比铁(1539℃)、
钴(1500 ℃ )、镍(1450 ℃ )的熔点还高。 如果单从熔点来讲，似乎钛是很好的耐热材料，
可是很遗憾，自二次世界大战出现低于400 ℃使用 的TC4钛合金以来，五十年过去了，钛合金的使 用温度仍然限于600 ℃。
钛合金锻造
内容
一、钛和钛合金的基本知识 二、钛合金锻造 三、钛合金热处理 四、钛合金整体叶盘锻造 五、钛合金锻造的计算机模拟
一、钛和钛合金的基本知识
1. 纯钛 1）高纯度钛的特性 ● 具有同素异晶转变的特性
钛在固态随着温度的改变，其原子排列的晶体结
构要发生变化（组织转变）。
高纯度钛的组织转变温度为882.5℃。也就是说， 在882.5℃以下，是密排六方晶体的α-Ti (α相), 在882.5℃以上，是体心立方晶体的β-Ti（β相）。 可见， 882.5℃这个温度是纯钛发生组织转变 （α相 β相）的温度。 因之，将其称为相变点。
≤0.15%（为什么？）
因为氧增加一点点，塑性(ψ)大大下降。所以， 当σb低时，也不要轻易放松氧含量的控制要求。对 冶金厂来讲，提高强度并不难，降低海绵钛的品位 就可以解决，但是氧含量 ，ψ 。所以，冶金厂 也不会随便提高氧含量。
当金属钛（钛合金）在高温下加热时： ● 由于存在着较大的氧的梯度浓度，则给氧向基
Ti-679（近α合金）合金氧的玷污深度
℃
900 940 1000
玷 污 深 度min 41 61 104
60 min 57 87 168
120 min 80 122 206
由上表可见: ● 加热温度越高，时间越长，玷污深度越大。 ● 比钢锻件产生的氧化皮小得多，最大只有0.2mm
由α-Ti 转变β-Ti（ α相转变β相 ），其塑性变形 的能力发生了变化。
为什么？ 因为金属塑性变形（锻造）时，首先是沿着晶体 中原子排列最密的晶面和晶向优先产生滑移。 为什么？ 因为原子密度最大的晶面原子间距小，原子结合 力强，而晶面的间距增大，则晶面间结合力较弱，滑 移阻力当然就小，显然易成为滑移面。而α-Ti是密排 六方晶体，其原子排列最密集的晶面只有1个，即 {0001}面。
素内部组织转变。
● 冶金热稳定
主要是材料内部相分解、相析出引起的热稳定性
下降。
● β残余相中析出αs相（硬脆相） ● 形成有序相，致使晶体结构
发生变化