钛及钛合金全解学习教案

1、会计学1钛及钛合金全解钛及钛合金全解第一页，共41页。密度小，比强度高：钛密度为3，约为钢或镍合金的一半。比强度高于铝合金及高合金钢。导热系数小：钛的导热系数小，是低碳钢的五分之一，铜的二十五分之一。无磁性，无毒：钛是无磁性金属，在很大的磁场中不被磁化，无毒且与人体组织及血液有很好的相容性。抗阻尼性能强：钛受到机械振动及电振动后，与钢、铜相比，其自身振动衰减时间最长。耐热性佳：因熔点高，使得钛被列为耐高温金属。耐低温：可在低温下保持良好的韧性及塑性，是低温容器的理想材料。吸气性能高：钛的化学性质非常活泼，在高温下容易与碳、氢、氮及氧发生反应。耐蚀性佳：在空气中或含氧的介质(jizh)中，钛表面

2、生成一层致密的、附著力强、惰性大的氧化膜，保护钛基体不被腐蚀。2 纯钛纯钛第1页/共41页第二页，共41页。2 纯钛纯钛物理性能：属B族元素(yun s)，原子序数为22，原子量为。有两种同素异晶体，其转变温度为882.5。 低于882.5，为密排六方-Ti： 点阵常数(20)为： a0.295111 nm，c，c 882.5熔点，为体心立方-Ti：点阵常数在25时， ；900 时。密度为。钛的弹性模量低，只有铁的一半。熔点1668，导电性较差（仅为铜的3.1%），导热系数（铁的六分之一）和线胀系数（与玻璃的相近）均较低。钛无磁性，在强磁场下也不会磁化，用钛制人造骨和关节植入人体内不会受雷雨天

3、气的影响。钛阻尼性低，适宜做共振材料。当温度低于时，钛呈现超导特性，经过适当合金化，超导温度可提高到910K。 第2页/共41页第三页，共41页。化学性质：室温下钛比较稳定，高温下很活泼，熔化态能与绝大多数坩埚或造型材料发生作用。高温下与卤素、氧、硫、碳、氮等进行强烈反应。钛在真空或惰性气氛下熔炼，如真空自耗电弧炉、电子束炉、等离子熔炉等设备中熔炼。钛在氮气(dn q)中加热即能发生燃烧，钛尘在空气中有爆炸危险，所以钛材加热和焊接宜用氩气作保护气体。钛在室温可吸收氢气，在500以上吸气能力尤为强烈，故可作为高真空电子仪器的脱气剂；利用钛吸氢和放氢的特性，可以作储氢材料。 2 纯钛纯钛第3页/共

4、41页第四页，共41页。耐蚀性能： 钛的标准电极电位很低(E=1.63V)，但钛的致钝电位亦低，故钛容易钝化。 常温下钛表面极易形成由氧化物和氮化物组成的钝化膜，它在大气及许多浸蚀性介质中非常稳定，具有很好的抗蚀性。 在大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和大多数有机酸中，其抗蚀性相当于或超过不锈钢，在海水中耐蚀性极强，可与铂相比，是海洋开发工程理想的材料。 钛与生物体有很好相容性，而且(r qi)无毒，适做生物工程材料。 钛在还原性酸(浓硫酸、盐酸、正磷酸)、氢氟酸、氯气、热强碱、某些热浓有机酸及氧化铝溶液中不稳定，会发生强烈腐蚀。另外，钛合金有热盐应力腐蚀倾向。 钛在550以

5、下能与氧形成致密的氧化膜，具有良好的保护作用。在538以下，钛的氧化符合抛物线规律。但在800以上，氧化膜会分解，氧原子以氧化膜为转换层进入金属晶格，此时氧化膜已失去保护作用，使钛很快氧化。 2 纯钛纯钛第4页/共41页第五页，共41页。力学性能：纯钛性能和纯铁相似，塑性好，延伸率可达5060%，断面收缩率可达7080%，强度不太高（300MPa）。纯钛力学性能与纯度有关：间隙杂质(zzh)（氧、氮、碳）含量增加，其强度升高，塑性陡降。常温下钛为密排六方结构，与其他六方结构的金属(镉、锌、镁)相比，钛的塑性要高得多。原因是：滑移模型和晶体中各晶面的层错能有关，如层错能低，则有利于全位错分解为不

6、全位错，以促进滑移的继续进行；钛的层错能比基面小，原来在基面上进行滑移的位错容易通过交滑移而转移到棱柱面上，并可发生分解，这样基面上的滑移很快终止，而棱柱面上的滑移则发挥着主导作用。2 纯钛纯钛第5页/共41页第六页，共41页。 纯钛的强度随温度的升高而降低，加热到250时抗拉强度减小一半。500以下加热时断面收缩率变化很小，而伸长率却连续下降；500以上，和随温度提高而增加，接近转变温度时，出现超塑性(100)。 纯钛有很好的低温塑性，特别是间隙元素含量很低的型合金适宜在低温下使用，如在火箭发动机或载人飞船上作超低温容器。 钛的疲劳性能特点与钢类似(li s)，具有比较明显的物理疲劳极限，纯

7、钛的反复弯曲疲劳极限为b，钛的疲劳性能对金属表面状态及应力集中系数比较敏感。 钛的耐热性比铁和镍低。这与钛原子自扩散系数大和存在同素异晶转变有关。钛的耐磨性较差，通过渗氮、碳、硼可提高其耐磨性。 2 纯钛纯钛第6页/共41页第七页，共41页。 钛可进行锻造、轧制、挤压、冲压等各种压力加工，原则上加热钢材所采用的设备都可以用于钛材加热，要求炉内气氛保持中性或弱氧化性气氛，绝不允许使用氢气加热。 钛的屈强比(b)较高，一般在之间，变形抗力大，而钛的弹性模量相对较低，因此钛材在加工成型时比较困难。 纯钛具有良好(lingho)的焊接性能，焊缝强度、延性和抗蚀性与母材相差不多。为防止焊接时的污染，须采

8、用钨极氩气保护焊。 钛的切削加工比较困难，主要原因是钛的摩擦系数大，导热性差，热量主要集中在刀尖上，使刀尖很快软化。同时钛的化学活性高，温度升高容易粘附刀具，造成粘结磨损。在切削加工时，应正确选用刀具材料，保持刀具锋锐，并采用良好(lingho)的冷却。工艺性能2 纯钛纯钛第7页/共41页第八页，共41页。杂质元素对钛性能的影响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。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，可以固溶在前四种属间隙型元素，后二种属置换型元素，可以固溶在相或相或相中，也可以化合物形式存在。相中，也可以化合物形式存在。 钛的

9、硬度钛的硬度(yngd)对间隙型杂质元素很敏感，杂质含量愈多对间隙型杂质元素很敏感，杂质含量愈多，钛的硬度，钛的硬度(yngd)就愈高。就愈高。 综合考虑间隙元素对硬度综合考虑间隙元素对硬度(yngd)的影响，引入氧当量：的影响，引入氧当量：O当当=O+2N十。十。 氧当量和硬度氧当量和硬度(yngd)的关系为：的关系为： HV=65+310 O当。当。 2 纯钛纯钛第8页/共41页第九页，共41页。 氢对纯钛及钛合金性能的影响就是引起氢脆。 氢在-Ti中的溶解度比-Ti中大得多，且在-Ti中的溶解度随温度降低而急剧减少，当冷却到室温时，会析出脆性的氢化物TiH2，使合金变脆，称为氢化物氢脆。

10、 含氢的-Ti在应力作用下，促进氢化物析出，由此导致的脆性叫做应力感生氢化物氢脆。 溶解在钛晶格中的氢原子，在应力作用下，经过一定时间会扩散到晶体缺陷处，与那里的位错发生交互作用，使位错被钉扎，引起塑性降低。当应力去除并静止一段时间，再进行高速变形(bin xng)时，塑性又可以恢复，这种脆性称为可逆氢脆。 钛及钛合金中氢含量小于时，可避免氢化物型氢脆，但无法避免应力感生氢化物氢脆和可逆氢脆。 减少氢脆的措施是减少氢含量，如严格控制原材料纯度、采用真空熔炼、用中性或弱氧化性气氛加热、惰性气体保护焊接、尽量避免酸洗增氢等。用真空退火去氢。2 纯钛纯钛第9页/共41页第十页，共41页。 氢可增加高

11、温形变时塑性，即提高热塑性或超塑性。生产上暂时将氢渗入(shnr)合金中，然后高温变形，再通过真空退火去氢。增塑的原因是氢降低形变激活能，即降低原子扩散迁移所必须克服的能垒，提高了变形过程中扩散协调变形能力；同时氢原子在高温下分布比较均匀，减小了局部弹性畸变；氢有促进晶粒细化作用，从而改善高温热塑性。 氮、氧、碳都提高+ 相变温度，扩大相区，属稳定元素。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、，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

12、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和，但有时也作为合金元素加入。 2 纯钛纯钛第10页/共41页第十一页，共41页。纯钛组织基本形态： 形变再结晶退火后，相呈等轴状，称等轴； 相区缓慢冷却，相以集束片状形式沿晶界和晶内有规则的析出，此类形态称魏氏； 相区快冷，则发生马氏体转变(zhunbin)，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。 2 纯钛纯钛第11页/共41页第十二页，共41页。工业纯钛的牌号、性能及用途工业纯钛的牌号、性能及用途 工业纯钛退火得到单相工业纯钛退火得到单相组织，属

13、组织，属型钛合金。工业纯钛型钛合金。工业纯钛根据杂质含量不同分为根据杂质含量不同分为TAlTAl、TA2TA2、TA3TA3、 TA4 TA4，其中，其中TATA为为型钛型钛合金的代号，数字合金的代号，数字(shz)(shz)表示合金的序号。随着序号增大，钛表示合金的序号。随着序号增大，钛的纯度降低，抗拉强度提高，塑性下降。的纯度降低，抗拉强度提高，塑性下降。 纯钛只能冷变形强化。当变形度大于纯钛只能冷变形强化。当变形度大于3030以后，强度增加以后，强度增加缓慢，塑性不再明显降低。缓慢，塑性不再明显降低。 纯钛的热处理：再结晶退火（纯钛的热处理：再结晶退火（ 540 540700 700 ）

14、和去应力退）和去应力退火（火（ 450 450600600），退火后均采用空冷。），退火后均采用空冷。 工业纯钛可制成板、管、棒、线、带材等半成品。工业纯钛可制成板、管、棒、线、带材等半成品。 工业纯钛可作为重要的耐蚀结构材料，用于化工设备、滨工业纯钛可作为重要的耐蚀结构材料，用于化工设备、滨海发电装置、海水淡化装置和舰艇零部件。海发电装置、海水淡化装置和舰艇零部件。 2 纯钛纯钛第12页/共41页第十三页，共41页。按组织(zzh)类型分： （用TA表示）：全、近和+化合物合金 。以铝、锡、锆为主要合金元素，在近型钛合金中还添加少量稳定化元素，如钼、钒、钽、铌、钨、铜、硅等 （用TB表示）：

15、热力学稳定型合金、亚稳定型合金和近型合金 （用TC表示）：以Ti-Al为基再加适量稳定元素 TA4 Ti-3Al TA7 Ti-5Al-2.5Sn TA8 Ti-5Al-2.5Sn-3Cu-1.5Zr TC1 Ti-2Al-1.5Mn TC3 Ti-4Al-4V TC4 Ti-6Al-4V TC6 Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si TB2 Ti-5Mo-5V-3Cr-3Al 3 钛合金分类钛合金分类(fn li)、牌号、牌号第13页/共41页第十四页，共41页。3 钛合金钛合金合金化合金化与与和和均形成连续固溶均形成连续固溶体相图：体相图： 锆、铪与钛同族锆、铪与钛

16、同族(tn (tn z)z)，有相同晶体结构和同，有相同晶体结构和同素异晶转变，与素异晶转变，与-Ti-Ti及及-Ti-Ti形成连续固溶体。形成连续固溶体。 第14页/共41页第十五页，共41页。与与-Ti无限互溶，与无限互溶，与-Ti有限溶解的相图：有限溶解的相图： 钒、铌、钽、钼钒、铌、钽、钼 都为体心立方结构，与都为体心立方结构，与-Ti同晶，称为同晶，称为同晶同晶元素。降低相变点，稳定元素。降低相变点，稳定相。相。 组元达到一定浓度值后，高温组元达到一定浓度值后，高温相可稳定到相可稳定到室温，对应这一浓度值称为临界浓度室温，对应这一浓度值称为临界浓度Ck。Ck反映反映合金元素稳定合金元

17、素稳定相能力大小，其值越小稳定相能力大小，其值越小稳定相能相能力就越大。稳定力就越大。稳定相能力按钼、钒、钽、铌次序相能力按钼、钒、钽、铌次序(cx)递减。递减。 加入这类元素的钛合金组织稳定性好，不会加入这类元素的钛合金组织稳定性好，不会发生共析转变或包析转变，同时能强化发生共析转变或包析转变，同时能强化相，并保相，并保持良好的塑性。持良好的塑性。3 钛合金钛合金合金化合金化第15页/共41页第十六页，共41页。3 钛合金钛合金合金化合金化与、钛均有限溶解(rngji)，并具有共析转变的相图: Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Si、Bi、W、H 在-Ti中溶解(rngji)度比在-Ti中

18、大，降低(+) /相变温度，其稳定相的能力比同晶元素要大。 这类元素与钛易形成化合物，如Ti-Mn系中形成TiMn()等化合物，含有这类元素的合金从相区冷到共析温度时，相发生共析分解，这类元素称为共析元素。 铬、钨能与-Ti完全互溶，但因原子尺寸或电化学性质与钛相差较大，在固态还有共析转变，因此(ync)归入共析元素。Ti-Cr系共析转变产物为+TiCr2。Ti-W系为+2(2为富钨固溶体)，不存在金属化合物。 锰、铁、铬共析转变速度极慢，热处理条件下难以进行，称为非活性共析元素(慢共析元素)；硅、铜、镍、银、氢等共析转变极快，淬火也不能抑制其转变，故称为活性共析元素(快共析元素)。第16页/

19、共41页第十七页，共41页。 除锡对相变点影响不大，归为中性元素外，其它元素都提高相变点，扩大相区，称为稳定元素。 这类元素为强化相的主要元素，其中(qzhng)铝和锡应用较多。3 钛合金钛合金合金化合金化与和钛均有限溶解，并有包析反应(fnyng)的相图：铝、镓、锆、锡、硼、碳、氮、氧第17页/共41页第十八页，共41页。 各类合金元素对钛合金常规力学性能的影响： 稳定元素：铝、锆和锡的固溶强化效果以铝的最大，锆、锡次之。锆、锡一般不单独加入，而是与其它元素复合加入。 同晶元素：合金元素浓度超过相极限溶解度时，将进入+相区，此时合金元素优先溶于相，因而相具有更高的强度和硬度，这样合金平均强度

20、将随组织中相所占比例增加而提高，大约至相和相各占50时强度达到峰值。再增加相数量，强度反而有所下降。强化作用按钼、钒、钽、铌次序递减(djin)。 共析型稳定元素：对合金性能的影晌规律和同晶型元素相似，特别是非活性共析元素锰、铬、铁在一般生产和热处理条件下，共析转变并不发生，因此可将钼、钒等组元同等对待，退火组织仍为+相。但在高温长期使用的耐热合金，非活性共析元素的存在，将降低材料的热稳定性。 3 钛合金合金元素钛合金合金元素(yun s)对对性能的影响性能的影响第18页/共41页第十九页，共41页。 合金的高温力学性能取决于金属基体键合能力、原子扩散过程及组织稳定性。钛合金耐热性与相图类型及

21、成分的关系为：单相固溶体浓度范围内，耐热性随浓度的增加而提高，当组织中出现第二相时则有所下降，因复相(+)组织在加热过程中将发生转变，使相界附近的原子扩散，且原子在具有体心立方结构的相扩散比相更快，耐热性下降。所以，耐热合金以单相组织为宜，常用型或近型钛合金作为高温材料。 提高钛合金固态(gti)相变温度的合金元素，可改善耐热性。这是由于在接近相变温度时，组织稳定性下降，原子活性增加，故使金属软化。因此，耐热合金在成分上应以稳定元素(如铝)和中性元素(锡、锆)为主，至于稳定化元素一般效果较差，只有那些能强烈提高钛原子键合能力的钼、钨及共析转变温度较高的硅、铜等元素，在适当浓度范围内可有效地增加

22、合金的热强性。某些金属间化合物，如Ti-Al系中的Ti3Al(2相) 、TiAl(相)具有很高的耐热性，有望成为新型耐热合金。共析转变温度低的合金，如Ti-Mn、Ti-Fe合金，在高温下很快软化，故耐热性差。 3.3 钛合金合金元素钛合金合金元素(yun s)对性能的影响对性能的影响第19页/共41页第二十页，共41页。 钛合金中常用的合金元素有铝、锡、锆、钒、钼、铬、铁、硅、铜、稀土，其中工业上应用最广泛的元素是铝。稳定元素： 除工业纯钛外，各类钛合金中几乎都添加铝，铝主要起固溶强化作用，每添加1Al，室温抗拉强度增加50MPa。 根据(gnj)钛铝相图，铝在钛中的极限溶解度为，超过此值，出

23、现有序相Ti3Al(2相)，对合金的塑性、韧性及应力腐蚀不利，故一般加铝量不超过7。 铝改善抗氧化性，铝比钛还轻，能减小合金密度，并显著提高再结晶温度，如添加5Al可使再结晶温度从纯钛600提高到800。铝增加固溶体中原子间结合力，从而提高合金的热强性。在可热处理合金中，加入3左右铝，可防止由亚稳定相分解产生的相而引起的脆性。铝还提高氢在-Ti中的溶解度，减少由氢化物引起氢脆的敏感性。3.3 钛合金钛合金(hjn)常用合金常用合金(hjn)元素的作用元素的作用第20页/共41页第二十一页，共41页。 锡和锆是常用的中性元素，它们在-Ti和-Ti中均有较大的溶解度，常和其他元素同时加入，起补充强

24、化作用。 为保证耐热合金获得单相组织，除铝以外，还加入锆和锡进一步提高耐热性，同时对塑性不利影响比铝小，使合金具有良好的压力加工性和焊接性能。 锡能减少对氢脆的敏感性。钛锡系合金中，当锡超过一定浓度时也会形成有序相Ti3Sn，降低塑性和热稳定性。 为了防止有序相Ti3X(2相)的出现，考虑到铝和其它元素对2相析出的影响，Rosenberg提出(t ch)铝当量公式。 3.3 钛合金常用钛合金常用(chn yn)合金合金元素的作用元素的作用*% 1/3% 1/6% 1/2% 10 %8 9%AlAlSnZrGaO只要(zhyo)铝当量低于89，就不会出现2相。第21页/共41页第二十二页，共41

25、页。 钒和钼：稳定元素中应用最多，固溶强化相，并显著降低相变点、增加淬透性，从而增强热处理强化效果。含钒或钼的钛合金不发生共析反应，在高温下组织稳定性好；但单独加钒，合金耐热性不高，其蠕变抗力只能维持到400，为了提高蠕变抗力，加钼的效果比钒高，但密度大；钼还改善合金的耐蚀性，尤其是提高合金在氯化物溶液中抗缝隙腐蚀能力(nngl)。 锰、铬：强化效果大，稳定相能力(nngl)强，密度比钼、钨等小，故应用较多，是高强亚稳定型钛合金的主要添加剂。但它们与钛形成慢共析反应，在高温长期工作时，组织不稳定，蠕变抗力低；当同时添加同晶型元素，特别是铝时，有抑制共析反应的作用。 硅：共析转变温度较高(860

26、)，加硅可改善合金的耐热性能，因此在耐热合金中常添加适量硅，加入硅量以不超过相最大固溶度为宜，一般为左右。由于硅与钛的原子尺寸差别较大，在固溶体中容易在位错处偏聚，阻止位错运动，从而提高耐热性。3.3 钛合金常用钛合金常用(chn yn)合金元素的作用合金元素的作用第22页/共41页第二十三页，共41页。 稀土：提高合金耐热性和热稳定性。稀土的内氧化作用，形成了稀土：提高合金耐热性和热稳定性。稀土的内氧化作用，形成了细小稳定的细小稳定的RExOv颗粒，产生弥散强化。由于内氧化降低颗粒，产生弥散强化。由于内氧化降低(jingd)了了基体中的氧浓度，并促使合金中的锡转移到稀土氧化物中，这有利于基体

27、中的氧浓度，并促使合金中的锡转移到稀土氧化物中，这有利于抑止脆性抑止脆性2相析出。此外，稀土还有强烈抑制相析出。此外，稀土还有强烈抑制晶粒长大和细化晶粒的晶粒长大和细化晶粒的作用，因而改善合金的综合性能。作用，因而改善合金的综合性能。3.3 钛合金常用钛合金常用(chn yn)合金元素的作用合金元素的作用小结：合金(hjn)元素的作用： 固溶强化：提高室温强度最显著的元素为铁、锰，铬、硅，其次为铝、钼、钒，而锆、锡、钽、铌强化效果差。稳定相或相：合金(hjn)元素提高或降低相变点。增强热处理强化：添加稳定元素，增加合金(hjn)淬透性。铝、锡有防止相形成作用，稀土可抑制2相析出，同晶元素有阻制

28、相共析分解的作用。改善合金(hjn)的耐热性：加铝、硅、锆，稀士等。提高合金(hjn)的耐蚀性和扩大钝化范围：加钯、钌、铂，钼等。第23页/共41页第二十四页，共41页。 纯钛： 慢冷时，扩散方式，完成(wn chng)转变； 快冷时，无扩散方式，马氏体转变。 钛合金：转变温度或升高、或降低、或基本保持不变。存在+两相区，即转变在一 个温度范围内完成(wn chng)。 钛和钛合金的转变具有下列特点：新相和母相存在严格的取向关系。如冷却时，相总是以片状或针状有规则析出，形成魏氏组织。 钛的转变所需的过冷度或过热度很小。当加热温度超过相变点后，相极易长大，形成粗晶（由于高温加热而造成的脆性称脆性

29、）。相区加热形成的粗晶，不能像钢铁那样利用同素异晶转变使之晶粒细化；只有经适当形变再结晶才能消除粗晶魏氏组织。（原因：钛的两个同素异晶体比容差小，仅为，而铁为，同时钛的弹性模量小，在相变过程中不能产生足够的形变硬化，以引起基体再结晶，使晶粒细化。）3.3 钛合金钛合金相变及热处理相变及热处理第24页/共41页第二十五页，共41页。3.3 钛合金钛合金相变及热处理相变及热处理相在冷却时的转变：相在冷却时的转变： 根据合金成分和冷却条件，加热到根据合金成分和冷却条件，加热到相区的钛合金可能发生相区的钛合金可能发生(fshng)下列转变：下列转变： + ： +TixMy ： 或或 ： ：密排六方晶格

30、，为六方马氏体：密排六方晶格，为六方马氏体 ：斜方晶格，为斜方马氏体：斜方晶格，为斜方马氏体 ： ：亚稳定六方晶格：亚稳定六方晶格相在慢冷时的转变相在慢冷时的转变相在快冷时的转变相在快冷时的转变第25页/共41页第二十六页，共41页。相在慢冷时的转变：相在慢冷时的转变： 合金加热到合金加热到相区后缓冷：将从相区后缓冷：将从相中析出次生相中析出次生。随着温度降低，次生。随着温度降低，次生相不断增多，相不断增多，相不相不断减少，断减少，稳定化组元浓度连续增高。当达到室温时，两相分别达到各自平衡浓度，室温得到稳定化组元浓度连续增高。当达到室温时，两相分别达到各自平衡浓度，室温得到+平衡组织。平衡组织

31、。 缓冷时，先在原缓冷时，先在原晶界开始形核长大，形成晶界晶界开始形核长大，形成晶界，然后从晶界向晶内呈集束状扩展，直至互，然后从晶界向晶内呈集束状扩展，直至互相接触为止。相互平行位向一致的一组片状相接触为止。相互平行位向一致的一组片状构成一个群体，称为构成一个群体，称为集束，集束，相处于片状相处于片状相之间相之间，呈连续的或间断的层片状，冷却后形成魏氏，呈连续的或间断的层片状，冷却后形成魏氏(+)。加热温度愈高、冷却愈缓慢，则。加热温度愈高、冷却愈缓慢，则片愈厚片愈厚，集束尺寸也愈大，形成位向比较单一的集束，这种组织称并列式魏氏结构。集束尺寸也愈大，形成位向比较单一的集束，这种组织称并列式魏

32、氏结构。 冷却速度较快时，冷却速度较快时，相不仅相不仅(bjn)可在晶界上生核，同时在可在晶界上生核，同时在晶粒内部可独立生核，这样晶粒内部可独立生核，这样群群体数目增多，组织细化，这种由多种取向的片状体数目增多，组织细化，这种由多种取向的片状相构成的组织称作网状魏氏结构。相构成的组织称作网状魏氏结构。3.3 钛合金钛合金相变及热处理相变及热处理第26页/共41页第二十七页，共41页。3.3 钛合金钛合金相变及热处理相变及热处理 加热到+两相区慢冷：与上述转变主要差别是：原来存在的相在冷却过程(guchng)中不发生转变，为了与析出的次生相区别，称为初生。随着冷却速度减慢，次生相由晶内成核逐步

33、变为在初生相和相界面处成核长大，并与初生连成一体，而相呈网络状(晶间)，网络状也可能进一步集聚成块状。加热温度较低，相浓度较高，过冷度较大，故转变组织更为细密。 某些两相钛合金从相区或(+)相区上部温度连续冷却时，在转变时，相界上存在界面相或界面层。界面相由两层组成，靠近相一边的层比较完整，且外观较光滑，称单片层，具有面心立方结构；靠近相一侧的层有许多条痕，称条纹层，具有六方结构，但和相邻的相晶体取向关系不同。界面层厚度与冷却速度有关，在适当的冷却速度下，厚度达到最大值。界面相是在连续冷却时转变的一个过渡阶段，面心立方单片层是转变的一个中间结构，条纹层已接近完成的转变。 界面相的存在对两相钛合

34、金性能产生影响，疲劳裂纹易在界面层萌生。第27页/共41页第二十八页，共41页。Ms和Mf分别表示马氏体转变开始温度和终了温度，这两个温度随稳定(wndng)元素浓度的增加而降低，达到室温时的对应浓度称临界浓度Ck和Ck。对应的淬火温度称临界淬火温度tk和tk。低于tk温度淬火，相浓度大于Ck，故淬火时不发生马氏体转变。而淬火温度超过tk后，相浓度低于Ck故马氏体转变得以全部完成。C1CkCkC2C2CkCkC3第28页/共41页第二十九页，共41页。3.3 钛合金钛合金相变及热处理相变及热处理相在快冷时的转变 不同成分钛合金从相区淬火时的组织变化规律： 钛合金从相区淬火，发生无扩散的马氏体转

35、变： 当稳定元素含量少时，转变为马氏体。 若稳定元素含量高时，转变为马氏体。 当合金元素含量在临界(ln ji)浓度附近时，淬火形成亚稳定六方晶 格相。 转变与马氏体转变的异同点：相同点：相变速度快，即使很高冷速也不能抑制其进行；母相与相成分相同；转变具有可逆性，保持共格界面等，故变是一种无扩散转变。不同点：形核率高，形核容易，长大困难，尺寸细小弥散，表面没有浮凸效应。第29页/共41页第三十页，共41页。1 结构钛合金结构钛合金 强度较高，长期使用温度在强度较高，长期使用温度在400以下以下TA7合金：合金： 为为型钛合金，属型钛合金，属Ti-Al-Sn系系(Ti-5Al-2.5Sn) 合金

36、元素作用：铝和锡起稳定合金元素作用：铝和锡起稳定和固溶强化作用。和固溶强化作用。 性能特点：性能特点： 具有具有(jyu)中等强度和较高的耐热性，可在中等强度和较高的耐热性，可在400下长期工作。下长期工作。 具有具有(jyu)良好的低温性能和焊接性能。良好的低温性能和焊接性能。 随温度降低，强度升高，塑性略有下降。间隙元素含量低的合金，随温度降低，强度升高，塑性略有下降。间隙元素含量低的合金，在在-250时仍保持良好的塑性，用于超低温高压容器，多以管材供应。时仍保持良好的塑性，用于超低温高压容器，多以管材供应。 冷热加工性较差。冷热加工性较差。 轧制工艺对热成型影响较大，轧制温度为轧制工艺对热成型影响较大，轧制温度为750左右，具有左右，具有(jyu)较较好的热成型性，高温轧制塑性反而降低，原因是晶粒粗化，但通过交叉好的热成型性，高温轧制塑性反而降低，原因是晶粒粗化，但通过交叉轧制改善组织，可提高热塑性。轧制改善组织，可提高热塑性。 3.3 钛合金几种钛合金几种(j zhn)典型钛典型钛合金合金第30页/共41页第三十一页，共41页。TC4(Ti-6Al-4V)： +型合金型合金(hjn)，国际上一种通用型钛合金，国际上一种通用型钛合金(hjn)，其用，其用量占钛合金量占钛合金(hjn)总消耗量总消耗量50左右。在航空工业上