鈦合金材料及其熱加工講座20071.4.11課件

1、鈦合金材料及其熱加工講座 1一、鈦和鈦合金的基本知識(shí)純鈦1）高純度鈦的特性 具有同素異晶轉(zhuǎn)變的特性 鈦在固態(tài)隨著溫度的改變，其原子排列的晶體結(jié)構(gòu)要發(fā)生變化（組織轉(zhuǎn)變）。 高純度鈦的組織轉(zhuǎn)變溫度為882.5。也就是說(shuō)，在882.5以下，是密排六方晶體的-Ti (相), 在882.5以上，是體心立方晶體的-Ti（相）。 可見(jiàn)， 882.5這個(gè)溫度是純鈦發(fā)生組織轉(zhuǎn)變（相 相）的溫度。 因之，將其稱(chēng)為相變點(diǎn)。2 由-Ti 轉(zhuǎn)變-Ti（ 相轉(zhuǎn)變相 ），其塑性變形的能力發(fā)生了變化。 為什么？ 因?yàn)榻饘偎苄宰冃危ㄥ懺欤r(shí)，首先是沿著晶體中原子排列最密的晶面和晶向優(yōu)先產(chǎn)生滑移。 為什么？ 因?yàn)樵用芏茸畲蟮木?/p>

2、面原子間距小，原子結(jié)合力強(qiáng)，而晶面的間距增大，則晶面間結(jié)合力較弱，滑移阻力當(dāng)然就小，顯然易成為滑移面。而-Ti是密排六方晶體，其原子排列最密集的晶面只有1個(gè)，即 0001面。3 但條件變化了，如加熱、大變形、高速變形，那么，次要滑移面也將產(chǎn)生滑移。 在體心立方晶體中，主要滑移面次要滑移面共有48個(gè)。當(dāng)然，滑移容易了，也就是說(shuō)塑性好了。 -Ti（相）是體心立方晶體，體心立方晶體原子排列最密的晶面有6個(gè)110，但滑移方向只有2個(gè)，所以滑移系數(shù)目62=12個(gè)。5 由此，給我們的啟示： 鈦合金為什么一般不能冷變形？ 又為什么發(fā)展近鍛造、 鍛造？ （除了發(fā)揮材料性能） 為什么要嚴(yán)格控制鈦合金終鍛溫度？

3、為什么在高速錘上變形、金屬填充 性能特別好（一般一錘成形）？均與含量有關(guān)6 化學(xué)性能活潑、容易氧化 高純度鈦的熔點(diǎn)為16684，比鐵(1539)、鈷(1500 )、鎳(1450 )的熔點(diǎn)還高。 如果單從熔點(diǎn)來(lái)講，似乎鈦是很好的耐熱材料，可是很遺憾，自二次世界大戰(zhàn)出現(xiàn)低于400 使用的TC4鈦合金以來(lái)，六十年過(guò)去了，鈦合金的使用溫度仍然限于600 。 而將鐵、鈷、鎳加入到鋼中形成的鐵基、鈷基、鎳基黑色高溫耐熱合金，其使用溫度可達(dá)到900。 那么為什么？7原因：高溫下氧對(duì)鈦的玷污速率很高控制的雜質(zhì)氧含量0.15%氧化膜基體金屬的界面 鈦金屬(如鈦棒)在空氣中也會(huì)氧化的，形成一層很薄的淡黃色的氧化膜

4、，如圖黃色的外圈。 一般講，技術(shù)條件控制鈦金屬中雜質(zhì)氧含量0.15%（為什么？） 因?yàn)檠踉黾右稽c(diǎn)點(diǎn)，塑性()大大下降。所以，當(dāng)b低時(shí)，也不要輕易放松氧含量的控制要求。對(duì)冶金廠來(lái)講，提高強(qiáng)度并不難，降低海綿鈦的品位就可以解決，但是氧含量 ， 。所以，冶金廠也不會(huì)隨便提高氧含量。8 講到這里，你們可能會(huì)問(wèn)，鈦合金不要在氧化性氣氛中加熱，而是在還原性氣氛中加熱不是更好嗎？ 回答是肯定的：不行。即使沒(méi)有電爐的條件下，寧可在油爐中加熱。 為什么？ 氫對(duì)鈦合金性能的影響遠(yuǎn)比氧大得多，要發(fā)生氫脆。所以，技術(shù)條件控制的氫含量50，表示材料或工藝是穩(wěn)定的，因?yàn)榉€(wěn)定性好。否則就判為不合格。當(dāng)然，一般條件2/150

5、，但合金（Ti40）或鍛造就不好說(shuō)了。14 另一種微觀指標(biāo) K1C 科學(xué)已發(fā)展到衡量材料性能，不能單從宏觀角度來(lái)考慮了，而是可用微觀力學(xué)性能來(lái)表征了，K1C就是表征材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。 當(dāng)然，微觀指標(biāo)比宏觀指標(biāo)更重要，更能評(píng)價(jià)材質(zhì)的優(yōu)劣。 但是，不管用或K1C表征材料（鍛件或構(gòu)件）的穩(wěn)定性，都屬于表面穩(wěn)定性。 影響材料（鍛件或構(gòu)件）熱穩(wěn)定性的另一個(gè)因素內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變。15 冶金熱穩(wěn)定 主要是材料內(nèi)部相分解、相析出引起的熱穩(wěn)定性下降。 殘余相中析出s相（硬脆相） 形成有序相，致使晶體結(jié)構(gòu) 發(fā)生變化現(xiàn)在講不清楚，以后再分析 這里要特別強(qiáng)調(diào)的，也是你們應(yīng)該注意的，有三點(diǎn)： 試樣（熱穩(wěn)定）要求磨削加

6、工，最好用60粒度的 TiS砂輪，乳化液冷卻。 試樣加工后，用丙酮擦洗。 裝夾時(shí)最好戴上手套，特別是夏天，盡可能不用 汗手扶摸。16 導(dǎo)熱系數(shù)小 Al 0.52卡/厘米秒度 15倍 Fe 0.19卡/厘米秒度 5倍 Ti 0.036卡/厘米秒度 以此為1 所以，鈦合金不采用快速加熱，也不采用低溫預(yù)熱，否則保溫時(shí)間太長(zhǎng)，而是爐溫到預(yù)定溫度后一次直接放入高溫區(qū)加熱。 保溫時(shí)間：0.51.0分鐘/毫米，一般取0.60.8 分鐘/毫米, 熱態(tài)回爐減半。17 摩擦系數(shù)大 就是說(shuō)比較粘，金屬流動(dòng)性不好，因此注意以下問(wèn)題： 設(shè)計(jì)模具時(shí)，金屬流動(dòng)激烈處，圓角半角大一點(diǎn)。 鍛造時(shí)，加強(qiáng)潤(rùn)滑。 毛坯噴涂玻璃潤(rùn)滑劑

7、，其作用： a. 減少加熱氧化 b. 減緩冷卻 c. 潤(rùn)滑作用18 這里，要特別介紹的，或者說(shuō)要消除你們顧慮的，更要引起注意的熱效應(yīng)問(wèn)題 鈦合金摩擦系數(shù)大，那么鍛造時(shí)金屬流動(dòng)激烈，是否會(huì)引起摩擦生熱而出現(xiàn)溫升（熱效應(yīng)）？ 答案是肯定的，會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)的。 一般資料介紹可達(dá)3050，有些教科書(shū)上寫(xiě)著，可能高達(dá)100 以上。 假定是這樣，那么，國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的相變點(diǎn)以下40 50 的常規(guī)鍛造，也只能得到網(wǎng)籃組織，甚至魏氏組織，無(wú)法得到等軸組織。20 膨脹系數(shù)小 熱收縮率為鋼的一半左右，模具設(shè)計(jì)時(shí)=0.70.8 高純度鈦的強(qiáng)度很低 b250300MPa, 7080 一般用于科研，沒(méi)有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。 但當(dāng)其

8、中含有一定雜質(zhì)時(shí)，將強(qiáng)烈地改變機(jī)械性能，但此時(shí)再也不能稱(chēng)為純鈦，而叫工業(yè)純鈦。21 H的危害性很大，極其微量的H能使材料變脆所謂氫脆。所以鈦中含量必須嚴(yán)格控制，一般要求H含量小于0.0150.02%。 H對(duì)鈦的沖擊韌性影響最大23 由Ti和H的相圖可知： H在鈦中的溶解度比在鈦中大得多 且H在鈦中的溶解度隨溫度的降低而劇烈減少Ti-H相圖H在-Ti中的溶解度曲線24Fe、Si與Ti形成置換式固溶體，盡管Fe、Si在純鈦中也是雜質(zhì)，但不象O、N、C、H那樣對(duì)Ti的性能影響大。含0.05Fe或Si，僅使鈦的強(qiáng)度提高1012MPa。 但Fe、Si作為雜質(zhì)時(shí)（Fe與Si也可作為合金元素加入Ti中），其

9、含量要求分別小于0.3%和0.15%。 Fe、Si不管是雜質(zhì)還是添加元素，主要溶解于相中，它們是降低轉(zhuǎn)變溫度的，是穩(wěn)定元素。26為了保證材料的塑性和韌性，在工業(yè)純鈦（TA1、TA2和TA3）和鈦合金中，一般限制O含量小于0.150.2%，N含量小于0.050.08%，C含量小于0.10.2%，H含量小于0.0150.02%。 近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外發(fā)展了一些間隙（雜質(zhì)）元素特別低的高純度鈦合金。如美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)純鈦的Ti-6Al-4V合金的O含量小于0.2%，C含量小于0.1%；而高純度的Ti-6Al-4V（ELI）合金的O含量小于0.13%，C含量小于0.08%。因?yàn)镺會(huì)增加Ti的冷脆性，并嚴(yán)重降低斷

10、裂韌性。所以，高純度鈦合金適宜于低溫或要求高的斷裂韌性時(shí)使用。降低間隙元素含量可提高材料的斷裂韌性。27 綜上所述，鈦中的間隙雜質(zhì)雖然能提高鈦的強(qiáng)度，但建議不要采用提高間隙雜質(zhì)來(lái)提高鈦的強(qiáng)度。 原因：這種雜質(zhì)不僅嚴(yán)重降低合金的塑性和斷裂韌性，而且會(huì)加快疲勞裂紋擴(kuò)展速率，并使其他一些重要性能，如熱穩(wěn)定性，蠕變抗力，缺口敏感性等變壞。 此外，現(xiàn)用的和發(fā)展中的高強(qiáng)鈦合金主要靠加入大量的合金元素來(lái)強(qiáng)化，這就需要基體元素鈦有更高的塑性?xún)?chǔ)備。所以提高鈦的純度（實(shí)際上是提高海綿鈦的品位）是發(fā)揮合金潛力以及研制新的高強(qiáng)度、高塑性和高韌性鈦合金的必要條件。28工業(yè)純鈦的特點(diǎn)： 從上表可以看到：隨著純度降低，或者

11、說(shuō)雜質(zhì) 含量增加，工業(yè)純鈦強(qiáng)度提高，塑性下降。 工業(yè)純鈦在退火狀態(tài)下為單相的組織（一片 白色），工業(yè)純鈦屬型合金，我國(guó)用TA表示。 工業(yè)純鈦不能采用熱處理強(qiáng)化（退火是軟化， 不是強(qiáng)化）。要想提高工業(yè)純鈦的強(qiáng)度，只能采用冷變形的所謂冷作硬化。用鈑金成形的飛機(jī)蒙皮，其強(qiáng)度可達(dá)600MPa。 上面主要以純鈦來(lái)介紹其力學(xué)性能特點(diǎn)的，其實(shí)，對(duì)于鈦合金來(lái)講，同樣存在同素異晶轉(zhuǎn)變、化學(xué)性活潑、摩擦系數(shù)大、導(dǎo)熱性差、線膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)，以后就不再重復(fù)介紹了。30 下面對(duì)從事切削加工的聽(tīng)眾，介紹一點(diǎn)切削加工方面的知識(shí)。 鈦的化學(xué)性質(zhì)活潑極易氧化，其結(jié)果在工件表面形成富氧層，實(shí)際上應(yīng)叫做硬化脆性層。其厚度取決于加

12、熱條件和合金牌號(hào)，對(duì)于型和近型合金來(lái)講，最厚可達(dá)0.7mm，如果不經(jīng)退火處理，一般的切削刀具是加工不動(dòng)的。特別是刨削加工更困難，一般采用硬質(zhì)合金刀具，切削速度 為15米/分左右。當(dāng)富氧層去掉后，還是很好加工的。31 鈦的導(dǎo)熱性差，加工時(shí)應(yīng)不斷冷卻刀刃，一般 用乳化液，也可用機(jī)油冷卻，否則刀具壽命很低。 加工鈦比鋼需要更大的切削力，應(yīng)采用剛度好的 機(jī)床進(jìn)行車(chē)削加工，否則因彈性變形而影響精度。 磨削加工，除了降低磨削速度，還需不斷冷卻（乳化液）。 砂輪切割，盡可能少用，如用冷卻；余量大 一點(diǎn)，至少35毫米燒傷區(qū)，做金相試樣或性能 試樣時(shí)，必須車(chē)或銑掉，否則容易出現(xiàn)假象。322、鈦合金 所謂鈦合金，

13、人為地在Ti中加入某些合金元素，其目的為了提高或滿(mǎn)足某種機(jī)械性能。鈦與合金元素的相互作用33影響鈦與合金元素相互作用的基本因素 研制一個(gè)合金時(shí)，先考慮的問(wèn)題是加入的元素： 與鈦形成固溶體還是化合物 ； 與-Ti還是-Ti形成固溶； 溶解度有多大。 上述問(wèn)題主要取決于加入元素的： 晶格類(lèi)型； 電子層結(jié)構(gòu)； 原子半徑大??； 電子濃度等。 34鈦與合金元素的相互作用眾所周知，鈦是過(guò)渡族金屬元素，它最外層的電子結(jié)構(gòu)3d24s2。 在元素周期表上有很多元素都能與Ti形成置換式固溶體。但是只有外層電子結(jié)構(gòu)與Ti相近的元素才能有較大的溶解度。那么，哪些元素與Ti是同一過(guò)渡族，而且晶格類(lèi)型相同，外層電子結(jié)構(gòu)和

14、原子半徑相近呢？35元素外層電子結(jié)構(gòu)原子半徑R，原子半徑差（RT-Rx），晶格類(lèi)型Ti（鈦）Zr（鋯）Hf（鉿）3d24s2（d2s2）4d25s2（d2s2）5d26s2（d2s2）1.471.601.59-0.13-0.12 從上表可知，Zr與 Hf元素與Ti屬于同一類(lèi)，在固態(tài)都有相同的同素異晶轉(zhuǎn)變，即在低溫時(shí)為密排六方晶格，高溫時(shí)為體心立方晶格。體心立方密排六方36因此，Zr、Hf既可在低溫時(shí)溶解于-Ti ，又可在高溫時(shí)溶解于-Ti中。 又因外層電子結(jié)構(gòu)和原子半徑相近，所以，兩者在-Ti和-Ti中均能無(wú)限互溶，就是說(shuō)加入多少可以溶解多少；而且是置換式的固溶。由于在-Ti和-Ti中的溶解能

15、力相同，所以又稱(chēng)為中性元素。與Zr、Hf元素具有類(lèi)似特性的還有Sn（錫），但Sn在高溫-Ti中不是無(wú)限的，而是有限的溶解。 Zr、Hf、Sn中，Hf是稀貴和稀缺元素，一般不用。Zr、Sn常用。37 那么，到底用Zr還是Sn，很有講究。這里用TC11合金來(lái)舉例： TC11合金是我國(guó)于70年代末80年代初仿制原蘇聯(lián)用于500的BT9熱強(qiáng)鈦合金，其名義成分為 Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si。 而原蘇聯(lián)于1958年研制這個(gè)合金時(shí)，最初用的是2.5Sn。后來(lái)發(fā)現(xiàn)加Sn的熱強(qiáng)性不太好。于1966年以1.5Zr替代了2.5Sn，其目的在于提高持久和蠕變強(qiáng)度。 為什么以Zr代替Sn可提高

16、熱強(qiáng)性呢？38 原因：Zr的熔點(diǎn)為1750，比錫的熔點(diǎn)231.9高得多。 一個(gè)鈦合金的熱強(qiáng)性（高溫性能）取決于： 合金的熔化溫度 再結(jié)晶溫度 相變溫度 加Zr意味著提高了合金的熔化溫度。 這里再引入一個(gè)科學(xué)概念：熔化溫度高的合金，其再結(jié)晶溫度必然是高的。 道理很簡(jiǎn)單，高熔點(diǎn)元素加入到合金中，在提高合金熔化溫度的同時(shí)，阻礙了合金再結(jié)晶過(guò)程的完成，也就是說(shuō)提高了再結(jié)晶溫度。39 同樣道理，再結(jié)晶溫度高的合金，其相變溫度也是高的。為什么？ 因?yàn)橹挥性俳Y(jié)晶過(guò)程結(jié)束后相變才開(kāi)始。所以，合金的相變溫度在很大程度上決定了這個(gè)合金的工作溫度。 例如TC4的相變點(diǎn)正常情況下為1000，而TC11有時(shí)高達(dá)1020

17、1030。因此，TC4的使用溫度低于400，而TC11可在500使用。 可見(jiàn)，發(fā)展熱強(qiáng)鈦合金一般選擇不是降低而是提高相變點(diǎn)的合金元素是有道理的。如美國(guó)的 Ti-1100合金，英國(guó)的IMI834合金，兩者的相變點(diǎn)為1015左右，可在600溫度下使用。40同晶元素的加入量越多，合金組織中的相越穩(wěn)定。當(dāng)Mo、V含量達(dá)到某一臨界值時(shí)，即使空冷也能將合金中的相保留到室溫。這一臨界值稱(chēng)為“臨界濃度”。一個(gè)合金元素的臨界濃度反映其穩(wěn)定相的能力，臨界濃度越小的元素，穩(wěn)定相的能力越大，如Mo的臨界濃度為11.0%（重量），而V為19.3%，Mo穩(wěn)定相的能力幾乎是V的一倍。Mo和V是開(kāi)發(fā)高強(qiáng)合金的主要合金元素，但

18、常用的是Mo，如21S中有15Mo，中僅有11.5Mo，稱(chēng)為合金（又稱(chēng)亞穩(wěn)定合金），而Ti-1023中，有10V，只能稱(chēng)為貧（近）合金。41在Ti中加入Mo、V、Nb、Ta來(lái)穩(wěn)定相的一個(gè)特點(diǎn)，所得組織的穩(wěn)定性好，且不會(huì)發(fā)生共析反應(yīng)而使合金在一定條件下變脆。換句話講，在合金中除了加入Mo、V、Nb、Ta以外，加入其他穩(wěn)定元素，如常用的元素Cr、Mn、Fe、Co、W、Cu、Ni、Si等都會(huì)發(fā)生共析反應(yīng)，只是反應(yīng)速度快慢而已。42共析元素的特點(diǎn)： 它們?cè)?Ti和-Ti中均為有限溶解，但在-Ti中的溶解度比-Ti中大得多。因?yàn)楫吘故欠€(wěn)定元素，當(dāng)然主要溶解于相中來(lái)穩(wěn)定相和固溶強(qiáng)化相。 這類(lèi)元素與相形成的

19、固溶體，在一定條件下要發(fā)生共析反應(yīng)，其結(jié)果將相分解為固溶體和相。而相通常是以金屬間化合物為基的固溶體。眾所周知，在鈦合金中凡是出現(xiàn)金屬間化合物，一般都會(huì)使金屬變脆。43 Ti與Cu、Ni、Si等非過(guò)度族元素形成的共析反應(yīng)進(jìn)行極快，在一般冷卻條件下，不能阻止其共析反應(yīng)。換句話講，很難將加入這類(lèi)元素的合金中的相固定（保留）到室溫。我們把這類(lèi)元素稱(chēng)為活性共析元素，有時(shí)干脆稱(chēng)之為快共析元素。 Ti與Fe、Mn、Cr等元素形成的共析反應(yīng)進(jìn)行極慢，在通常冷卻情況下根本來(lái)不及進(jìn)行。所以把這類(lèi)元素稱(chēng)為非活性共析元素，也稱(chēng)慢共析元素。44 Fe、Mn、Cr是研制合金中最常采用的共析元素，F(xiàn)e（5.25.7%wt

20、）、Mn（5.7%wt）、Cr（9.0%wt）穩(wěn)定相的能力比Mo（11.0%wt）、V（19.3%wt）等大得多。但Fe、Mn、Cr畢竟是共析型元素，盡管在通常條件下共析反應(yīng)來(lái)不及進(jìn)行，可是來(lái)不及進(jìn)行不等于不會(huì)進(jìn)行，在一定溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)作用下，共析反應(yīng)還是要發(fā)生的（共析反應(yīng)的結(jié)果會(huì)使合金脆化）。所以，研制高溫下工作的合金時(shí)，一般不宜將Fe、Mn、Cr作為主元素加入到合金中去。45 眾所周知，真空自耗電弧熔煉的特點(diǎn)：邊熔化邊凝固。 鈦合金化學(xué)成分的均勻性取決于：（1）電極中的合金料（海綿鈦，加入的元素或中間合金）的均勻性；（2）熔煉過(guò)程中在有限的熔池中的攪拌。 如果壓制電極用海綿鈦，加入的元素、

21、合金、中間合金顆粒大小不合適；或布料不均；或因電極壓制時(shí)焊接得不好，在熔化過(guò)程中有大塊合金料掉入熔池又來(lái)不及熔化和攪拌均勻就凝固了。 從凝固條件來(lái)分析，可能產(chǎn)生斑點(diǎn)的原因： 合金元素的分配率；凝固速度；液相移動(dòng)和擴(kuò)散速度等等。其中影響最大的是合金元素的分配率。 上述諸多因素都有可能造成化學(xué)成分不均勻而形成偏析。46說(shuō)明： 講的是基本組織，實(shí)際上，工業(yè)用的鈦合金， 即使在退火狀態(tài)下，其組織還存在某些金屬 間化合物，如硅化物（顆粒）、Ti3Al等， 但在分類(lèi)時(shí)可以不考慮。 用加工的方法（ 鍛造、處理）將高溫 相保留下來(lái)得到全相，也算合金，稱(chēng)亞 穩(wěn)定的合金。47 已經(jīng)知道，-Ti是密排六方晶體，而A

22、l的加入，使-Ti的晶格發(fā)生彎扭，從而阻礙了原子再結(jié)晶過(guò)程中的定向移動(dòng)，因而延遲了晶粒的聚集長(zhǎng)大過(guò)程，那么要實(shí)現(xiàn)和完成再結(jié)晶，必須要更大的能量提高溫度。所以，Al的加入提高了再結(jié)晶溫度。 可見(jiàn)，再結(jié)晶溫度是與相變溫度有密切關(guān)系的。 再結(jié)晶溫度高，合金的熔化溫度就高。眾所周知，決定金屬熱強(qiáng)性的基本因素是熔化溫度。所以，提高金屬熔化溫度意味著提高工作溫度。因此，近 合金是發(fā)展熱強(qiáng)鈦合金的方向。 這里，先提個(gè)問(wèn)題：型鈦合金（如TA7）鍛造溫度比（）型高還是低？48TA1TA2TA3除了Ti只有雜質(zhì) 工業(yè)純鈦TA4 (Ti-3Al)TA5 (Ti-4Al)TA6 (Ti-5Al)TA7 (Ti-5Al

23、-2.5Sn)TA8 (Ti-5Al-2.5Sn-1.5Zr-3Cu）型鈦合金 如果合金中沒(méi)有穩(wěn)定元素，或者很少，稱(chēng)為型合金。49 如果合金中穩(wěn)定元素含量2，稱(chēng)為近合金。TC2: Ti-3Al-1.5Mn 中國(guó)Ti-1100: Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mn-0.45Si 美國(guó)IMI834: Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si 英國(guó)IMI685: Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si 英國(guó)Ti-679 (IMI679): Ti-2.25Al-11Sn-5Zr-1Mo-0.25Si 英國(guó)Ti-55: Ti-5.3Al-4.1Sn-

24、2Zr-1Mo-0.25Si-1Nd (釹-稀土) 中國(guó)BT18: Ti-(7.88.3)Al-(0.40.8)Mo-(7.88.5)Zr-(0.81.2)Nb 蘇1963年研制 Ti-(7.28.2)Al-(0.21.0)Mo-(1012)Zr-(0.71.4)Nb 蘇1986年研制BT20: Ti-(5.57.5)Al-(0.52.0)Mo-(0.81.8)V-(1.52.5)Zr 蘇1964年研制TA15 (BT20): Ti-(5.57.0)Al-(0.52.0)Mo-(0.82.5)V- (1.5-2.5)Zr 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)50 如果合金中穩(wěn)定元素含量在26，8，稱(chēng)為(+)型兩相鈦合金。

25、TC4: Ti-6Al-4VTC11: Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3SiTC6: Ti-(4.05.2)Al-(1.02.0)Mo-(1.5Zr2.5)Cr 蘇1957年研制 Ti-(4.06.2)Al-(1.02.5)Mo-(1.5Zr2.5)Cr 蘇1958年研制 Ti-(5.26.8)Al-(2.03.0)Mo-(1.5Zr2.5)Cr-(0.10.7)Fe 蘇1965年研制BT3-1: Ti-(4.56.2)Al-(1.02.5)Mo-(1.5Zr2.5)Cr-(0.51.5)FeTi6242S: Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si 中國(guó)研制51(+

26、)型（TC4、TC6、TC11、Ti6242）+型（TA4、TA5、TA6、TA7、TA8）近型（Ti-55、IMI679、IMI685、IMI834、Ti-1100、BT18、BT20 ）近型（Ti-1023、Ti-17、21S）型（TB1、TB2、Ti-40、 Alloy C）型()型型T穩(wěn)定元素含量（）52由上圖可以看到： 型鈦合金 相變點(diǎn)很高，幾乎任何溫度下都是單一的相。因此，要改善工藝塑性，需提高加熱鍛造溫度。TA7就是這樣，只有在相變點(diǎn)附近鍛造，否則很容易鍛裂。原因： 密排六方晶體，滑移數(shù)目只有三個(gè)，工藝塑性很差。533、不同組織的力學(xué)性能組織決定性能組織類(lèi)型室溫拉伸熱穩(wěn)定高溫性能

27、斷裂韌性疲勞性能強(qiáng)度塑性強(qiáng)度塑性拉伸持久蠕變K1CDa/dN低周高周等軸好最好好好一般差差最差快較差好雙態(tài)與等軸同一水平高于等軸較好較快較好高于等軸三態(tài)高于等軸與等軸同一水平高于雙態(tài)高于雙態(tài)慢高于雙態(tài)好網(wǎng)籃高于等軸差好差高于雙態(tài)好慢高于等軸差魏氏較差最差差最差較差差最快差差54 從時(shí)效曲線、高低強(qiáng)度條件下的力學(xué)性能，可以看出幾點(diǎn)重要結(jié)論：在一定的時(shí)效溫度下，()區(qū)的變形量對(duì)強(qiáng)度(高或低強(qiáng)度條件下)影響均不大增加()區(qū)變形量，將使塑性提高，斷裂韌性降低 原因：增加()區(qū)的變形量會(huì)將以?xún)煞N方式影響顯微組織 減少針(或片)狀的同時(shí)增加等軸含量 減少晶界，也有利于提高塑性55在低強(qiáng)水平下，塑性和斷裂韌

28、性(與高強(qiáng)度相比)提高的原因：提高時(shí)效溫度，使次生相粗化（減少界面相，降低強(qiáng)度，而塑性、韌性提高）提高時(shí)效溫度，增加了顆粒之間的間距(顆粒長(zhǎng)粗)，從而能降低轉(zhuǎn)變基體中次生相的缺口敏銳度（提高了塑性和韌性）56關(guān)于缺口疲勞性能問(wèn)題 ()區(qū)變形量越小，針狀越多，缺口疲勞壽命越高 ()區(qū)變形量越大，等軸越多，缺口疲勞壽命越低 原因： 缺口疲勞壽命是受裂紋擴(kuò)展控制的，而無(wú)論在哪，針狀相均使材料的抗裂紋擴(kuò)展性能提高，所以針狀多，缺口疲勞壽命高。57關(guān)于光滑疲勞性能問(wèn)題 ()區(qū)變形量增大，等軸量增加，從而有利于改善光滑疲勞壽命，原因： 光滑疲勞性能是受裂紋起始控制的，等軸多塑性好，塑性好裂紋起始延遲。 所

29、以，顯微組織與加工過(guò)程的依賴(lài)關(guān)系是： 等軸多，塑性高，裂紋起始延遲(形核壽命長(zhǎng))，光滑壽命高。 片狀多，光滑疲勞壽命短，因裂紋擴(kuò)展開(kāi)始早。581、型鈦合金的熱處理+型近型(+)型近型型T穩(wěn)定元素含量（）TA7: Ti-5Al-2.5Sn其中：Al元素溶于相，起穩(wěn)定相和提高強(qiáng)度、耐熱 性和減小比重的作用。Sn元素溶于相，起輔助強(qiáng)化的作用，又不明顯 降低塑性，并可減少吸氧防污的優(yōu)點(diǎn)。穩(wěn)定元素0，一般采用退火處理，其組織為單 相-固溶體，故不能熱處理強(qiáng)化。 592、近型鈦合金的熱處理 以Ti-679合金、BT20合金為例介紹：+型近型(+)型近型型T穩(wěn)定元素含量（）Ti-679: Ti-2.5Al-

30、11Sn-5Zr-1Mo-0.25Si其中： Al為穩(wěn)定元素，強(qiáng)化相 Mo為穩(wěn)定元素，強(qiáng)化相 Sn、Zr為中性元素，強(qiáng)化、相 Si形成Si化物顆粒，提高蠕變性能BT20：Ti-(5.5-7.5)Al-(0.5-2.0)Mo-(0.8-1.8)V-(1.5-2.5)Zr60 近型合金由于等軸相比例多，熱處理強(qiáng)化效果不明顯，對(duì)于Ti-679合金采用標(biāo)準(zhǔn)熱處理。 900固溶1小時(shí)空冷500時(shí)效24小時(shí)空冷時(shí)效處理（又稱(chēng)雙重退火處理）固溶的作用： 初生等軸化 在900高溫下保溫1小時(shí)，初生聚集、合并、球化以提高塑性。 相濃度均勻化 在900 高溫下保溫1小時(shí)，由于原子的擴(kuò)散作用，促使、晶粒中化學(xué)成分均勻化，即使、穩(wěn)定元素均勻化。61 相比例均勻化 由于變形程度、終鍛溫度不一樣和變形不均勻，在未經(jīng)熱處理