第六章 钛及其合金.pptVIP

第六章 钛及其合金 过去钛被称为稀有金属， 最近又有人把它归类为轻金属。 钛及其合金是第二次世界大战之后，由于航空及航天技术的迫切需要才发展起来的新材料。 钛工业开始于1948年。 钛合金的突出优点： 重量轻、强度高、高低温性能好、耐蚀、比强高 （所有结构材料中最高） 最高抗拉强度可达1800～2000MPa 优秀的耐蚀性 （在大气、海水） 工作温度范围宽 1）耐热钛合金工作温度可达500℃，目前已突破600℃ 2）低温钛合金在-253℃仍保持良好的塑性。 特殊的物理、化学和生物性能和特殊的技术功能 （超导、记忆、储氢） 钛合金的缺点： 导热性、切削加工性差 冶炼加工困难，成本高 飞机飞行高度为20km，马赫数为3时， 飞机机翼前缘蒙皮温度将高达240～315℃。 导弹飞行时，当马赫数为4～5时， 导弹表面温度高至450℃。 第一节 工业纯钛 一 纯钛的性质 （一） 物性 熔点 1670℃ （1668±10）沸点3535℃ 密度 4.5?103kg/m3 导电率 是Cu的3.6％ 比电阻（25℃）（42～55）?10-6W×cm 顺磁性 磁化率 1875 弹性模量 112500MPa 是Fe的弹性模量的一半左右 导热系数 （25 ℃）0.042～0.047 cal /s.cm. ℃ 热膨胀系数 （25 ℃）8.5?10-6/℃ 比热 （0～500℃）0.125～0.140 cal/g. ℃ 有同素异晶转变： 882 ℃以上（β--Ti）体心立方晶格 882 ℃以下（α--Ti）密排六方晶格 （二）力学性能 高纯钛的强度不高，塑性很好。 σb＝240MPa ； σ 0.2＝145 MPa； δ％＝55 ；ψ％＝75 微量的O、N、C可强烈提高纯钛的硬度，明显降低其塑性 钛的纯度与硬度的关系 纯钛室温是密排六方晶格，但纯钛在室温下还有这样高的塑性对密排六方晶格金属来说是罕见的。 原因是其c/a比值小（1.633）。 c/a比值小可有如下现象： 使孪生面增加（在几个晶面上都能形成孪生）。因而，当钛塑性变形时，较易出现孪生，这种重新取向使新的滑移系活化。 使得基面之外的其它晶面具有较大的晶面间距。与密排六方元素Zn不同，除基面以外它还有多个滑移面，有利于滑移。 （三）钛的化学性能 钛的化学性质很活泼 液体钛几乎同二氧化钍即ThO2以外的所有坩埚材料起反应， 因此只能用真空自耗电弧炉进行熔炼和铸造。 在550℃以下的空气中，抗氧化 表面形成致密氧化膜，与基体结合紧密防止基体继续氧化， 起到良好的保护作用。 在550℃以上的空气中，不抗氧化 氧能迅速透过氧化膜继续氧化， 因此钛的工作温度不能超过550℃ 钛在海水中的抗蚀性： 比铝合金、不锈钢、镍合金还好。 HF、H2SO4、HCl、正磷酸和某些热的有机酸 对钛的腐蚀作用较强（其中HF的作用最强） Ti容易吸氢 纯钛腐蚀的突出特点是： 不发生局部腐蚀和晶间腐蚀， 一般为均匀腐蚀。 二 常见杂质的影响 O、N、C、H、Fe、Si 这些元素与钛形成间隙或置换固溶体，过量时形成脆性化合物。 对于机械性能影响最大的是N和O，它们强烈提高钛的强度（硬度），明显降低塑性，其原因如下：由于形成间隙固溶体， （1）发生晶格畸变阻碍位错运动； （2）是钛的c轴增大较多，a轴增大较少，造成c/a增大， 使滑移系减少，失去良好的塑性。 Brown 58年总结出一个各元素含量对布氏硬度影响的关系式: 布氏硬度=19