α+β钛合金.pptVIP

中南大学材料科学与工程学院 * * 1.1 钛及钛合金特点 1.2 工业纯钛 1.3 钛合金化 1.4 工业钛合金 1.5 钛合金中的相变与热处理特点 第三节 钛及钛合金 1.1 钛及钛合金的特点 储量多，仅次于Al、Fe、Mg，在航空、化工应用广。 （1）性能优良 力学性能—— 强度与调质钢相当，但密度小，4.5×103kg/m3，即比强度高，航空、航天不可少； 400-500℃高温性能优于Al、Mg合金； 抗蚀性—— 可与不锈钢媲美，用于化工，有生物相容性（人造骨、心脏起搏器等） （2）工艺难度大 化学性能活泼，冶金熔炼难度，因此生产成本、价格低。 1.2 工业纯钛 Ti≧99.0%，为工业纯钛，可直接作结构件 （1）牌号 TA+xx——TA0、 TA1、TA2、TA3 （碘法钛） （工业纯钛） （2）物理化学性能 ① 多型性转变，885 ℃，α（HCP）→β（BCC）； ② 高熔点，1672 ℃； ③ 低密度，4.5 g/cm3； ④ 导电导热性低，只有Fe的1/6，Al的1/16； ⑤化学性质活泼，但可以形成致密氧化膜（600℃以下稳定）； ⑥多数介质中，抗蚀性比不锈钢好，但在HF、H2SO4，正磷酸、或热有机酸、HCl等中，Ti易蚀； ⑦高温除了不与惰性气体反应外，几乎与所有的气体反应； ⑧熔体除了不与ThO2反应外，与所有炉衬反应，生产难。 （3）显微组织与力学性能关系 显微组织 显微组织与加工热处理有关，通常， ① 在α区加热退火，得到等轴α晶粒； ② 在β区淬火，得到针状马氏体α’,强度高，但不稳定，少用； ③ 在β区缓冷，得到魏氏组织，自晶界向晶内生长出针状组织； 力学性能 ④ 工业纯钛强度随杂质量↑而↑，TA3已与调质钢强度相当； ⑤ 高温强度随温度↑而急剧下降，变脆，尤其不宜超过600℃ ； ⑥ 弹性模量小，只有Fe的一半，但冷加工时反弹严重，难加工； （4）用途 多以板材、棒材制造350℃以下工作的零件，如飞机蒙皮、隔热板等 1.3 钛的合金化 钛的合金化元素分为三类： （1）α稳定元素 提高转变温度，扩大α相区，在α相中有较大溶解度的元素， 主要包括：Al、O、N、C等 （2）β稳定元素 降低转变温度，扩大β相区，在β相中有较大溶解度的元素， 有两种情况：与β-Ti同晶型的元素——V、Nb、Ta、Mo、RE等 与β-Ti异晶型的元素——H、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Si等 （3）中性元素 对转变温度影响不大，既溶于α相又溶于β相的元素， 主要包括：Zr、Hf、Sn等 1.4 工业钛合金 1）按组织分类，钛合金分为三类： （1）α钛合金 牌号同纯钛一样，TA+xx ， 在室温条件下，全α或近α相（β相小于10%，β稳定元素不超过2%）， 热处理不可强化， 典型合金包括：TA7——Ti-5Al-2.5Sn （2）β钛合金 牌号——TB+xx ， 在室温条件下，淬火或空冷， 为单一的β相，时效后有少量的α相， 典型合金包括：TB2——Ti-3Al-8Cr-5Mo-5V （3）α+β钛合金 牌号——TC+xx ， β稳定元素超过2%，在室温条件下，β相为10-50% ， 热处理可强化 典型合金包括：TC4——Ti-6Al-4V 2）钛合金组织与性能的变化关系 β 近β α+β 近α α α稳定元素 β稳定元素 密度 热处理强化效应 短时强度 蠕变强度 应变速率敏感性 焊接性 成型性 α β Mf Ms α+β I II III IV V β→α’ β→α’’ β→ β’ β→ω Ti 含β稳定元素的合金的淬火合金亚稳相图 淬火组织-合金成分-淬火温度之间的关系 1.5 钛合金中的相变特点 1）钛合金淬火时形成亚稳相——β相区淬火 I区、 β→α’ （六方马氏体） II区、 β→α’’ （斜方马氏体） III区、 β→α’’，ω （ω为以无扩散方式形成的六方相， 通 常与 β’（β的淬火相）共存） IV区、 β→ β’ ，ω V区、 β→ β’ 不同成分的合金由β相区淬火到室温，可得到不同的组织。另外，同一成分自不同温度淬火到室温，所得组织亦不尽相同。 α→α’ β→α’ β→α’ * *