稀有金属及其制备技术试题及答案.pdfVIP

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1.请从Ti的二元相图角度分析Al、V、Mo、Fe、Cr、Sn元素在钛合金中的作用；并在此根底上，结

合现有钛合金牌号，提出开展新型高强钛合金、低本钱钛合金的成分设计思路。

答：根据钛的二元相图将钛的合金化元素分三类:α稳定化元素：提高α/β转变温度，增加α相，如Al；

β稳定化元素：降低α/β转变温度，增加β相，如V、Mo、Fe、Cr等；中性元素：影响很小，如Sn。

Al:强化作用(室温和高温)；减小合金的比密度；含铝量达6％-7％时具有较高的热稳定性和良好的焊

接性。

V：提高室温强度和淬透性，不降低其塑性，是中/高强钛合金、阻燃钛合金最常用的元素之一，冷成

形性优良；降低钛合金的耐热性和耐蚀性，有毒性，价格较贵。

Mo：提高强度、耐热性和耐蚀性；含量越高，淬透性越好〔含量超过24％时，空冷能获得全β组织〕；

钼密度高、熔点高，易形成钼夹杂或钼偏析；大量钼的添加对钛合金的塑性、抗氧化性能和可焊性不

利。

Fe：Fe是最强的β稳定元素，添加1％Fe，α/β相变点下降约18℃显著提高淬透性；主要用于高强高

韧高淬透性的β钛合金；在合金铸锭中易形成偏析，在钛材中形成β斑型冶金缺陷，降低耐蚀性；铁廉

价，是开展低本钱钛合金的重要元素。

Cr：铬是有效的β稳定元素，铬在α中的溶解度仅有0.5%。共析反响缓慢，因此一般钛合金中Cr含量

低于5％，以防止析出TiCr2金属间化合物。

Sn：Sn属于Ti的共析型元素主要起固溶强化作用，提高耐热性；锡含量过高增加钛合金的密度，超

过一定浓度形成有序相Ti3Sn，降低塑性及热稳定性。

开展新型高强钛合金、低本钱钛合金的成分设计思路：目前我国的高强钛合金主要有：TB8〔合金成

分为Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si〕、TC21〔合金成分：Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-1Nb〕等，低本钱钛

合金有：Ti8LC〔Ti-Al-Fe-Mo〕和Ti12LC〔Ti-Al-Mo-Fe〕等。由此可以看出开展新型高强钛合金、

低本钱钛合金主要通过合金化实现，应选择可以提高钛合金强度同时低本钱合金元素，尽量防止选用

价格较贵的合金元素如V、Nb等，多采用廉价的合金元素Al、Fe等，以实现高强度低本钱钛合金。

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2.按照亚稳状态下的相组成和β稳定元素含量将钛合金分成了哪几类，各有什么特点？

答：α型钛合金：只由α稳定元素和/或中性元素合金化的钛合金，不管是在一般温度下还是在较高

的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强；在500℃～600℃的温度

下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进展热处理强化，室温强度不高。

近α型钛合金：参加少量β稳定元素形成近α型钛合金，良好的焊接性和高的热稳定性；较高的蠕变

强度和高温瞬时强度(即较高的热强性)；主要以α相为主，不能通过热处理进展强化。

α+β型钛合金：同时参加稳定α相元素和稳定β相元素，合金元素含量低于10%，室温为α+β两相，但

β相含量不超过30%，有非常好的综合机械性能，尤其是好的工艺塑性和可采用强化热处理的能力，

是应用最广泛的合金。

近β型钛合金：β稳定元素略高于临界浓度的钛合金。成分中主要含有β稳定元素钒、钼、铁、铬等。

具有最高的强化效应、最高的强度(1200MPa)、较深的淬透截面(60～150mm)、良好的拉伸塑性和断

裂韧性。

亚稳β型钛合金：凡合金中所含β稳定化元素的量到达使马氏体转变点降至室温以下而又缺乏以使β转

变点低于室温的合金称为亚稳态β型合金。在固溶处理状态具有中等强度和高的塑性，冷成型性和可

焊性好。时效后室温强度高、断裂韧性好、淬透性好，可满足航空大型锻件高强、高韧、高淬透性的

使用要求。但是在350℃以上热稳定性差，可在300℃以下使用对杂质的敏感性高，尤其是对氧有高

度的敏感性冶金工艺复杂，焊接性较差。

稳定β型钛合金：这类合金在平衡状态下，全部由稳定的β相组成，热处理不能改变其相组织。

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