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1、2023/4/3,11.1概述 钛及其合金是上世纪40年代发展起来的一类新型结构材料Ti的物理性能 纯Ti熔点1668。强度高，是Al的6倍，塑性好，便于冷热加工。还具有超导、记忆、储氢等特殊性能。热处理 纯Ti不能热处理强化，只能进行冷变形强化，型钛合金可热处理。,美F-22战机约36%重量的零件用钛合金制造,11钛合金titaniumalloy,2023/4/3,纯钛主要用于 350以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。,2023/4/3,11.1.1钛的基本性质与合金化,有同素异构转变。，bcc|882|，hcp,比强度高。=4.51g/c
2、m3，可保持到550600,耐蚀性好。形成保护膜,耐海水腐蚀性是最好的,低温性能好。在77K下仍有良好的力学性能,导热系数低。比铁低4.5倍，易产生热应力,主要合金元素有A1、Zr、V、Mo、Mn、Cr等,2023/4/3,一、钛的合金化及分类,（一）合金元素与钛的作用1）稳定型相图，扩大相区的元素有Al、Sn、O、N、C等。2）稳定型相图，扩大相区的元素有V、Mo 等。3）+共析型相图，使共析的元素有Mn、Fe、Cr、Cu、Si、Ni、Ag等。4）和全溶型相图，如Zr、Ha等。,图11.1钛与合金元素的典型二元线图a）稳定型,Al、Sn；b)稳定型V、Mo,c)+共析型,Mn、Cr；d)和全
3、溶型，Ha、Zr,Ti-Sn相图,2023/4/3,稳定型(包析),稳定型（共析）,和全溶型,共析型,2023/4/3,（二）钛合金的分类（GB/T362194）在退火状态下，按组织分型钛合金、型钛合金和型钛合金，以TA、TB、TC表示。符号后面的数字表示顺序号。TA7：Ti-5Al-2.5SnTB2：Ti-3Al-8Cr-5Mo-5VTC4：Ti-6Al-4V,2023/4/3,各类合金特点,钛合金高温性能好，组织稳定，焊接性好，是常用耐热钛合金，但常温强度低，塑性不高,+钛合金可热处理强化，常温强度高，中温的耐热性也不错，但组织不够稳定，焊接性差,合金塑性加工性好，合金浓度适当时，通过热处
4、理可获得高的常温力学性能，是发展高强度钛合金的基础，但组织不够稳定，冶炼工艺复杂,应用程度:+合金 合金 钛合金,二、钛合金特点,2023/4/3,1、钛合金(Al/Sn),主要Me是Al和Sn，固溶强化:+1%Me，强度3570MPa,Al作用特点,A1在相中固溶度很大,耐热性(500)但Al6后与共格有序相2（Ti3Al）2是硬而脆中间相，对合金塑韧性不利。Al大于25%后，则出现相（TiAl）,应用特点,一般工业用钛合金Al含量很少超过6。钛合金使用温度500。钛合金不能热处理强化，退火或热轧态下使用。TA7是应用最多的一种。TA4TA6是Ti-Al系二元合金,2023/4/3,2、+钛
5、合金(Al/V、Mo),合金化特点,含46%的稳定元素和同时强化。+合金性能主要由相元素来决定。相元素主要是铝，67%以免生成2而韧性。另补加少量中性元素锡和锆。元素选择较复杂。+Mo和V等，再适当+少量Mn和Cr或微量Si。,性能特点,+钛合金力学性能变化范围较宽，可适应各种用途，约占航空工业使用的钛合金70以上。目前国内外应用最广泛的+钛合金是Ti-A1-V系的Ti-6A1-4V，即TC4合金。,2023/4/3,3、钛合金(Mo、V/Cr)钛合金是发展高强度钛合金潜力最大的合金。,热处理特点,合金化特点：加入大量稳定元素。热处理特点:室温为单相组织，经时效可强度。淬火态下能冷成型进行时效
6、处理。,性能特点与应用,强韧性优于+合金，具有良好的焊接性和压力加工性。缺点是元素浓度高，密度，易偏析，性能波动大。相元素多是稀有金属，价格，200使用，应用受限制.目前应用的加工钛仅TB2，主要用于制造各种整体热处理的冲压件和焊接件；如轮盘、轴类等重载荷旋转件，以及飞机的构件等,2023/4/3,11.1.2钛合金的相变,C0,tk,2023/4/3,基本概念,相(bcc)六方马氏体(hcp)；斜方马氏体。,tk：当t淬到一定温度，相浓度到Ck时，淬火到室温相也不发生M转变的临界淬火温度。Ck和tk是非常重要的两个参数。,Ck：Ms相不发生M转变的合金浓度,钛合金M是置换型过饱和固溶体，与钢
7、间隙式M不同,1、马氏体转变,2023/4/3,2、相的形成 稳定型钛合金的成分位于临界浓度Ck附近时，淬火时除形成或r外，还能形成淬火相，用q表示。,特点,性质,是六方晶格，与相有共格关系。相形状与Me原子半径r有关，r与钛相差较小的合金，相是椭圆形，r相差较大时为立方体形,相硬而脆，虽强度、硬度和弹性模量，但塑性急剧。一般情况下,相是有害组织，在热处理时都要避开它的形成区间。加A1能抑制相的形成 大多数工业用钛合金都含有A1,2023/4/3,3、过冷(残余）r 的形成,合金元素浓度较高，马氏体转变温度低于室温，被冻结，形成r，成为钛合金。为体心立方，具有较好的塑性，冷加工性能与纯钛相近。
8、钛合金的合金元素量较大，固溶强化效果大；加工硬化性高；时效强化（析出相强化）高。钛合金固溶后强度：750-950MPa，时效后强度1000-1700MPa。相中原子扩散系数大，加热温度超过相变点时，出现粗大晶粒，产生“脆性”,2023/4/3,4、亚稳定相的分解,淬火形成的、和r相都是不稳定的,最终产物都是平衡+相,共析型的,分解产物是+TixMy（）化合物,各种亚稳相分解过程,（1）过冷r相分解;（2）马氏体分解，钛合金、在300 400发生快速分解，在400500回火时弥散度高的+相混合物，弥散强化。（3）相的分解。,2023/4/3,11.2.1.型钛合金主加元素为铝，还有锡、硼等。不能
9、热处理强化，通常在退火状态下使用，组织为单相固溶体。强度低于另两类钛合金，但高温强度、低温韧性及耐蚀性优越。0.2Pd的加入引起阳极钝化，使腐蚀抗力提高1000倍。,11.2常用钛合金,2023/4/3,型钛合金属于密排六方结构，较高的强度和良好的韧性，对高温氧污染有较强的抗力，但成形性能较差。常用牌号有TA5、TA7等。典型的钛合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn），市场占有20，组织稳定、焊接性好，比强度是铝和钢的两倍，用作飞机蒙皮和模锻件。Al、Sn可使再结晶温度和同素异构转变温度升高。,钛合金泵,图11.4Ti-Al二元合金相图钛端,2023/4/3,型钛合金主要用于制造500以下工作
10、的零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。,钛合金卫星框架,钛合金液下泵,-Ti合金组织,2023/4/3,11.2.2.+型钛合金加入的合金元素有铝、钒、钼、铬等。可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热强性、耐蚀性和低温韧性。,钛合金列管式换热器,2023/4/3,+型钛合金共有九个牌号，其中以TC4(Ti6Al4V)应用最广、用量最大，占市场55。其经过淬火加时效处理后，组织为+时效析出的针状。,2023/4/3,+型钛合金主要用于制造400196以下工作的飞机压气机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体等。,20
11、23/4/3,11.2.3.型钛合金加入的合金元素有钼、铬、钒等。经淬火加时效处理后，组织为相基体上分布着细小的相粒子。这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，难于焊接，应用受到限制。,2023/4/3,型钛合金有TB2、TB3、TB4三个牌号。主要用于350以下工作的结构件和紧固件，如飞机压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等。,2023/4/3,11.3 钛及钛合金的发展与应用,1、钛合金生产工艺 冶炼技术：电子束重熔技术，真空冶炼等 2、钛合金的新发展 宇航工业：AlloyC是一个新型高温钛合金，使用温度 高达650，用于制造发动机的排气管；船舶工业：深海潜水调查船的耐压壳体。近钛合金 Ti-6Al-2N
12、b-1Ta-0.8Mo和+钛合金TC4；民品工业:电磁烹调器具、网球球拍、高尔夫球头；汽车工业:进、排气阀，目前仅用于赛车和运动汽车；化学工业:反应器、热交换器、吸收塔、冷却器等；医疗领域:骨骼整补等嵌入材料。,2023/4/3,钛合金是20世纪出现的一种新型结构材料。它具有密度小、强度高、耐高温和耐腐蚀等特点，且资源丰富，已成为航天、化工等部门广泛应用的材料,钛合金塑性差，且不能热处理强化.钛合金主加元素是Cr、Mo、V等元素及少量铝。主要是时效硬化，因其明显的缺点，应用受到一定的限制,+钛合金是目前最重要的钛合金。同时加入稳定元素和稳定元素，使和同时得到强化。力学性能变化范围较宽，可以适应
13、各种用途，约占航空工业使用的钛合金70以上。,小 结,2023/4/3,1 对于+两相钛合金，可采用下述热处理方法强化 _。a 再结晶退火 b 淬火回火c 淬火时效 d 上述方法都不能强化2.根据退火组织，钛合金分为哪三类？3.Ti6Al4V属于哪一类钛合金？合金中Al和V对组织各有何作用？4.为什么在几乎所有的钛合金中，均有一定含量的合金元素铝？为什么铝的加入量都控制在6-7%以下？5.为什么国内外目前应用最广泛的钛合金是Ti-Al-V系的Ti-6Al-4V即TC4合金？6.简述铝和锡在钛合金中的作用。稳定型合金是钛与哪些元素形成的合金？,2023/4/3,7.说明下列符号的物理意义TA7；
14、TC4；TB2；8.根据钛合金在退火状态的相组成可分为，型钛合金，分别以,表示。9.钛合金淬火时会得到，组织。10.钛合金是发展高强钛合金潜力最大的合金。,2023/4/3,测试题,1下列是什么钢种？使用状态组织？20Cr1Cr25Ti40CrMo14MnVTiReW18Cr4V4Cr131Cr18Ni12Mo2Ti12Cr1MoV9Mn2V 65Mn2.说明下列钢号括号内合金元素的主要作用。低碳珠光体钢12Cr1MoV(Cr)调质钢40CrNiMo(Mo)铁素体不锈钢1Cr25(Cr)奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti(Ti)热作模具钢3Cr2W8V(V)弹簧钢60Si2Mn(Mn)马氏体不锈钢9Cr18(Cr)低合金工具钢9SiCr(Si、Cr)渗碳钢 20CrMn(Mn)普低钢 10MnPNbRe（Re）,
