第二讲 钛的合金化原理Word下载.docx

1、惰性气体、Na、K、稀土（钪除外）微量稀土可细化晶粒。3、相相图相物质体系中物理和化学都均匀的部分，它是描述物质状态的一个概念，如水的固相、液相、气相。相图表征合金相组成与合金元素含量、温度三者关系的图形。4、Ti-A1二元相图铝是钛合金最重要的合金元素，它质轻、价廉、合金化效果好，应用最广。Ti-A1相图最有代表性与基础性。从Ti-A1相图可以看出：Ti与A1相互作用，可形成4个相。相（HCP），A17%11%，无序固溶体，低塑性相。相（BCC）， 无序固溶体，高塑性相。2相（正方），A111%，Ti3A1有序金属间化合物，脆性相。相（六方）A150%，TiA1有序金属间化合物，晶型，脆性相

2、。2相和相结构常用钛合金（低A1合金）：含相、相超轻型耐热钛合金（高A1合金），含2或r相组成，可在650-900下使用。A1提高/相变点。A1提高再结晶开始温度，提高强度（30-50MPa/1%A1）A1降低塑性与韧性。A1超过溶解度极限8%，导致2（TiA1）相析出，合金脆化。4、合金元素的分类按照元素对钛/相变点影响，分三类：稳定元素：升高相变点，扩大相区，如A1、O、C、N、B，较多溶于相。稳定元素：降低相变点，扩大相区，如Mo、V、Fe、Cr、Ta、Nb、Ni、Si、Cu、Mn、Pd，较多溶于相中性元素：对相变点影响很小，如Zr、Sn5、铝当量和钼当量 A1*=A1+1/3Sn+1/

3、6Zr+4Si+10O* 其中：O*=O+C+2N A1*在8%以下时，形成单相钛合金 Mo*=Mo+0.67V+1.6Cr+2.9Fe+1.3Ni+0.28Nb+0.22Ta铝当量和钼当量影响合金相组成和淬透性，钼当量越高，合金的淬透性越好。6、合金类型与铝当量和钼当量关系：铝当量小于7，钼当量为0时，合金为 钛合金铝当量为7-10，钼当量小于2，合金为 近钛合金铝当量为4-10，钼当量为3-10，合金为 钛合金铝当量小于6，钼当量大于10，合金为 近钛合金铝当量为12-15，钼当量大于10，合金为 2钛合金铝当量为25以上，钼当量大于10，合金为 2钛合金7、稳定剂的临界浓度8各类钛合金的

4、特点9、重要合金元素的作用9.1铝提高/相变点 提高室温和高温强度提高再结晶温度和弹性模量降低塑性与韧性，A1大于8%导致脆化。9.2锆与锡锆提高强度，耐热性，耐蚀性细化晶粒，改善可焊性抑制高铝合金中相析出锆与Ti熔点、密度差小，合金成份易均匀锆增加合金的吸氢性，一般控制Zr4%锡改善耐热性（如TC9）和低温性能（如TA7）锡与Ti熔点、密度差大，对熔炼不利，一般Sn3%9.3钼（M0）钼在-Ti中无限固溶，具有中等稳定相能力。钼提高强度、耐热性、耐蝕性、淬透性。大量加钼可获得全钛合金。但钼v熔点高，密度大，易生成钼偏析或夹杂，大量钼对降低、抗氧化性、可焊性不利。钼是广泛使用的合金元素。9.4

5、钒（V）在-Ti中无限固溶，在-Ti中极限固溶3.5%（600）钒提高强度和淬透性，而不降低塑性Ti-6A1-4V是世界上第一个实用钛合金Ti-6A1-4V占全部钛合金的50%以上高钒合金（Ti-15-3，TB3）加工性，冷成形性好阻燃合金（T i-40）为高钒（35V）合金钒有毒，价格贵，也不宜多用9.5 铬（Cr）在中无限固溶，在-Ti中最大溶解度0.5%670共析转变，+TiCr2，快共析，时效时间短。合金化强化作用同钒类似9.6铁（Fe）最强的稳定元素，钼当量系数2.51%Fe使相变点下降18，显著提高淬透性。它用于Ti-10V-2Fe-3Al（TB6），做大型承力构件。易产生偏析，在

6、钛材中形成“斑”缺陷。显著降低耐蚀性，只少量加入（1.5-3%）最便宜，最好以中间合金形式加入。9.7锰（Mn）少量Mn提高强度，能保持较好塑性TC1（Ti-2A1-1.5Mn）、TC2（Ti-4A1-1.5Mn），适于做板材常用做飞机冲压件和焊接件。Mn易真空挥发，成份难控制，少用。真空熔炼时要充氩气。9.8硅（Si）一般看作有害杂质，降低塑性和韧性，严加控制。在耐热钛合金中，Ti5Si3起弥散强化作用，提高蠕变强度。Si用做微量合金化元素，加入量0.3%，过量Si降低热稳定性。9.9氧、碳、氮（O、C、N）氧、碳、氮为三种间隙元素，一般看做有害杂质.提高强度，降低塑性.氧可用做廉价合金元素

7、。TiO2粉用来调节纯钛强度。碳在IMI834耐热合金中用做有益元素，提高相变点，增加相含量。提高蠕变强度N可以生成TiN，氮的危害最大。在工业中，O、C、N通过选择原料品位来综合控制。 TiN要人工挑选或利用冷床炉熔炼来去除。高性能要求的钛合金要选用低间隙型钛合金（ELI）.9、10氢氢会引起“氢脆”，一般航空钛材要求氢0.012%。氢在钛中是可逆的。如氢化脱氫制钛粉。在热加工（加热）和酸洗过程中会增氢真空熔炼和真空退火可脱氢。因此，钛材的要在成品上取样复验氢。9.11镍（Ni）在TA10（Ti-0.3Mu-0.8Ni），微量Ni改善抗缝隙腐蚀性能。它用做TiNi形状记忆合金。9.12钯（P

8、d）、钌（Ru）在TA8（0.05Pd）、TA9（0.2Pd）、TA27（0.1Ru）微量贵金属提高在中性介质、还原性介质中的钛合金耐蚀性和抗缝隙腐蚀性。但它们很贵。第三讲 钛的热处理原理一、热处理类型1.1 退火软化处理，消除应力，提高塑性，稳定组织消除应力退火 再结晶退火等温退火 双（多）重退火蠕变退火 退火真空退火1.2固溶（淬火）与时效强化热处理，适于两相或亚稳钛合金固溶（加热与冷却） 时效1.3形变热处理强韧化处理，形变与热处理相结合二、热处理的条件、特点及适用范围2.1消除应力退火（不完全退火）一种低温退火500-600，tt再结晶，消除内应力，原子调整位置适于消除压加、焊接、机加

9、、冷成形产生的内应力。应用于材料、零部件、设备整体的热处理。2.2再结晶退火（完全退火）退火温度tT再结晶，tT，原子作长程运动。发生再结晶固态相变，形成新晶粒，消除加工硬化，恢复塑性。适于坯料的中间退火，也用于材料的成品退火。适于单相或+两相钛合金。加热以后，有些合金可空冷，有些要炉冷，要控制冷却速度。2.3等温退火（退火+稳定化处理），双炉处理2.4双重退火（高温退火+低温稳定化处理），单炉两次处理2.5退火近型钛合金，经区退火，获得针片状组织，提高抗高温蠕变性能。2.6蠕变退火（消除应力+板形平整） 施加外力，外力+热共同作用地坑炉，用厚钢板施压，对于厚板平整，常用于处理钛钢复合板真空蠕

10、变校形炉，对1mm以下TC4簿板平整。2.7真空退火在真空炉中退火，温度650-800，真空度优于10-2Pa消除加工硬化，提高塑性。防止退火时氧化。产品脱氢，防“氢脆”。用于簿壁管件，带箔材处理。2.8固溶处理（加工与冷却）强化处理第一步淬火作用获得过饱的固溶体在高温下，所有合金元素都溶入基体相中。通过快冷到室温，将高温组织状态保留下来。过饱的固溶体是高塑，低强的，非平衡的，不稳定的。固溶温度：合金，在T以上，获得单相组织。+合金，在T以下约40，保留少量初生，有利于塑性。冷却速度：取决于合金的淬透性或相稳定性。 大多数要水冷，少数空冷即可。2.9时效处理（固溶体分解，析出第二相）作用在温度

11、与时间的共同作用下，过饱和固溶的固溶体分解。 析出次生相（次）或金属间化合物，细小弥散的第二相，使基体强化。时效机制形核：通过原子扩散，在局部区域发生原子偏聚，形成富元素区和富元素区。原子排列结构变化，富元素区形成HCP结构，成次生相。富区仍为BCC结构，成为转。形核优先在高能区（存在晶体缺陷地方或晶界发生） 。长大：随时间延长，局部偏聚区增多、增大，即晶核增多、长大，第二相次增多增大，合金的强度升高，塑性下降。在某一时刻，次的数量、大小、分布达到最佳状态，合金获得最高的强度（峰值）。过时效：达到时效峰值之后，次相粗化，数量减少，强化效果反而下降，进入过时效阶段。时效规律：时效温度越高，时效速

12、度越快，达到“时效峰”所需时间越短。时效速度还与合金元素性质有关。有些合金在400左右时效，会形成相，引起材料脆化。单相钛合金不能进行固溶时效处理，因不能形成过饱和固溶体，稳定钛合金也不能进行固溶时效处理。只有（+）钛合金和亚稳钛合金可固溶时效处理。技术规范、标准、手册上提供的时效工艺参数，都是一个范围，要获得优质产品，企业必须结合生产，自己做试验，积累经验，形成数据库，掌握核心的技术。2.10形变热处理将塑性变形与热处理相结合，要求获得更好的综合力学性能。高温形变热处理加热到T附近变形，再淬大、时效淬火可抑制再结晶、保留晶体缺陷，有利于时效。低温形变热处理加热到T附近先淬火再在Tc以下进行温变形，再时效。三，钛合金的组织类型由于变形条件、热处理温度、热处理时间与冷却速度不同，同种合金会产生不同组织。单相钛合金，等轴组织（+）钛合金，四种典型组织 四、钛合金组织与性能的关係