第10章钛合金.ppt

第10章钛合金,钛从实现工业生产至今才50多年，由于其密度小、比强度高、耐腐蚀等一系列优异特性，发展非常快，短时间内已显示出了它强大的生命力，成了航空航天工业、能源工业、海上运输业、化学工业以及医疗保健等方面不可缺少的材料。,10.1钛合金的合金化原理一、钛的基本性质与合金化,,①有同素异构转变。α，hcp|882℃|β，bcc,②比强度高。ρ4.51g/cm3，可保持到550～600℃,③耐蚀性好。形成保护膜,耐海水腐蚀性是最好的,④低温性能好。在77K下仍有良好的力学性能,⑤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,合金元素的质量分数（）（a）Ti-SnAl等（b）Ti-VMo等（c）Ti-MnCr等（d）Ti-Zr图钛与常见合金元素间的四种典型二元相图,二、钛合金的相变特点1、马氏体转变,基本概念,β相bcc→α′六方马氏体hcp；→α″斜方马氏体。,tc当T淬↓到一定温度，β相浓度↑到Ck时，淬火到室温β相也不发生M转变的临界淬火温度。Ck和tc是非常重要的两个参数。,CkMs↓室温时β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，与钢间隙式M不同,2、ω相的形成β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α′或βr外，还能形成淬火ω相，用ωq表示。,特点,性质,ωq是六方晶格，与β相有共格关系。ω相形状与Me原子半径r有关，r与钛相差较小的合金，ω相是椭圆形，Δr相差较大时为立方体形,ω相硬而脆，虽↑↑强度、硬度和弹性模量，但塑性急剧↓。一般情况下,ω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ω相的形成→大多数工业用钛合金都含有A1,3、亚稳定相的分解,淬火形成的α′、α″、ω和βr相都是不稳定的,最终产物都是平衡αβ相,β共析型的,分解产物是αTixMy化合物,,各种亚稳相分解过程,（1）过冷βr相分解;（2）马氏体分解,钛合金α′、α″在300400℃发生快速分解，在400500℃回火时→弥散度高的αβ相混合物，弥散强化。（3）ω相的分解.,10.2常用钛合金Ti合金按退火组织可以分为,分类,α钛合金,以TA表示；β钛合金,以TB表示；αβ钛合金，以TC表示.符号后面的数字表示顺序号。,各类合金特点,α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,αβ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,β合金塑性加工性好，合金浓度适当时，通过热处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αβ合金α合金β钛合金,1、α钛合金,主要Me是Al和Sn，固溶强化1Me，强度↑3570MPa,Al作用特点,A1在α相中固溶度很大,↑耐热性500℃但Al＞6％后→与α共格有序相α2（Ti3Al）α2是硬而脆中间相，对合金塑韧性不利。Al大于25后，则出现γ相（TiAl）,应用特点,,一般工业用钛合金Al含量很少超过6％。α钛合金使用温度≯500℃。α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,2、αβ钛合金,合金化特点,含46的β稳定元素→α和β都有较多量。α\β元素→α和β同时强化。αβ合金性能主要由β相元素来决定。α相元素主要是铝，67→以免生成α2而↓韧性。另补加少量中性元素锡和锆。β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,αβ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αβ钛合金是Ti-A1-V系的Ti-6A1-4V，即TC4合金。,3、β钛合金β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β稳定元素。热处理特点室温为单相β组织，经时效可↑↑强度。淬火态下能冷成型→进行时效处理。,性能特点与应用,强韧性优于αβ合金，具有良好的焊接性和压力加工性。缺点是β元素浓度高，密度↑，易偏析，性能波动大。β相元素多是稀有金属，价格↑，≯200℃使用，应用受限制.目前应用仅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,10.3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α钛合金Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo和αβ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。,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,α钛合金塑性差，且不能热处理强化.β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,αβ钛合金是目前最重要的钛合金。同时加入α稳定元素和β稳定元素，使α和β同时得到强化。力学性能变化范围较宽，可以适应各种用途，约占航空工业使用的钛合金70％以上。,小结,