《钛及钛合金》PPT课件

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1、 3.1 概 述 1791年 英 国 化 学 家 格 雷 戈 尔 研 究 钛 铁 矿 和 金 红 石 时 发 现 了 钛 。 1795年 ，德 国 化 学 家 克 拉 普 罗 特 在 分 析 匈 牙 利 产 的 金 红 石 时 也 发 现 了 这 种 元 素 。 格 雷戈 尔 和 克 拉 普 罗 特 当 时 所 发 现 的 钛 是 粉 末 状 的 二 氧 化 钛 ， 而 不 是 金 属 钛 。 到1910年 美 国 化 学 家 亨 特 第 一 次 制 得 纯 度 达 99.9%的 金 属 钛 。 钛 在 地 壳 中 的 丰 度 占 第 七 位 ， 0.42%， 金 属 占 第 四 位（铝、铁、

2、镁、钛）。 以 钛 铁 矿 或 金 红 石 为 原 料 生 产 出 高 纯 度 四 氯 化 钛 ， 再 用 镁 作 为 还 原 剂 将四 氯 化 钛 中 的 钛 还 原 出 来 ， 由 于 还 原 后 得 到 钛 类 似 海 绵 状 所 以 称 为 海 绵 钛 ，最 后 以 海 绵 钛 为 原 料 生 产 出 钛 材 和 钛 粉 。 1947年 才 开 始 冶 炼 ， 当 年 产 量 只 有 2吨 。 1955年 产 量 2万 吨 。 1975年 产 量 7万 吨 。 2006年 产 量 14万 吨 钛 的 硬 度 与 钢 铁 差 不 多 ， 而 它 的 重 量 几 乎 只 有 同 体 积 钢

3、 铁 的 一 半 ， 钛 虽 然 比 铝 重 ， 它 的 硬 度 却 比 铝 大 2倍 。 在 宇 宙 火 箭 和 导 弹 中 ， 已 大 量 用 钛 代 替 钢铁 。 极 细 的 钛 粉 ， 还 是 火 箭 的 好 燃 料 ， 所 以 钛 被 誉 为 宇 宙 金 属 ， 空 间 金 属 。 密 度 小 ， 比 强 度 高 ： 钛 密 度 为 4.51g/cm3， 约 为 钢 或 镍 合 金 的 一 半 。 比 强 度高 于 铝 合 金 及 高 合 金 钢 。导 热 系 数 小 ： 钛 的 导 热 系 数 小 ， 是 低 碳 钢 的 五 分 之 一 ， 铜 的 二 十 五 分 之 一 。无 磁

4、 性 ， 无 毒 ： 钛 是 无 磁 性 金 属 ， 在 很 大 的 磁 场 中 不 被 磁 化 ， 无 毒 且 与 人 体组 织 及 血 液 有 很 好 的 相 容 性 。抗 阻 尼 性 能 强 ： 钛 受 到 机 械 振 动 及 电 振 动 后 ， 与 钢 、 铜 相 比 ， 其 自 身 振 动 衰减 时 间 最 长 。耐 热 性 佳 ： 因 熔 点 高 ， 使 得 钛 被 列 为 耐 高 温 金 属 。耐 低 温 ： 可 在 低 温 下 保 持 良 好 的 韧 性 及 塑 性 ， 是 低 温 容 器 的 理 想 材 料 。吸 气 性 能 高 ： 钛 的 化 学 性 质 非 常 活 泼 ，

5、 在 高 温 下 容 易 与 碳 、 氢 、 氮 及 氧 发 生反 应 。耐 蚀 性 佳 ： 在 空 气 中 或 含 氧 的 介 质 中 ， 钛 表 面 生 成 一 层 致 密 的 、 附 著 力 强 、惰 性 大 的 氧 化 膜 ， 保 护 钛 基 体 不 被 腐 蚀 。3.2 纯 钛 3.2 纯 钛物 理 性 能 ：属 B族 元 素 ， 原 子 序 数 为 22， 原 子 量 为 47.9。有 两 种 同 素 异 晶 体 ， 其 转 变 温 度 为 882.5 。 低 于 882.5 ， 为 密 排 六 方 -Ti： 点 阵 常 数 (20 )为 ： a 0.295111 nm， c 0.

6、468433nm， c a=1.5873 882.5 熔 点 ， 为 体 心 立 方 -Ti： 点 阵 常 数 在 25 时 ， a=0.3282nm； 900 时 a=0.33065nm。密 度 为 4.5。 钛 的 弹 性 模 量 低 ， 只 有 铁 的 一 半 。熔 点 1668 ， 导 电 性 较 差（仅为铜的3.1%）， 导 热 系 数（铁的六分之一）和 线 胀 系 数（与玻璃的相近）均 较 低 。钛 无 磁 性 ， 在 强 磁 场 下 也 不 会 磁 化 ， 用 钛 制 人 造 骨 和 关 节 植 入 人体 内 不 会 受 雷 雨 天 气 的 影 响 。钛 阻 尼 性 低 ， 适

7、宜 做 共 振 材 料 。当 温 度 低 于 0.49K时 ， 钛 呈 现 超 导 特 性 ， 经 过 适 当 合 金 化 ， 超 导 温 度 可 提 高 到 9 10K。 化 学 性 质 ：室 温 下 钛 比 较 稳 定 ， 高 温 下 很 活 泼 ， 熔 化 态 能 与 绝 大 多 数 坩 埚或 造 型 材 料 发 生 作 用 。高 温 下 与 卤 素 、 氧 、 硫 、 碳 、 氮 等 进 行 强 烈 反 应 。钛 在 真 空 或 惰 性 气 氛 下 熔 炼 ， 如 真 空 自 耗 电 弧 炉 、 电 子 束 炉 、等 离 子 熔 炉 等 设 备 中 熔 炼 。钛 在 氮 气 中 加 热

8、 即 能 发 生 燃 烧 ， 钛 尘 在 空 气 中 有 爆 炸 危 险 ， 所以 钛 材 加 热 和 焊 接 宜 用 氩 气 作 保 护 气 体 。钛 在 室 温 可 吸 收 氢 气 ， 在 500 以 上 吸 气 能 力 尤 为 强 烈 ， 故 可 作为 高 真 空 电 子 仪 器 的 脱 气 剂 ； 利 用 钛 吸 氢 和 放 氢 的 特 性 ， 可 以作 储 氢 材 料 。 3.2 纯 钛 耐 蚀 性 能 ： 钛 的 标 准 电 极 电 位 很 低 (E=1.63V)， 但 钛 的 致 钝 电 位 亦 低 ，故 钛 容 易 钝 化 。 常 温 下 钛 表 面 极 易 形 成 由 氧 化

9、 物 和 氮 化 物 组 成 的 钝 化 膜 ， 它在 大 气 及 许 多 浸 蚀 性 介 质 中 非 常 稳 定 ， 具 有 很 好 的 抗 蚀 性 。 在 大 气 、 海 水 、 氯 化 物 水 溶 液 及 氧 化 性 酸 (硝 酸 、 铬 酸 等 )和大 多 数 有 机 酸 中 ， 其 抗 蚀 性 相 当 于 或 超 过 不 锈 钢 ， 在 海 水 中 耐 蚀性 极 强 ， 可 与 白 金 相 比 ， 是 海 洋 开 发 工 程 理 想 的 材 料 。 钛 与 生 物 体 有 很 好 相 容 性 ， 而 且 无 毒 ， 适 做 生 物 工 程 材 料 。 钛 在 还 原 性 酸 (浓 硫

10、 酸 、 盐 酸 、 正 磷 酸 )、 氢 氟 酸 、 氯 气 、 热强 碱 、 某 些 热 浓 有 机 酸 及 氧 化 铝 溶 液 中 不 稳 定 ， 会 发 生 强 烈 腐 蚀 。另 外 ， 钛 合 金 有 热 盐 应 力 腐 蚀 倾 向 。 钛 在 550 以 下 能 与 氧 形 成 致 密 的 氧 化 膜 ， 具 有 良 好 的 保 护作 用 。 在 538 以 下 ， 钛 的 氧 化 符 合 抛 物 线 规 律 。 但 在 800 以 上 ，氧 化 膜 会 分 解 ， 氧 原 子 以 氧 化 膜 为 转 换 层 进 入 金 属 晶 格 ， 此 时 氧化 膜 已 失 去 保 护 作 用

11、 ， 使 钛 很 快 氧 化 。 3.2 纯 钛 力 学 性 能 ：纯 钛 性 能 和 纯 铁 相 似 ， 塑 性 好 ， 延 伸 率 可 达 5060%， 断 面 收 缩率 可 达 7080%， 强 度 不 太 高（300MPa）。纯 钛 力 学 性 能 与 纯 度 有 关 ： 间 隙 杂 质 （ 氧 、 氮 、 碳 ） 含 量 增 加 ，其 强 度 升 高 ， 塑 性 陡 降 。常 温 下 钛 为 密 排 六 方 结 构 ， 与 其 他 六 方 结 构 的 金 属 (镉 、 锌 、 镁 )相 比 ， 钛 的 塑 性 要 高 得 多。原 因 是：滑 移 模 型 和 晶 体 中 各 晶 面 的

12、 层错 能 有 关 ， 如 层 错 能 低 ， 则 有 利 于 全 位 错 分 解 为 不 全 位 错 ， 以 促进 滑 移 的 继 续 进 行；钛 的 层 错 能 比 基 面 小 ， 原 来 在 基 面 上 进 行 滑移 的 位 错 容 易 通 过 交 滑 移 而 转 移 到 棱 柱 面 上 ， 并 可 发 生 分 解 ， 这样 基 面 上 的 滑 移 很 快 终 止 ， 而 棱 柱 面 上 的 滑 移 则 发 挥 着 主 导 作 用 。反 之 ， 对 于 基 面 层 错 能 比 较 低 的 金 属 ， 如 镉 、 锌 、 镁 ， 则 0001是 主 要 滑 移 面 。3.2 纯 钛 纯 钛

13、 的 强 度 随 温 度 的 升 高 而 降 低 ， 加 热 到 250 时 抗 拉 强 度减 小 一 半 。 500 以 下 加 热 时 断 面 收 缩 率 变 化 很 小 ， 而 伸 长 率 却连 续 下 降 ； 500 以 上 ， 和 随 温 度 提 高 而 增 加 ， 接 近 转 变 温 度时 ， 出 现 超 塑 性 (100 )。 纯 钛 有 很 好 的 低 温 塑 性 ， 特 别 是 间 隙 元 素 含 量 很 低 的 型 合金 适 宜 在 低 温 下 使 用 ， 如 在 火 箭 发 动 机 或 载 人 飞 船 上 作 超 低 温容 器 。 钛 的 疲 劳 性 能 特 点 与 钢

14、类 似 ， 具 有 比 较 明 显 的 物 理 疲 劳 极 限 ，纯 钛 的 反 复 弯 曲 疲 劳 极 限 为 0.6 0.80b， 钛 的 疲 劳 性 能 对 金 属 表面 状 态 及 应 力 集 中 系 数 比 较 敏 感 。 钛 的 耐 热 性 比 铁 和 镍 低 。 这 与 钛 原 子 自 扩 散 系 数 大 和 存 在同 素 异 晶 转 变 有 关 。 钛 的 耐 磨 性 较 差 ， 通 过 渗 氮 、 碳 、 硼 可 提高 其 耐 磨 性 。 3.2 纯 钛 钛 可 进 行 锻 造 、 轧 制 、 挤 压 、 冲 压 等 各 种 压 力 加 工 ， 原 则 上加 热 钢 材 所

15、采 用 的 设 备 都 可 以 用 于 钛 材 加 热 ， 要 求 炉 内 气 氛 保 持中 性 或 弱 氧 化 性 气 氛 ， 绝 不 允 许 使 用 氢 气 加 热 。 钛 的 屈 强 比 ( 0.2 b)较 高 ， 一 般 在 0.70 0.95之 间 ， 变形 抗 力 大 ， 而 钛 的 弹 性 模 量 相 对 较 低 ， 因 此 钛 材 在 加 工 成 型 时 比较 困 难 。 纯 钛 具 有 良 好 的 焊 接 性 能 ， 焊 缝 强 度 、 延 性 和 抗 蚀 性 与 母 材相 差 不 多 。 为 防 止 焊 接 时 的 污 染 ， 须 采 用 钨 极 氩 气 保 护 焊 。 钛

16、 的 切 削 加 工 比 较 困 难 ， 主 要 原 因 是 钛 的 摩 擦 系 数 大 ， 导 热性 差 ， 热 量 主 要 集 中 在 刀 尖 上 ， 使 刀 尖 很 快 软 化 。 同 时 钛 的 化 学活 性 高 ， 温 度 升 高 容 易 粘 附 刀 具 ， 造 成 粘 结 磨 损 。 在 切 削 加 工 时 ，应 正 确 选 用 刀 具 材 料 ， 保 持 刀 具 锋 锐 ， 并 采 用 良 好 的 冷 却 。工 艺 性 能3.2 纯 钛 杂 质 元 素 对 钛 性 能 的 影 响杂 质 元 素主要有 氧 、 氮 、 碳 、 氢 、 铁 和 硅 。 前 四 种 属 间 隙 型 元

17、素 ， 后 二 种 属 置 换 型 元 素 ， 可 以 固 溶 在 相或 相 中 ， 也 可 以 化 合 物 形 式 存 在 。 钛 的 硬 度 对 间 隙 型 杂 质 元 素 很 敏 感 ， 杂 质 含 量 愈 多 ， 钛 的 硬度 就 愈 高 。 综 合 考 虑 间 隙 元 素 对 硬 度 的 影 响 ， 引 入 氧 当 量 ： O当 =O +2N 十 0.67 。 氧 当 量 和 硬 度 的 关 系 为 ： HV=65+310 O0.5当 。 3.2 纯 钛 氢 对 纯 钛 及 钛 合 金 性 能 的 影 响 就 是 引 起 氢 脆 。 氢 在 -Ti中 的 溶 解 度 比 -Ti中 大

18、 得 多 ， 且 在 -Ti中 的 溶 解度 随 温 度 降 低 而 急 剧 减 少 ， 当 冷 却 到 室 温 时 ， 会 析 出 脆 性 的 氢 化物 TiH2， 使 合 金 变 脆 ， 称 为 氢 化 物 氢 脆 。 含 氢 的 -Ti在 应 力 作 用 下 ， 促 进 氢 化 物 析 出 ， 由 此 导 致 的 脆性 叫 做 应 力 感 生 氢 化 物 氢 脆 。 溶 解 在 钛 晶 格 中 的 氢 原 子 ， 在 应 力 作 用 下 ， 经 过 一 定 时 间 会扩 散 到 晶 体 缺 陷 处 ， 与 那 里 的 位 错 发 生 交 互 作 用 ， 使 位 错 被 钉 扎 ，引 起

19、塑 性 降 低 。 当 应 力 去 除 并 静 止 一 段 时 间 ， 再 进 行 高 速 变 形 时 ，塑 性 又 可 以 恢 复 ， 这 种 脆 性 称 为 可 逆 氢 脆 。 钛 及 钛 合 金 中 氢 含 量 小 于 0.015 时 ， 可 避 免 氢 化 物 型 氢 脆 ，但 无 法 避 免 应 力 感 生 氢 化 物 氢 脆 和 可 逆 氢 脆 。 减 少 氢 脆 的 措 施 是 减 少 氢 含 量 ， 如 严 格 控 制 原 材 料 纯 度 、 采用 真 空 熔 炼 、 用 中 性 或 弱 氧 化 性 气 氛 加 热 、 惰 性 气 体 保 护 焊 接 、尽 量 避 免 酸 洗

20、增 氢 等 。 用 真 空 退 火 去 氢 。3.2 纯 钛 氢 可 增 加 高 温 形 变 时 塑 性 ， 即 提 高 热 塑 性 或 超 塑 性 。 生 产 上暂 时 将 氢 渗 入 合 金 中 ， 然 后 高 温 变 形 ， 再 通 过 真 空 退 火 去 氢 。 增塑 的 原 因 是 氢 降 低 形 变 激 活 能 ， 即 降 低 原 子 扩 散 迁 移 所 必 须 克 服的 能 垒 ， 提 高 了 变 形 过 程 中 扩 散 协 调 变 形 能 力 ； 同 时 氢 原 子 在 高温 下 分 布 比 较 均 匀 ， 减 小 了 局 部 弹 性 畸 变 ； 氢 有 促 进 晶 粒 细 化

21、 作用 ， 从 而 改 善 高 温 热 塑 性 。 氮 、 氧 、 碳 都 提 高 + 相 变 温 度 ， 扩 大 相 区 ， 属 稳 定元 素 。 均 可 提 高 强 度 ， 急 剧 降 低 塑 性 ， 其 影 响 程 度 按 氮 、 氧 、 碳递 减 。 为 了 保 证 合 金 的 塑 性 和 韧 性 ， 目 前 在 工 业 钛 合 金 中 氢 、 氧 、氮 、 碳 含 量 分 别 控 制 在 0.015 、 0.15 、 0.05 ， 0.1 以 下 。 低温 用 钛 及 钛 合 金 ， 由 于 氧 、 氮 和 碳 提 高 塑 脆 转 化 温 度 ， 应 尽 量降 低 它 们 的 含 量

22、 ， 特 别 是 氧 含 量 。 微 量 铁 和 硅 在 固 溶 范 围 内 与 钛 形 成 置 换 固 溶 体 ， 它 们 对 钛 的性 能 影 响 没 有 间 隙 杂 质 元 素 那 样 强 烈 。 作 为 杂 质 时 ， 铁 和 硅 的 含量 分 别 要 求 小 于 0.3 和 0.15 ， 但 有 时 也 作 为 合 金 元 素 加 入 。 3.2 纯 钛 纯 钛 组 织 基 本 形 态 ： 形 变 再 结 晶 退 火 后 ， 相 呈 等 轴 状 ， 称 等 轴 ； 相 区 缓 慢 冷 却 ， 相 以 集 束 片 状 形 式 沿 晶 界 和 晶内 有 规 则 的 析 出 ， 此 类 形

23、 态 称 魏 氏 ； 相 区 快 冷 ， 则 发 生 马 氏 体 转 变 ， 马 氏 体 形 态 与 纯 度有 关：高 纯 钛 中 呈 锯 齿 状 ， 工 业 纯 钛 中 呈 片 状 ， 两 者 均 属 板条 状 马 氏 体 。 3.2 纯 钛 工 业 纯 钛 的 牌 号 、 性 能 及 用 途 工 业 纯 钛 退 火 得 到 单 相 组 织 ， 属 型 钛 合 金 。 工 业 纯钛 根 据 杂 质 含 量 不 同 分 为 TAl、 TA2、 TA3、 TA4， 其 中 TA为 型 钛 合 金 的 代 号 ， 数 字 表 示 合 金 的 序 号 。 随 着 序 号 增 大 ， 钛的 纯 度 降

24、 低 ， 抗 拉 强 度 提 高 ， 塑 性 下 降 。 纯 钛 只 能 冷 变 形 强 化 。 当 变 形 度 大 于 30 以 后 ， 强 度 增加 缓 慢 ， 塑 性 不 再 明 显 降 低 。 纯 钛 的 热 处 理：再 结 晶 退 火 （ 540 700 ） 和 去 应 力 退火 （ 450 600 ） ， 退 火 后 均 采 用 空 冷 。 工 业 纯 钛 可 制 成 板 、 管 、 棒 、 线 、 带 材 等 半 成 品 。 工 业 纯 钛 可 作 为 重 要 的 耐 蚀 结 构 材 料 ， 用 于 化 工 设 备 、滨 海 发 电 装 置 、 海 水 淡 化 装 置 和 舰 艇

25、 零 部 件 。 3.2 纯 钛 3.2 纯 钛 按 组 织 类 型 分： （用TA表示）：全、近和+化合物合金 。以 铝 、 锡 、锆 为 主 要 合 金 元 素 ， 在 近 型 钛 合 金 中 还 添 加 少 量 稳 定 化 元素 ， 如 钼 、 钒 、 钽 、 铌 、 钨 、 铜 、 硅 等 （用TB表示）：热力学稳定型合金、亚稳定型合金和近型合金 （用TC表示）：以Ti-Al为基再加适量稳定元素 TA4 Ti-3Al TA7 Ti-5Al-2.5Sn TA8 Ti-5Al-2.5Sn-3Cu-1.5Zr TC1 Ti-2Al-1.5Mn TC3 Ti-4Al-4V TC4 Ti-6Al

26、-4V TC6 Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si TB2 Ti-5Mo-5V-3Cr-3Al 3.3 钛 合 金分类、牌号 3.3 钛 合 金合金化与 和 均 形 成 连 续 固溶 体 相 图 ： 锆 、 铪 与 钛 同 族 ，有 相 同 晶 体 结 构 和 同 素异 晶 转 变 ， 与 -Ti及 -Ti形 成 连 续 固 溶 体 。 与-Ti无限互溶，与-Ti有限溶解的相图： 钒 、 铌 、 钽 、 钼 都 为 体 心 立 方 结 构 ， 与 -Ti同 晶 ， 称 为 同 晶 元 素 。 降 低 相 变 点 ， 稳 定 相。 组 元 达 到 一 定 浓 度 值 后

27、 ， 高 温 相 可 稳 定到 室 温 ， 对 应 这 一 浓 度 值 称 为 临 界 浓 度 Ck。Ck反 映 合 金 元 素 稳 定 相 能 力 大 小 ， 其 值 越 小稳 定 相 能 力 就 越 大 。 稳 定 相 能 力 按 钼 、 钒 、钽 、 铌 次 序 递 减 。 加 入 这 类 元 素 的 钛 合 金 组 织 稳 定 性 好 ，不 会 发 生 共 析 转 变 或 包 析 转 变 ， 同 时 能 强 化 相 ， 并 保 持 良 好 的 塑 性 。3.3 钛 合 金合金化 3.3 钛 合 金合金化与 、 钛 均 有 限 溶 解 ， 并 具 有 共 析 转 变 的 相 图 : Cr

28、、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Si、 Bi、 W、 H 在 -Ti中 溶 解 度 比 在 -Ti中 大 ， 降 低 (+) /相 变 温 度 ， 其 稳 定 相 的 能 力 比 同 晶 元 素 要 大 。 这 类 元 素 与 钛 易 形 成 化 合 物 ， 如 Ti-Mn系 中形 成 TiMn()等 化 合 物 ， 含 有 这 类 元 素 的 合 金 从 相 区 冷 到 共 析 温 度 时 ， 相 发 生 共 析 分 解 ， 这 类元 素 称 为 共 析 元 素 。 铬 、 钨 能 与 -Ti完 全 互 溶 ， 但 因 原 子 尺 寸 或 电 化 学 性 质 与 钛 相 差较 大

29、 ， 在 固 态 还 有 共 析 转 变 ， 因 此 归 入 共 析 元 素 。 Ti-Cr系 共 析 转 变产 物 为 +TiCr 2。 Ti-W系 为 + 2( 2为 富 钨 固 溶 体 )， 不 存 在 金 属 化合 物 。 锰 、 铁 、 铬 共 析 转 变 速 度 极 慢 ， 热 处 理 条 件 下 难 以 进 行 ， 称 为 非活 性 共 析 元 素 (慢 共 析 元 素 )； 硅 、 铜 、 镍 、 银 、 氢 等 共 析 转 变 极 快 ，淬 火 也 不 能 抑 制 其 转 变 ， 故 称 为 活 性 共 析 元 素 (快 共 析 元 素 )。 除 锡 对 相 变 点 影 响

30、不 大 ， 归 为中 性 元 素 外 ， 其 它 元 素 都 提 高 相 变点 ， 扩 大 相 区 ， 称 为 稳 定 元 素 。 这 类 元 素 为 强 化 相 的 主 要 元素，其 中 铝 和 锡 应 用 较 多 。3.3 钛 合 金合金化与 和 钛 均 有 限 溶 解 ， 并 有 包 析 反 应 的 相 图 ：铝 、 镓 、 锆 、 锡 、 硼 、 碳 、 氮 、 氧 3.3 钛 合 金合金化合金元素 稳定元素 稳定 元素中性元素 间 隙 元 素置 换 元 素间 隙 元 素置 换 元 素置 换 元 素 C、N、OAl、GaZr、Sn、Hf、Ge、Ce、La、MgH同 晶 元 素共 析 元

31、 素 V、Nb、Mo、Ta慢 速 分 解快 速 分 解 Cr、Mn、Fe、CoSi、Cu、Ag、Ni、Y、W、B 各 类 合 金 元 素 对 钛 合 金 常 规 力 学 性 能 的 影 响 ： 稳 定 元 素 ： 铝 、 锆 和 锡 的 固 溶 强 化 效 果 以 铝 的 最 大 ， 锆、锡 次之 。 锆 、 锡 一 般 不 单 独 加 入 ， 而 是 与 其 它 元 素 复 合 加 入 。 同 晶 元 素 ： 合 金 元 素 浓 度 超 过 相 极 限 溶 解 度 时 ， 将 进 入 + 相 区 ， 此 时 合 金 元 素 优 先 溶 于 相 ， 因 而 相 具 有 更 高 的 强度 和 硬

32、 度 ， 这 样 合 金 平 均 强 度 将 随 组 织 中 相 所 占 比 例 增 加 而 提 高 ，大 约 至 相 和 相 各 占 50 时 强 度 达 到 峰 值 。 再 增 加 相 数 量 ， 强度 反 而 有 所 下 降 。 强 化 作 用 按 钼 、 钒 、 钽 、 铌 次 序 递 减 。 共 析 型 稳 定 元 素 ： 对 合 金 性 能 的 影 晌 规 律 和 同 晶 型 元 素 相似 ， 特 别 是 非 活 性 共 析 元 素 锰 、 铬 、 铁 在 一 般 生 产 和 热 处 理 条 件 下 ，共 析 转 变 并 不 发 生 ， 因 此 可 将 钼 、 钒 等 组 元 同

33、等 对 待 ， 退 火 组 织 仍为 + 相 。 但 在 高 温 长 期 使 用 的 耐 热 合 金 ， 非 活 性 共 析 元 素 的 存在 ， 将 降 低 材 料 的 热 稳 定 性 。 3.3 钛 合 金合金元素对性能的影响 合 金 的 高 温 力 学 性 能 取 决 于 金 属 基 体 键 合 能 力、原 子 扩 散 过 程 及 组织 稳 定 性 。 钛 合 金 耐 热 性 与 相 图 类 型 及 成 分 的 关 系 为 ：单 相 固 溶 体 浓 度 范 围 内 ， 耐 热 性 随 浓 度 的 增 加 而 提 高 ， 当 组 织 中 出 现第 二 相 时 则 有 所 下 降 ， 因 复

34、 相 (+)组 织 在 加 热 过 程 中 将 发 生 转 变 ，使 相 界 附 近 的 原 子 扩 散 ， 且 原 子 在 具 有 体 心 立 方 结 构 的 相 扩 散 比 相 更快 ， 耐 热 性 下 降 。 所 以，耐 热 合 金 以 单 相 组 织 为 宜 ， 常 用 型 或 近 型 钛合 金 作 为 高 温 材 料 。 提 高 钛 合 金 固 态 相 变 温 度 的 合 金 元 素 ， 可 改 善 耐 热 性 。 这 是 由 于 在 接近 相 变 温 度 时 ， 组 织 稳 定 性 下 降，原 子 活 性 增 加 ， 故 使 金 属 软 化 。 因 此 ，耐 热 合 金 在 成 分

35、 上 应 以 稳 定 元 素 (如 铝 )和 中 性 元 素 (锡 、 锆 )为 主 ， 至 于稳 定 化 元 素 一 般 效 果 较 差 ， 只 有 那 些 能 强 烈 提 高 钛 原 子 键 合 能 力 的 钼 、钨 及 共 析 转 变 温 度 较 高 的 硅 、 铜 等 元 素 ， 在 适 当 浓 度 范 围 内 可 有 效 地 增加 合 金 的 热 强 性 。某 些 金 属 间 化 合 物 ， 如 Ti-Al系 中 的 Ti 3Al(2相 ) 、TiAl(相 )具 有 很 高 的耐 热 性 ， 有 望 成 为 新 型 耐 热 合 金 。共 析 转 变 温 度 低 的 合 金 ， 如 T

36、i-Mn、Ti-Fe合 金 ， 在 高 温 下 很 快 软 化 ，故 耐 热 性 差 。 3.3 钛 合 金合金元素对性能的影响 钛 合 金 中 常 用 的 合 金 元 素 有 铝 、 锡 、 锆 、 钒 、 钼 、 铬 、 铁 、硅 、 铜 、 稀 土 ， 其 中 工 业 上 应 用 最 广 泛 的 元 素 是 铝 。稳 定 元 素 ： 除 工 业 纯 钛 外 ， 各 类 钛 合 金 中 几 乎 都 添 加 铝，铝 主 要 起 固 溶强 化 作 用 ， 每 添 加 1 Al， 室 温 抗 拉 强 度 增 加 50MPa。 根 据 钛 铝 相 图 ， 铝 在 钛 中 的 极 限 溶 解 度 为

37、 7.5 ， 超 过 此 值 ，出 现 有 序 相 Ti3Al( 2相 )， 对 合 金 的 塑 性 、 韧 性 及 应 力 腐 蚀 不 利 ，故 一 般 加 铝 量 不 超 过 7 。 铝 改 善 抗 氧 化 性 ， 铝 比 钛 还 轻 ， 能 减 小 合 金 密 度 ， 并 显 著 提高 再 结 晶 温 度 ， 如 添 加 5 Al可 使 再 结 晶 温 度 从 纯 钛 600 提 高 到800 。 铝 增 加 固 溶 体 中 原 子 间 结 合 力 ， 从 而 提 高 合 金 的 热 强 性 。在 可 热 处 理 合 金 中 ， 加 入 3 左 右 铝 ， 可 防 止 由 亚 稳 定 相

38、 分 解产 生 的 相 而 引 起 的 脆 性 。 铝 还 提 高 氢 在 -Ti中 的 溶 解 度 ， 减 少由 氢 化 物 引 起 氢 脆 的 敏 感 性 。3.3 钛 合 金常用合金元素的作用 锡 和 锆 是 常 用 的 中 性 元 素 ， 它 们 在 -Ti和 -Ti中 均 有 较 大的 溶 解 度 ， 常 和 其 他 元 素 同 时 加 入 ， 起 补 充 强 化 作 用 。 为 保 证 耐 热 合 金 获 得 单 相 组 织 ， 除 铝 以 外 ， 还 加 入 锆 和锡 进 一 步 提 高 耐 热 性 ， 同 时 对 塑 性 不 利 影 响 比 铝 小 ， 使 合 金具 有 良 好

39、 的 压 力 加 工 性 和 焊 接 性 能 。 锡 能 减 少 对 氢 脆 的 敏 感 性 。 钛 锡 系 合 金 中 ， 当 锡 超 过 一定 浓 度 时 也 会 形 成 有 序 相 Ti3Sn， 降 低 塑 性 和 热 稳 定 性 。 为 了 防 止 有 序 相 Ti3X(2相 )的 出 现 ， 考 虑 到 铝 和 其 它 元 素对 2相 析 出 的 影 响 ， Rosenberg提 出 铝 当 量 公 式 。 3.3 钛 合 金常用合金元素的作用 * % 1/3 % 1/6 % 1/2 % 10 % 89%Al Al Sn Zr Ga O 只 要 铝 当 量 低 于 8 9 ， 就 不

40、 会 出 现 2相 。 钒 和 钼 ： 稳 定 元 素 中 应 用 最 多 ， 固 溶 强 化 相 ， 并 显 著 降 低 相变 点 、 增 加 淬 透 性 ， 从 而 增 强 热 处 理 强 化 效 果 。 含 钒 或 钼 的 钛 合 金不 发 生 共 析 反 应 ， 在 高 温 下 组 织 稳 定 性 好 ； 但 单 独 加 钒 ， 合 金 耐 热性 不 高 ， 其 蠕 变 抗 力 只 能 维 持 到 400 ， 为 了 提 高 蠕 变 抗 力 ， 加 钼的 效 果 比 钒 高 ， 但 密 度 大 ； 钼 还 改 善 合 金 的 耐 蚀 性 ， 尤 其 是 提 高 合金 在 氯 化 物 溶

41、 液 中 抗 缝 隙 腐 蚀 能 力 。 锰 、 铬 ： 强 化 效 果 大 ， 稳 定 相 能 力 强 ， 密 度 比 钼 、 钨 等 小 ，故 应 用 较 多 ， 是 高 强 亚 稳 定 型 钛 合 金 的 主 要 添 加 剂 。 但 它 们 与 钛形 成 慢 共 析 反 应 ， 在 高 温 长 期 工 作 时 ， 组 织 不 稳 定 ， 蠕 变 抗 力 低 ；当 同 时 添 加 同 晶 型 元 素 ， 特 别 是 铝 时 ， 有 抑 制 共 析 反 应 的 作 用 。 硅 ： 共 析 转 变 温 度 较 高 (860 )， 加 硅 可 改 善 合 金 的 耐 热 性 能 ，因 此 在 耐

42、 热 合 金 中 常 添 加 适 量 硅 ， 加 入 硅 量 以 不 超 过 相 最 大 固 溶度 为 宜 ， 一 般 为 0.25 左 右 。 由 于 硅 与 钛 的 原 子 尺 寸 差 别 较 大 ， 在固 溶 体 中 容 易 在 位 错 处 偏 聚 ， 阻 止 位 错 运 动 ， 从 而 提 高 耐 热 性 。3.3 钛 合 金常用合金元素的作用 稀 土 ： 提 高 合 金 耐 热 性 和 热 稳 定 性 。 稀 土 的 内 氧 化 作 用 ， 形 成了 细 小 稳 定 的 RExOv颗 粒 ， 产 生 弥 散 强 化 。 由 于 内 氧 化 降 低 了 基 体中 的 氧 浓 度 ， 并

43、 促 使 合 金 中 的 锡 转 移 到 稀 土 氧 化 物 中 ， 这 有 利 于 抑止 脆 性 2相 析 出 。 此 外 ， 稀 土 还 有 强 烈 抑 制 晶 粒 长 大 和 细 化 晶 粒 的作 用 ， 因 而 改 善 合 金 的 综 合 性 能 。3.3 钛 合 金常用合金元素的作用小 结 ： 合 金 元 素 的 作 用 ： 固 溶 强 化 ： 提 高 室 温 强 度 最 显 著 的 元 素 为 铁 、 锰 ， 铬 、 硅 ， 其 次为 铝 、 钼 、 钒 ， 而 锆 、 锡 、 钽 、 铌 强 化 效 果 差 。 稳 定 相 或 相 ： 合 金 元 素 提 高 或 降 低 相 变

44、点 。 增 强 热 处 理 强 化 ： 添 加 稳 定 元 素 ， 增 加 合 金 淬 透 性 。 铝 、 锡 有 防 止 相 形 成 作 用 ， 稀 土 可 抑 制 2相 析 出 ， 同 晶 元 素有 阻 制 相 共 析 分 解 的 作 用 。 改 善 合 金 的 耐 热 性 ： 加 铝 、 硅 、 锆 ， 稀 士 等 。 提 高 合 金 的 耐 蚀 性 和 扩 大 钝 化 范 围 ： 加 钯 、 钌 、 铂 ， 钼 等 。 纯 钛 ： 慢 冷 时 ， 扩 散 方 式 ， 完 成 转 变 ； 快 冷 时 ， 无 扩 散 方 式 ， 马 氏 体 转 变 。 钛 合 金 ： 转 变 温 度 或

45、升 高 、 或 降 低 、 或 基 本 保 持 不 变 。 存 在+两 相 区 ， 即 转 变 在 一 个 温 度 范 围 内 完 成 。 钛 和 钛 合 金 的 转 变 具 有 下 列 特 点 ：新 相 和 母 相 存 在 严 格 的 取 向 关 系 。 如 冷 却 时 ， 相 总 是 以 片 状 或针 状 有 规 则 析 出 ， 形 成 魏 氏 组 织 。 钛 的 转 变 所 需 的 过 冷 度 或 过 热 度 很 小 。 当 加 热 温 度 超 过 相变 点 后 ， 相 极 易 长 大 ， 形 成 粗 晶 （ 由 于 高 温 加 热 而 造 成 的 脆 性 称脆 性 ） 。相 区 加 热

46、 形 成 的 粗 晶 ， 不 能 像 钢 铁 那 样 利 用 同 素 异 晶 转 变 使 之晶 粒 细 化；只 有 经 适 当 形 变 再 结 晶 才 能 消 除 粗 晶 魏 氏 组 织 。 （ 原因 ： 钛 的 两 个 同 素 异 晶 体 比 容 差 小 ， 仅 为 0.17 ， 而 铁 为 4.7 ，同 时 钛 的 弹 性 模 量 小 ， 在 相 变 过 程 中 不 能 产 生 足 够 的 形 变 硬 化 ，以 引 起 基 体 再 结 晶 ， 使 晶 粒 细 化 。） 3.3 钛 合 金相变及热处理 3.3 钛 合 金相变及热处理相 在 冷 却 时 的 转 变 ： 根 据 合 金 成 分

47、和 冷 却 条 件 ， 加 热 到 相 区 的 钛 合 金 可 能 发 生下 列 转 变： + ： +TixMy ： 或 ： ： 密 排 六 方 晶 格 ， 为 六 方 马 氏 体 ： 斜 方 晶 格 ， 为 斜 方 马 氏 体 ： ： 亚 稳 定 六 方 晶 格相 在 慢 冷 时 的 转 变相 在 快 冷 时 的 转 变 相 在 慢 冷 时 的 转 变 ： 合 金 加 热 到 相 区 后 缓 冷 ： 将 从 相 中 析 出 次 生 。 随 着 温度 降 低 ， 次 生 相 不 断 增 多 ， 相 不 断 减 少 ， 稳 定 化 组 元 浓 度连 续 增 高 。 当 达 到 室 温 时 ， 两

48、 相 分 别 达 到 各 自 平 衡 浓 度 ， 室 温 得到 + 平 衡 组 织 。 缓 冷 时 ， 先 在 原 晶 界 开 始 形 核 长 大 ， 形 成 晶 界 ， 然 后 从晶 界 向 晶 内 呈 集 束 状 扩 展 ， 直 至 互 相 接 触 为 止 。 相 互 平 行 位 向 一致 的 一 组 片 状 构 成 一 个 群 体 ， 称 为 集 束 ， 相 处 于 片 状 相之 间 ， 呈 连 续 的 或 间 断 的 层 片 状 ， 冷 却 后 形 成 魏 氏 ( + )。 加 热温 度 愈 高 、 冷 却 愈 缓 慢 ， 则 片 愈 厚 ， 集 束 尺 寸 也 愈 大 ， 形 成位

49、向 比 较 单 一 的 集 束 ， 这 种 组 织 称 并 列 式 魏 氏 结 构 。 冷 却 速 度 较 快 时 ， 相 不 仅 可 在 晶 界 上 生 核 ， 同 时 在 晶 粒内 部 可 独 立 生 核 ， 这 样 群 体 数 目 增 多 ， 组 织 细 化 ， 这 种 由 多 种取 向 的 片 状 相 构 成 的 组 织 称 作 网 状 魏 氏 结 构 。3.3 钛 合 金相变及热处理 3.3 钛 合 金相变及热处理 加 热 到 +两 相 区 慢 冷 ： 与 上 述 转 变 主 要 差 别 是 ： 原 来 存 在 的相 在 冷 却 过 程 中 不 发 生 转 变 ， 为 了 与 析 出

50、 的 次 生 相 区 别 ， 称 为 初生 。 随 着 冷 却 速 度 减 慢 ， 次 生 相 由 晶 内 成 核 逐 步 变 为 在 初 生 相和 相 界 面 处 成 核 长 大 ， 并 与 初 生 连 成 一 体 ， 而 相 呈 网 络 状 (晶 间 )，网 络 状 也 可 能 进 一 步 集 聚 成 块 状 。 加 热 温 度 较 低 ， 相 浓 度 较 高 ，过 冷 度 较 大 ， 故 转 变 组 织 更 为 细 密 。 某 些 两 相 钛 合 金 从 相 区 或 (+)相 区 上 部 温 度 连 续 冷 却 时 ， 在转 变 时 ， 相 界 上 存 在 界 面 相 或 界 面 层 。

51、 界 面 相 由 两 层 组 成 ，靠 近 相 一 边 的 层 比 较 完 整 ， 且 外 观 较 光 滑 ， 称 单 片 层 ， 具 有 面 心 立方 结 构 ； 靠 近 相 一 侧 的 层 有 许 多 条 痕 ， 称 条 纹 层 ， 具 有 六 方 结 构 ，但 和 相 邻 的 相 晶 体 取 向 关 系 不 同 。 界 面 层 厚 度 与 冷 却 速 度 有 关 ， 在适 当 的 冷 却 速 度 下 ， 厚 度 达 到 最 大 值。界 面 相 是 在 连 续 冷 却 时 转 变 的 一 个 过 渡 阶 段 ， 面 心 立 方 单 片 层 是 转 变 的 一 个 中 间 结 构 ， 条 纹

52、 层 已 接 近 完 成 的 转 变 。 界 面 相 的 存 在 对 两 相 钛 合 金 性 能 产 生 影 响 ， 疲 劳 裂 纹 易 在 界面 层 萌 生 。 Ms和 Mf分 别 表 示 马 氏体 转 变 开 始 温 度 和 终了 温 度 ， 这 两 个 温 度随 稳 定 元 素 浓 度 的增 加 而 降 低 ， 达 到 室温 时 的 对 应 浓 度 称 临界 浓 度 Ck和 Ck。 对应 的 淬 火 温 度 称 临 界淬 火 温 度 tk和 tk。低 于 tk温 度 淬 火 ， 相 浓 度 大 于 Ck， 故 淬火 时 不 发 生 马 氏 体 转变 。 而 淬 火 温 度 超 过tk后

53、， 相 浓 度 低于 Ck故 马 氏 体 转 变得 以 全 部 完 成 。 C1CkCkC2C2Ck CkC3 3.3 钛 合 金相变及热处理相 在 快 冷 时 的 转 变 不 同 成 分 钛 合 金 从 相 区 淬 火 时 的 组 织 变 化 规 律 ： 钛 合 金 从 相 区 淬 火 ， 发 生 无 扩 散 的 马 氏 体 转 变 ： 当 稳 定 元 素 含 量 少 时 ， 转 变 为 马 氏 体 。 若 稳 定 元 素 含 量 高 时 ， 转 变 为 马 氏 体 。 当 合 金 元 素 含 量 在 临 界 浓 度 附 近 时 ， 淬 火 形 成 亚 稳 定 六 方 晶 格 相 。 转 变

54、 与 马 氏 体 转 变 的 异 同 点 ：相 同 点 ： 相 变 速 度 快 ， 即 使 很 高 冷 速 也 不 能 抑 制 其 进 行 ； 母 相 与相 成 分 相 同 ； 转 变 具 有 可 逆 性 ， 保 持 共 格 界 面 等 ， 故 变 是一 种 无 扩 散 转 变 。不 同 点 ： 形 核 率 高 ， 形 核 容 易 ， 长 大 困 难 ， 尺 寸 细 小 弥 散 ， 表 面 没 有 浮 凸 效 应 。 x成 分 合 金 ： 相 区 淬 火 ， 由 于 它 与 Ms和 Mf线 均 相 交 ， 故 淬 火 可 得到 全 部 六 方 马 氏 体 。C1 Ck之 间 合 金 ： 相 区

55、 淬 火 得 到 斜 方 马 氏 体 。Ck C2之 间 的 合 金 ： 高 温 淬 火 ， 它 们 仅 与 Ms线 相 交 ， 而 未 达 到 Mf线 ，故 淬 火 时 只 发 生 部 分 马 氏 体 转 变 ， 还 有 部 分 未 转 变 相 亚 稳 定 相 ( m)， 室 温 得 到 + m组 织 。C2Ck之 间 的 合 金 ： 淬 火 时 发 生 转 变 ， 且 与 共 生 ，故 淬 火 得 到 的 组 织 为 + ( )Ck C3之 间 合 金 ： 相 浓 度 大 于 CK， 故 淬 火 时 不 发 生 马 氏 体 转 变 ，仅 发 生 转 变 ， 室 温 组 织 为 ( )。大

56、于 C 3合 金 ： 淬 火 不 发 生 转 变 ， 而 被 保 留 下 来 。 若 施 加 外 应 力 ， 亚稳 定 相 容 易 转 变 成 ， 称 应 力 诱 发 马 氏 体 。 这 种 马 氏 体 具 有 低的 屈 服 强 度 、 高 的 应 变 硬 化 率 和 高 的 塑 性 ， 适 用 于 拉 伸 成 形 。 不 同 成 分 合 金 从 相 区 淬 火 ， 可 得 到 六 种 组 织 ： ； ； + m； + ( )， ( )及 m。 3.3 钛 合 金相变及热处理 3.3 钛 合 金相变及热处理 同 一 成 分 合 金 ， 从 不 同 温 度 淬 火 时 组 织 变 化 规 律 ：

57、 钛 合 金 在 ( + )两 相 区 不 同 温 度 淬 火 ， 所 发 生 组 织 转 变 决 定于 在 加 热 温 度 下 相 的 成 分 ， 其 对 应 关 系 与 相 区 淬 火 相 同 ， 只是 组 织 中 还 包 含 部 分 不 发 生 转 变 的 初 生 相 。 tk温 度 以 下 ： (如 tp温 度 ) x成 分 合 金 淬 火 ， 因 相 浓 度 大 于临 界 浓 度 Ck， 故 淬 火 不 发 生 转 变 ， 相 应 组 织 为 初 + m。 tk tk之 间 ： (如 tq温 度 )淬 火 ， 对 应 的 相 浓 度 在 Ck C2之间 ， 淬 火 发 生 部 分 马

58、 氏 体 转 变 ， 相 应 组 织 为 初 + + m。 tk以 上 ： 淬 火 ， 发 生 转 变 ， 最 终 组 织 为 初 + 。 同 一 成 分 合 金 经 不 同 温 度 淬 火 可 得 到 下 列 组 织 ， 初 + ； 初 + ； 初 + + m； 初 + + ( )及 初 + m 。 3.3 钛 合 金相变及热处理 马 氏 体 形 态 和 性 能 ： 根 据 合 金 元 素 含 量 ， 马 氏 体 形 态 分 为 两 种 基 本 类 型 ， 即 板 条 马氏 体 和 针 状 马 氏 体 。 纯 钛 和 低 浓 度 合 金 属 于 前 者 ； 浓 度 较 高 的 合 金属 于

59、后 者 。 纯 钛 淬 火 组 织 形 态 ： 锯 齿 形 丛 区 或 锯 齿 形 晶 界 ， 每 一 丛 区 内 包含 大 量 相 互 平 行 、 位 向 一 致 的 板 条 状 ， 板 条 内 部 为 高 密 度 位 错 。 随 着 合 金 浓 度 增 加 ， 板 条 马 氏 体 转 变 为 针 状 马 氏 体 ， 各 个 针 状 取 向 不 同 ， 内 部 含 有 大 量 孪 晶 。 合 金 浓 度 再 增 加 ， 淬 火 形 成 斜 方 马 氏 体 ， 其 形 态 与 针 状 类 似 ， 因 Ms温 度 低 ， 形 成 马 氏 体 针 更 为 细 小 ， 内 部 有 大 量 密 集 的

60、细 孪 晶 。 钛 合 金 马 氏 体 不 像 钢 那 样 能 强 烈 提 高 硬 度 。 钛 合 金 硬 度 略 高于 固 溶 体 ， 对 合 金 强 化 作 用 不 大 。 这 是 因 为 前 者 是 碳 的 间 隙 固 溶体 ， 碳 在 晶 格 中 造 成 的 畸 变 很 大 ， 后 者 是 置 换 型 的 过 饱 和 固 溶 体 ， 所 引 起 的 晶 格 畸 变 较 小 ， 所 以 强 化 作 用 小 。 当 过 饱 和 度 达 到 最 大值 时 ， 硬 度 达 到 第 一 个 峰 值 。 随 后 由 于 形 成 ， 使 硬 度 下 降 ， 当 出现 相 时 ， 硬 度 又 出 现

61、第 二 个 峰 值 。 3.3 钛 合 金相变及热处理 相 的 形 态 和 性 能 钛 合 金 淬 火 形 成 的 相 尺 寸 非 常 细 小 （ 直 径 约 5 l0nm） 。 相 形 态 、 尺 寸 和 稳 定 性 决 定 于 界 面 的 错 配 度 。 当 错 配 度 大 于 0.5 时 ， 相 常 呈 立 方 体 形 ， 尺 寸 较 小 ， 稳 定性 较 低 ； 当 错 配 度 小 于 0.5 时 ， 相 则 呈 椭 球 形 ， 尺 寸 较 大 ， 稳定 性 较 高 。 淬 火 相 近 似 呈 等 轴 状 ， 时 效 相 呈 椭 球 形 或 立 方 体 形 。 相 是 一 种 硬 而

62、脆 的 相 (HB500， 0)。 相 强 烈 提 高 合 金 的硬 度 和 弹 性 模 量 ， 降 低 塑 性 （ 由 相 引 起 塑 性 急 剧 降 低 的 现 象 ，称 脆 性 ） 。 产 生 脆 化 的 原 因 与 位 错 不 能 在 其 中 移 动 有 关 。 为 防 止 相 形 成 ， 应 控 制 淬 火 、 时 效 工 艺 ， 避 免 在 低 温 时 效 ；加 铝 、 锆 、 锡 等 能 抑 制 相 的 形 成 。 这 是 由 于 铝 促 进 回 火 时 相 的形 成 ， 而 相 长 大 要 消 耗 相 和 相 ， 因 而 降 低 相 的 稳 定 性 。 锆 和 锡 与 稳 定

63、元 素 一 起 提 高 相 稳 定 性 ， 而 抑 制 相 形 成 。 3.3 钛 合 金相变及热处理时 效 过 程 中 亚 稳 定 相 的 分 解 钛 合 金 淬 火 形 成 的 、 、 和 m是 亚 稳 定相 ， 处 于 热 力 学 不 稳 定 状 态 ， 加 热 时 将 发 生 分 解。 不 同 亚 稳 相 的 分 解 过 程 不 同 ， 同 一 种 亚 稳 相 因 合金 成 分 和 时 效 规 范 不 同 分 解 过 程 亦 不 同 ， 但 最 终 分 解产 物 为 平 衡 组 织 或 +TixMy。 在 时 效 分 解 过 程 的 一 定 阶 段 ， 可 以 获 得 弥 散 的 相

64、， 使 合 金 产 生 弥 散 强 化 ， 这 就 是 钛 合 金 淬 火 时效 强 化 的 基 本 原 理 。 下 面 对 各 亚 稳 定 相 分 解 分 别 予 以讨 论 。 六 方 马 氏 体 的 分 解 ： 相 有 三 种 分 解 方 式 + 过 渡 相 + TixMy +TixMy 同 晶 元 素 ： 相 按分 解 ， 从 相 中 直 接 析 出 ， 在 相 界及 内 部 孪 晶 界 面 上 不 均 匀 形 核 。 当 合 金 浓 度 低 时 (平 衡 相 少 )，基 体 可 发 生 再 结 晶 ， 消 除 针 状 痕 迹 。 而 合 金 浓 度 较 高 时 ， 沿 相 边 界 析

65、出 ， 形 成 连 续 片 层 状 ， 阻 止 相 再 结 晶 ， 保 留 针 状 的 外形 。 快 共 析 元 素 ： 按分 解 。 如 Ti-Cu系 合 金 与 铝 合 金 时 效 分 解相 似 ， 先 形 成 与 母 相 共 格 的 富 铜 GP区 ， 然 后 再 过 渡 到 半 共 格 的 中间 相 (可 能 是 Ti 3Cu)， 最 后 形 成 非 共 格 的 Ti2Cu。 慢 共 析 元 素 ： 按分 解 ， 时 效 初 期 从 相 直 接 析 出 相 ， 然后 从 相 再 析 出 化 合 物 TixMy。 该 过 程 非 常 缓 慢 ， 故 在 一 般 时 效 处理 后 ， 组

66、织 仍 为 +相 。 3.3 钛 合 金相变及热处理 斜 方 马 氏 体 的 分 解 ： 根 据 钛 合 金 Ms点 高 低 ， 相 可 出 现 两 种 不 同 分 解方 式 ； + 相 再 分 解 合 金 Ms点 明 显 高 于 室 温 时 ， 按分 解 。 首 先 在相 中 以 均 匀 成 核 方 式 形 成 相 ， 随 后 相 不 断 长 大 ，最 后 可 能 在 原 晶 界 处 进 行 胞 状 反 应 ， 形 成 粗 片 状 的 +。 合 金 Ms点 接 近 室 温 时 ， 按 分 解 ， 时 效 初 期 形成 相 ， 然 后 相 再 分 解 。3.3 钛 合 金相变及热处理 亚 稳 定 m相 的 分 解 ： 依 据 合 金 成 分 及 时 效 规 范 ， m可 按 以 下 三 种 方 式 分 解 m+ m+（ ） +（ ） + m+ 含 共 析 型 稳 定 元 素 的 合 金 ， 最 终 平 衡 组 织 为 +TixMy。 合 金 含 量 较 低 的 钛 合 金 在 高 温 (500 )时 效 时 ， m按 分解 ， 从 m中 直 接 析 出 。 合 金 浓 度 较 高 的