①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素,它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。
②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素,又可分同晶型和共析型二种。
前者有钼、铌、钒等;后者有铬、锰、铜、铁、硅等。
③对相变温度影响不大的元素为中性元素,有锆、锡等。
氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。
通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15~0.2%和0.04~0.05%以下。
氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物,使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在 0.015%以下。
氢在钛中的溶解是可逆的,可以用真空退火除去。
扩展资料
钛合金分类及制造方式:
在钛合金材料命名方面,国内通常将α型钛合金(包括近α型合金)以TA命名,β型钛合金(包括近β型合金)以TB命名,两相混合的α+β型钛合金以TC命名。
如应用最为广泛的两项混合型钛合金Ti-6Al-4V,其对应的国内牌号为TC4。
**标准GB/T3620.1-2007在1994年版本基础上,新纳入54个牌号、删除两个牌号,钛及钛合**号总数量达到76个。钛合金的材料种类有棒材、丝材、板材、带材、锻件等。
经过最近三个“五年**”的材料研制,具有**特色的新一代飞机骨干钛合金材料已初具规模。
我国自主研发的中强高损伤容限型钛合金TC4-DT,名义成分与TC4相同,但降低了氧含量、断裂韧度得到提高。
Ti45Nb(丝材)、TA18(管材)、TB8(板材、丝材、锻件)、TC21(锻件)等新材料也得到了良好的应用。结合已有的TC1/TC2(板材)、TC4(锻件、板材、丝材)和ZTC4铸造钛合金,形成了从低强高塑性、中强高塑性、高强高塑性、超高强钛合金和铸造钛合金的完整主干材料体系。
钛合金及其零部件的制备与加工方法主要包括真空熔炼、锻造、机械加工、热处理、净近成形、焊接及表面处理。
由于钛具有高化学活性,钛及其合金的铸锭熔炼必须采用真空熔炼方法。锻造变形是改变铸钛组织、获得所需要的组织类型的关键手段。
钛合金的机械加工主要包括铣削加工、车削、镗孔、钻孔、攻丝等。高切削温度、与**发生化学反应、弹性模量较低是钛合金难以加工的主要原因。
钛合金的热处理主要有退火、固溶和时效等。
近净成形技术包括精密铸造、等温锻造、粉末冶金、超塑成形/扩散连接、激光快速成形、粉末注射成形等。近净成形是提高材料利用率、通过工艺控制可达到一定的性能和外形尺寸要求的先进加工技术。先进的钛合金焊接技术有激光焊接、电子束焊接等。
钛合金对表面状态、表面完整性非常敏感,由于其表面硬度低而易发生微动磨蚀等问题。近些年来,钛合金表面处理技术也获得了长足的发展。热渗镀、气相沉积、三束改性、转化膜、形变强化、热喷涂、化学镀、电镀等技术发展迅速。
钛合金分类α钛合金钛合金它是α相固溶体组成的单相合金,不论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,但不能进行热处理强化,室温强度不高。
β钛合金它是β相固溶体组成的单相合金,未热处理即具有较高的强度,淬火、时效后合金得到进一步强化,室温强度可达1372~1666MPa;但热稳定性较差,不宜在高温下使用。
α+β钛合金它是双相合金,具有良好的综合性能,组织稳定性好,有良好的韧性、塑性和高温变形性能,能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%~100%;高温强度高,可在400℃~500℃的温度下长期工作,其热稳定性次于α钛合金。三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金;α钛合金的切削加工性**,α+p钛合金次之,β钛合金最差。α钛合金代号为TA,β钛合金代号为TB,α+β钛合金代号为TC。
钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金(钛-钼,钛-钯合金等)、低温合金以及特殊功能合金(钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金)等。典型合金的成分和性能。热处理钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。
一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度;针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性;等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。
钛合金分三种:α型、β型、(α+β)型。α型钛合金不能热处理强化,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,主要用于500℃下的工作零件。
β型钛合金强度高,可热处理强化,但冶炼工艺复杂,主要用于350℃下的工作零件。
(α+β)型兼有α型钛合金和β型钛合金的优点,主要用于400℃下的工作零件。
钛是同素异构体,熔点为1668℃,在低于882℃时呈密排六方晶格结构,称为α钛;在882℃以上呈体心立方晶格结构,称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点,添加适当的合金元素,使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金(titaniumalloys)。
室温下,钛合金有三种基体组织,钛合金也就分为以下三类:α合金,(α+β)合金和β合金。
**分别以TA、TC、TB表示。α钛合金它是α相固溶体组成的单相合金,不论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,但不能进行热处理强化,室温强度不高。β钛合金它是β相固溶体组成的单相合金,未热处理即具有较高的强度,淬火、时效后合金得到进一步强化,室温强度可达1372~1666MPa;但热稳定性较差,不宜在高温下使用。
α+β钛合金它是双相合金,具有良好的综合性能,组织稳定性好,有良好的韧性、塑性和高温变形性能,能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%~****;高温强度高,可在400℃~500℃的温度下长期工作,其热稳定性次于α钛合金。三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金;α钛合金的切削加工性**,α+β钛合金次之,β钛合金最差。
α钛合金代号为TA,β钛合金代号为TB,α+β钛合金代号为TC。钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金(钛-钼,钛-钯合金等)、低温合金以及特殊功能合金(钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金)等。典型合金的成分和性能见表。
热处理钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度;针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性;等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。
我国工业纯钛按GB/T3260-1994《钛及钛合**号和化学成份》的规定共分为TAO、TA1、TA2、TA3四级。美国ASTM定为Gr1、Gr2、Gr3、Gr4四级,日本JIS标准分为1种、2种、3种、4种四级。