钛及钛铝合金研究发展现状

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1、2014年秋季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:先进金属材料精密成形技术实践学生所在院（系）:材料科学与工程学生所在学科:材料加工工程学生姓名:韩柯学号:14S109106学生类别:应用型考核结果阅卷人钛及钛铝合金研究发展现状1钛合金的发展历程英国化学家和矿物爱好者雷格尔（WilliamGregor）牧师于1789年在英格兰未纳金地区的黑磁铁矿砂中发现了一种新奇的物资。时隔六年之后的1795年德国化学家MH克劳普鲁斯（MartinHeinrichKlaproth）在矿物金红石中也发现了这样的物质，是一种新元素生成的氧化物。克劳普鲁斯把它比喻为

2、古希腊的泰坦神（Titans）叫做钛（Titanium，化学元素符号为Ti）[1]。一百多年以后，1910年纽约Troy区RensselaerPloytechnicInstitute的MatthewAlbertHunter通过加热放在钢弹容器中的TiCl4和Na的混合物制取了金属钛。最终卢森堡化学家WilhelmJustinKroll于1932年用TiCl4和Ca制取了大量的钛，他被称为钛工业之父。第二次世界大战初期，他到美国避难并在美国矿务局证明了用Ca取代镁作为还原剂还原TiCl4可以商业化地提炼钛。直到今日，该方法仍然是应用最广泛的工艺，被称为“Kro

3、ll工艺”[2]。第二世界大战后，钛合金很快成为航空发动机的关键材料。1948年杜邦公司首先开始商业化生产金属钛。中国钛研究和工业化生产起步并不晚，从1954年北京有色金属研究总院开始研究，国家于1956年已把钛列入了科学技术发展十二年规划的第十六个项目。1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛的半工业化生产。1960年在沈阳有色金属加工厂钛车间熔铸车间铸造出了钛锭并加工成钛材。到20世纪60年代中期实现了工业化，并建立了遵义钛厂和宝鸡有色金属加工厂。直到今天，航空航天工业融入是钛及钛合金的主要应用领域，其他领域如建筑、医药、能源、海洋和近海、体育休闲以及交通运输等

4、的应用需求也正日益增加。2钛合金的分类目前，普遍公认的钛合金分类方法，仍然是五十年代初期提出的按照退火状态下的相组成进行分类的方法，将钛合金划分为α型、α+β型和β型。近三十年来，各种不同性能特点的钛合金越来越多，各种不同方式的热处理日益获得实际应用。随着钛合金研究与应用的迅速发展，现有钛合金分类方法的局限性也越加明显。2.1按亚稳定状态相组成进行钛合金分类按照图1可以将钛合金划分为以下六种类型[3]：(1)α型钛合金，包括工业纯钛和只含有α稳定元素的合金；(2)近α型钛合金，β稳定元素含量小于C1的合金；(3)马氏体α+β型钛合金，β稳定元素含量从C1到C

5、k的合金，这类合金可以简称为α+β型钛合金；(4)近亚稳定β型钛合金，β稳定元素含量从Ck到C3的合金，这类合金可以简称为近β型钛合金；(5)亚稳定β型钛合金，β稳定元素含量从C3到Cβ的合金，这类合金可以简称为β型钛合金；(6)稳定β型钛合金，β稳定元素含量超过Cβ的合金。2.2β钛合金的分类[4]不同种类的β稳定元素，对β相的稳定效果差别很大。所以又以合金钼当量为标准对各国研制的β钛合金进行了细致的分类。当合金钼当量大于25%（质量分数，下同）时，合金是稳定β钛合金，稳定β型钛合金在室温具有稳定的β相组织，退火后为全β相，具有良好的耐腐蚀性、热强性、热稳

6、定性，可焊接和冷成型，无热处理效应；当合金中钼当量在13.8%∼25%时，这类合金是亚稳定β钛合金，β元素稳定系数Kβ为1.37∼2.38，电子浓度为4.18∼4.33，亚稳定β钛合金含有临界浓度以上的β稳定元素，从β相区固溶处理后急速冷却几乎全部为亚稳定β相；钼当量在8.5%∼10.8%的合金属于近β型钛合金，近β型钛合金前苏联也叫过渡型α+β钛合金，该类合金含有临界浓度附近的β稳定元素，β元素稳定系数Kβ为1.10∼1.21，合金兼有α+β两相和亚稳定β相合金的性能特征[5]。值得注意的是，由于合金设计中对添加不同合金元素研究的侧重点不同，因而计算钼当量

7、的表达式有一定的差别，当然这个分类标准会有差别，但差别不会太大。为了更清楚的对β钛合金进行区分，表1列出了常见β钛合金的类型、名称、成分及应用（[Mo]eq=1.0Mo+0.67V+0.44W+0.28Nb+0.22Ta+1.6Cr+2.9Fe…+1.0Al）[6~23]。3钛合金的典型组织3.1近α型及α+β型钛合金的组织3.1.1魏氏组织[24]一般指钛及钛合金的铸态组织或钛合金变形开始温度和终了温度都在β相区、变形量又不是很大时(一般小于50%)时，或将合金加热到β相后慢冷时都将得到魏氏组织。魏氏组织的特征是具有粗大的原始β晶粒，在原始β晶界上分布有清

8、晰的晶界α，原β晶内为片状α束域，片状α间为β相，见