金属焊接性基础 教学课件 作者 孟庆森 主编 张柯柯 副主编第5章 钛及钛合金的焊接.ppt

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1、《金属焊接性基础》第5章钛及钛合金的焊接钛合金具有优良的综合性能，高的比强度、良好的高温稳定性和优异的耐腐蚀性能，在航空航天、石化工业和船舶工业的应用领域逐年增加，钛及钛合金焊接结构的应用前景十分广阔。本章重点介绍钛及其合金的焊接性及其焊接工艺要点。5.1钛及钛合金的分类与性能钛在885℃以下具有密排八方晶体结构，称α钛，高于885℃将发生同素异构转变为体心立方晶体结构，称β钛。不含合金元素又无法通过热处理强化的α钛称为工业纯钛。随着金属中氧、氮、碳、氢等杂质因素的增加，工业纯钛的强度提高，但其断后伸长率随之降低。工业纯钛的常温强度

2、较低，但塑性、韧性很好，而且耐腐蚀性优良，适合于工作在350℃以下强度要求不同的耐腐蚀场合。其焊接性良好，常常被用来作为其它钛合金焊接时的填充金属，在石化工业、航空航天及船舶领域被广泛应用。5.1.1工业纯钛表5-1工业纯钛的室温力学性能牌号状态板材厚度/mm抗拉强度/MPa规定非比例延伸强度/MPa断后伸长率/%,不小于TA1退火状态0.3～25.0≥240140～31030TA2退火状态0.3～25.0≥400275～45025TA3退火状态0.3～25.0≥500380～55020TA4退火状态0.3～25.0≥580485～

3、65520表5-2钛的主要物理性能参数(20℃)密度/gcm-1熔点/℃比热率/JKg-1K-1导热系数/J(msK)-1电阻率/µΩcm线膨胀系数/10-6K-1弹性模量/GPa4.5166852216428.4165.1.2钛合金钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构钛，882℃以上为体心立方的β钛。合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：提高相转变温度的α稳定元素：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。降

4、低相变温度的β稳定元素：钼、铌、钒等同晶型；铬、锰、铜、铁、硅等共析型。对相变温度影响不大的元素为中性元素：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，把钛中氧和氮的含量分别限制在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。5.1.2钛合金5.1.2钛合金α钛合金（TA）α相固溶体组成的单相合金，组织稳定

5、，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（TB）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（TC）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

6、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最好，α+β钛合金次之，β钛合金最差。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5-3和表5-4。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。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。5.1.2钛合金牌号杂质元素，不大于钛主要合

7、金成分铁碳氮氢氧其它元素单一总和TA50.30.080.040.0150.150.10.4余量铝3.3～4.7硼0.005TA60.30.080.050.0150.150.10.4余量铝4.0～5.5TA70.50.080.050.0150.20.10.4余量铝4.0～6.0锡2.0～3.0TA80.30.080.030.0150.250.10.4余量钯0.04～0.08TA8～10.20.080.030.0150.180.10.4余量钯0.04～0.08TA90.30.080.030.0150.250.10.4余量钯0.12～0.

8、25TA9～10.20.080.030.0150.180.10.4余量钯0.12～0.25表5-3常用钛合金的化学成分(wt.%)牌号杂质元素，不大于钛主要合金成分铁碳氮氢氧其它元素单一总和TA100.30.080.030.0150.