钛及钛合金知识讲解.ppt

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1、钛及钛合金人造骨头；超导材料等。3、我国钛资源十分丰富，储量居世界首位，这是我国发展钛工业的优势。第一节工业纯钛一、钛的基本性质1、物理性质1）两种同素异晶体：α-Ti;β-Tiα-Tiβ-Ti883℃h.c.pb.c.c纯铝有类似的转变吗?铁呢?2)T熔=1668℃3）ρ=7.8×57%=4.4g/cm3,较轻；4）导电、导热性均较低，线膨胀系数较低；5）无磁性，在很强的磁场下也不会磁化，因此植入人体内的钛制人造骨架不会受雷雨天气的影响。2、化学性质钛在室温下比较稳定，但在高温下却很活泼：在熔化状态下，能与绝大多数坩埚材料发生作用；高温下，与卤素、氧、硫、碳、氮等元

2、素进行强烈的反应，而使钛受到污染。因此，钛要在真空或惰性气氛下熔炼。3、耐蚀性质1）在介质中，钛的标准电极电位很低：TiTi2++2e,E=-1.63v但钛的致钝电位亦低，故钛容易钝化2）不同温度下的耐蚀性：在常温下，金属表面极易形成由氧化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，有很好的抗蚀性。550℃以下，能与氧形成致密的氧化膜，具有良好的保护作用；800℃以上，氧化膜会分解，氧原子会以氧化膜为转换层，进入金属晶格，此时氧化膜已失去保护作用。4、钛的机械性能和工艺性能1）纯钛机械性能：强度不太高，塑性好。虽是h.c.p结构，但不象Zn、Mg等，钛

3、的滑移系较多：Ti:,而Zn、Mg仅仅在基面上。2）钛的T熔点比Fe与Ni高，但Ti的耐热性较差，主要是钛有较大的自扩散系数以及同素异晶转变；3）切削性能不好，导热性差，摩擦系数大。二、杂质元素对钛性能的影响1、主要杂质元素间隙型元素：O、N、H、C；置换（代位）型元素：Fe、Si。2、影响：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。据此，生产上可以根据钛的硬度来估计其纯度：引入氧当量O当=O%+2N%+0.67C%HV=65+310O、N、C使钛的强度提高、塑性降低，主要原因是与钛形成固溶体后晶格发生畸变，阻碍了位错的运动；O、N、C提高α-Ti

4、/β-Ti转变温度，使α稳定元素；H元素降低α/β转变温度，是β稳定元素。H：1）在室温时氢引起各种氢脆（钉轧位错线、析出氢化物等）降低措施：原料控制纯度、真空冶炼、加热时采用中性或弱氧化性气氛、在惰性气氛焊接、酸洗时避免增氢措施、真空退火去氢；2）高温时有增塑作用：先用氢作为合金元素增塑，然后再扩散退火。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。第二节钛的合金化原理纯钛塑性和韧性虽好，但强度低，加入适当合金元素可以明显改善组织和性能，以满足工程上不同性能的要求。一、钛与其他元素之间的作用这些相互作用取决于它们的原子结构、晶体类型与原子尺寸等因

5、素。1、与钛形成连续固溶体元素（合金化）这类元素（10个），同族元素、近邻元素，性质相似、原子尺寸相差小于8%。其中Zr、Hf与Ti同族，具有相同的晶体结构和同素异晶转变，因此，与α-Ti与β-Ti形成连续固溶体；V、Nb、Ta与Mo具有体心立方结构，即与β-Ti同晶，因此与β-Ti形成连续固溶体；而与α-Ti形成有限固溶体。2、与钛形成有限固溶体元素（合金化）由于原子外层电子结构、晶体类型和原子尺寸与钛都有较大差异，故只能与钛形成有限固溶体。代位固溶体：Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Ga、Sn、Si间隙固溶体：B、C、O、N、H3、在钛中完全不溶解，而只形成共

6、价键或离子键化合物;生产Ti时用到的卤素，它们位于周期表的最右端：TiCl4、TiI4。4、与钛不发生作用：碱金属、碱土金属用卤素还原TiO2得到TiCl4(TiI4)，再用Na(Mg、Ca）与氯结合，使钛游离出来。二、钛合金的二元相图及常用合金元素的作用大致可以分为四类：温度TiM:中性元素Zr、Hf、SnL+βLβα+βα1、合金元素与α-Ti和β-Ti形成连续固溶体与Ti同族元素Zr、Hf在α-Ti和β-Ti中均能无限溶解；随组元浓度增加，βα转变温度虽有所下降，但在实用浓度范围内，可认为变化不大，故称中性元素；Zr、Hf对α、β相强化不明显。(为什么?)Ti-

7、Zr二元相图2、与β-Ti无限互溶，与α-Ti有限溶解的相图L+βLβα+βα与β-Ti同晶型元素V、Nb、Ta、Mo等能形成这类相图；这类元素降低相变点，起稳定β相的作用，称β同晶元素，也称β相稳定元素。温度TiMe%β同晶元素V与Ti组成的相图3、与β-Ti和α-Ti都形成有限固溶体，β相会发生共析分解ββ+γα+γαLL+βL+γ温度TiMe%与钛形成这类相图的元素有铬、钨、锰、铁、钴、镍、铜、硅等；这些元素在α和β-Ti中均为有限溶解，降低相变温度；这些元素与钛易形成化合物，γ相，是以金属间化合物为基的固溶体；这类元素称为共析型β稳定元素；α