工程材料课件钛合金.ppt

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1、2021/8/1811.1概述钛及其合金是上世纪40年代发展起来的一类新型结构材料Ti的物理性能纯Ti熔点1668℃。强度高，是Al的6倍，塑性好，便于冷热加工。还具有超导、记忆、储氢等特殊性能。热处理纯Ti不能热处理强化，只能进行冷变形强化，α＋β型钛合金可热处理。美F-22战机约36%重量的零件用钛合金制造11钛合金titaniumalloy2021/8/18纯钛主要用于350℃以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。钛钢复合反应釜钛管换热器钛制蒸馏塔2021/8/1811

2、.1.1钛的基本性质与合金化①有同素异构转变。β，bcc

3、882℃

4、α，hcp②比强度高。ρ=4.51g/cm3，可保持到550～600℃③耐蚀性好。形成保护膜,耐海水腐蚀性是最好的④低温性能好。在77K下仍有良好的力学性能⑤导热系数低。比铁低4.5倍，易产生热应力主要合金元素有A1、Zr、V、Mo、Mn、Cr等2021/8/18一、钛的合金化及分类（一）合金元素与钛的作用1）α稳定型相图，扩大α相区的元素有Al、Sn、O、N、C等。2）β稳定型相图，扩大β相区的元素有V、Mo等。3）α+γ共析型相图，使共析的元素有Mn、F

5、e、Cr、Cu、Si、Ni、Ag等。4）α和β全溶型相图，如Zr、Ha等。图11.1钛与合金元素的典型二元线图a）α稳定型,Al、Sn；b)β稳定型V、Mo,c)α+γ共析型,Mn、Cr；d)α和β全溶型，Ha、ZrTi-Sn相图2021/8/18α稳定型(包析)β稳定型（共析）α和β全溶型γ共析型2021/8/18（二）钛合金的分类（GB/T3621—94）在退火状态下，按组织分α型钛合金、β型钛合金和α＋β型钛合金，以TA、TB、TC表示。符号后面的数字表示顺序号。TA7：Ti-5Al-2.5SnTB2：Ti-3Al-8

6、Cr-5Mo-5VTC4：Ti-6Al-4V2021/8/18各类合金特点α钛合金高温性能好，组织稳定，焊接性好，是常用耐热钛合金，但常温强度低，塑性不高α+β钛合金可热处理强化，常温强度高，中温的耐热性也不错，但组织不够稳定，焊接性差β合金塑性加工性好，合金浓度适当时，通过热处理可获得高的常温力学性能，是发展高强度钛合金的基础，但组织不够稳定，冶炼工艺复杂应用程度:α+β合金>α合金>β钛合金二、钛合金特点2021/8/181、α钛合金(Al/Sn)主要Me是Al和Sn，固溶强化:+1%Me，强度↑35~70MPaAl作用

7、特点A1在α相中固溶度很大,↑耐热性(<500℃)但Al＞6％后→与α共格有序相α2（Ti3Al）α2是硬而脆中间相，对合金塑韧性不利。Al大于25%后，则出现γ相（TiAl）应用特点一般工业用钛合金Al含量很少超过6％。α钛合金使用温度≯500℃。α钛合金不能热处理强化，退火或热轧态下使用。TA7是应用最多的一种。TA4~TA6是Ti-Al系二元合金2021/8/182、α+β钛合金(Al/V、Mo)合金化特点含4~6%的β稳定元素→α和β同时强化。α+β合金性能主要由β相元素来决定。α相元素主要是铝，<6~7%→以免生成

8、α2而↓韧性。另补加少量中性元素锡和锆。β元素选择较复杂。+Mo和V等，再适当+少量Mn和Cr或微量Si。性能特点α+β钛合金力学性能变化范围较宽，可适应各种用途，约占航空工业使用的钛合金70％以上。目前国内外应用最广泛的α+β钛合金是Ti-A1-V系的Ti-6A1-4V，即TC4合金。2021/8/183、β钛合金(Mo、V/Cr)β钛合金是发展高强度钛合金潜力最大的合金。热处理特点合金化特点：加入大量β稳定元素。热处理特点:室温为单相β组织，经时效可↑↑强度。淬火态下能冷成型→进行时效处理。性能特点与应用强韧性优于α+β

9、合金，具有良好的焊接性和压力加工性。缺点是β元素浓度高，密度↑，易偏析，性能波动大。β相元素多是稀有金属，价格↑，≯200℃使用，应用受限制.目前应用的加工钛仅TB2，主要用于制造各种整体热处理的冲压件和焊接件；如轮盘、轴类等重载荷旋转件，以及飞机的构件等2021/8/1811.1.2钛合金的相变C0tk2021/8/18基本概念β相(bcc)→α′六方马氏体(hcp)；→α″斜方马氏体。tk：当t淬↓到一定温度，β相浓度↑到Ck时，淬火到室温β相也不发生M转变的临界淬火温度。Ck和tk是非常重要的两个参数。Ck：Ms↓β相

10、不发生M转变的合金浓度钛合金M是置换型过饱和固溶体，与钢间隙式M不同1、马氏体转变2021/8/182、ω相的形成β稳定型钛合金的成分位于临界浓度Ck附近时，淬火时除形成α′或βr外，还能形成淬火ω相，用ωq表示。特点性质ω是六方晶格，与β相有共格关系。ω相形状与Me原子半径r有关，r与钛