开题报告——李加照资料文档.docx

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1、名g标中十号科技号院毕业设计（论文）开题报告题目：TC27钛合金B锻组织演变规律研究专业名称班级学号学生姓名指导教师航空与机械工程系材料成型及控制工程108103112李加照王克鲁二O.四年5月沉淀出-些a相，并且其中的钢含量增高;而马氏体a和a相会沉淀出一些日相，并转变成密排六方的 a相。由于残留p相的数量较少，所以时效强化主要来源于B相在a和a相中的沉淀及 转变成a相。伸长率、面缩率和冲击值:TC4经过815固溶后水淬，其中B相可在变形中诱导转 变成马氏体，表现出在-50C的冲击功和动态断裂韧度均得到明显改善。与此同时，生 长率和断裂应变也提高。疲劳强度和疲劳极限:Tc4的疲劳强度即取决于

2、合金的组织，又 受试验时环境介质的影响。粗大等轴组织的强度极限恒为最低，不到500MPa,在空气 中和在3.5%NaCL溶液中，双态组织的强度极限较高，可达到650-700MPa之间。由于 TC4合金为(a + B )两相钛合金，因此它在变形工艺方面具有-般(a + B )钛合金的特点。 在变形时，合金的塑性、变形抗力对温度比较敏感，在温度上升时，塑性上升，变形抗 力减小，在温度下降时则塑性下降，变形抗力增大。但是，(a + B )合金存在-个B脆性 的问题，即:在锻造时温度高于合金的(a+B)/B转变温度，导致锻件的晶粒长大，而使 塑性下降的现象，因此钛合金在锻造时始锻温度不能定的太高。(a

3、+B)钛合金锻造的另 -个特点是变形抗力对变形速度较为敏感，随变形速率的增大，变形抗力上升，因而(a + B )钛合金-般适宜于压力机上锻造。3国内外研究概况及发展趋势钛合金介绍及发展钛合金材料密度低、比强度高、耐腐蚀、组织性能稳定性好，且具有优良的综合性 能。钛合金所具有的这-系列突出优点，使其在飞机结构和航空发动机中获得了越来越 广泛的应用。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛和钛合金加 工材的生产和消费都达到了很高的水平。我国钛资源丰富，储量居世界前列，目前已经 成为世界上继美国、俄罗斯、日本之后，具有完整工业体系和生产能力的世界第4大钛 工业国，加强我国钛合金材料的研

4、究和应用推广对促进我国航空工业的快速发展具有重 要意义。伴随着钛工业的发展，我国钛及钛合金的标准从建立、发展也已经历近40年, 现已形成较为完整的标准体系。本文在对航空用钛合金材料和相关标准的发展历程及现 状进行阐述的基础上，对航空用钛合金材料和技术标准的未来发展趋势作了探讨。皿由于钛合金使用成本较高，国外约80%的钛材料都用于航空。航空用最典型的钛合 金有：高强钛合金、高温钛合金、阻燃钛合金等口口。从高强钛合金(Ti-1023, Ti-15-3, (-21S, BT22, TB10)、高温钛合金(Ti-6242S, Ti-1100, IMI834, BT36, Ti-60)、阻燃钛合金(Al

5、loy C, BTT-1, BTT-3,Ti-40）和损伤容限钛合金（Ti-6A1-4VELI, Ti-6-22-22S, TC21） 4个研究领域重点介绍 了国内外航空用钛合金的研究和应用现状,分析了各领域典型航空用钛合金的成分、组 织、性能等特点，并提供了钛合金发展的方向。随着新技术革命浪潮的推进，继合金钢和金属铝之后，新崛起的第三金属-钛，越 来越多地渗透到工业、技术和科学的各个领域，它的魅力向人类展示了它的美好前景. 钛具有许多特性，这是迄今发现的其它金属所不具备的.钛的比重小，强度高，比强度 大，是宇航工业的理想材料.钛具有良好的抗腐蚀能力，就是在盐水、王水或在高速流 动的海水之中也

6、能形貌安然，是航海、石油、化工、医药等工业想要使用的材料.钛银 合金的记忆功能，使它可以用于卫星和飞船的天线、宇航系统的油管密封和其它自控装 置.钛的无磁性、钛妮合金的超导性、钛铁合金的储氢能力等，使它在尖端科学和高技 术方面发挥重要作用.钛合金材料学科的发展，大致可以分为应用基础研究、应用研究、 开发研究三个过程.应用基础研究是指为发展新材料，在前期所进行的基础研究，其研 究结果可直接用来指导新材料的设计.对钛合金来说，应用基础研究涉及到固体电子学 理论、晶体相变理论、形变与断裂以及合金化理论等.应用研究是指以应用基础研究成 果作为科学依据，设计并通过实验室和中间试验，获得有应用价值的新材料

7、.开发研究 是指将实验室研究出来的新材料，通过工业试验，使应用基础研究和应用研究的成果向 工业化生产推进并使其产品进人市场.上述三个过程的内涵即是科研成果转化为生产 力，这是新材料发展的一个完整阶段.当传统钛合金材料发展到接近某种性能的最高限度 时，面对发展高性能钛合金材料日益紧迫的需求，促使钛合金材料学科从传统的应用基 础研究、应用研究、开发研究低级阶段向高技术的应用基础研究、应用研究、开发研究 高级阶段转移，如传统的无序结构钛合金向有序结构的金属间化合物转移；固溶强化钛 合金向钛合金基复合材料转移;普通物理状态钛合金材料向特殊物理状态材料转移，如 非平衡态的微晶钛合金、零维的原子尺度超细粉

8、;传统的材料制备工艺向高技术的材料 制备工艺转移，如快速凝固技术、雾化沉积成型技术。钛合金技术现状（1）生产工艺技术状况世界钛材主要生产国按产能从大到小排列 依次为:美国、日本、独联体、欧洲和中国，钛合金材料的生产技术已达到较高水平，近 年在技术量变上不断地取得了-定进展。在钛合金传统的熔炼、铸造和成型工艺技术基 础上开发并应用了不少新工艺、新技术。在熔炼方面，冷床炉熔炼技术已成功应用于工 业化生产，能熔炼25吨重的无偏析和夹杂铸锭,残钛回收率增加;凝壳一自耗电极熔炼技 术也在真空自耗熔炼技术基础上增加了不少优点，使得残钛回收率提高，投资节省;冷生 烟熔炼技术进-步发展后，使得熔化能力大大提高

9、,解决了凝壳问题。在铸造方面，冷用蜗+离心浇铸 技术、真空吸铸和压铸技术已使产品质量进一步提高。冷用堤感应熔炼后进行离心浇铸 生产钛合金铸件,可以节省原材料，降低预热成本,并提高铸件精度,消除缩孔和疏松;真 空吸铸技术广泛用于高尔夫球杆头等薄壁型产品生产;真空压铸法采用金属模取代陶瓷 模后,产品质量较好,成本得到降低。在成型方面,具有代表性的工艺是激光成型技术和 金属粉末注射成型技术。前者采用计算机模型直接用金属粉末生产零件,不需要硬模，性 能在铸造与锻造状态之间，成本降低15%30%;注射成型技术用于制造高质量、高精度复 杂零件（如武器系统），但其原料球形钛粉末成本高,还不宜民用推广。此外,

10、生产焊管的带式生产技术、生产无缝管的斜轧穿孔制坯技术、玻璃润滑技术、锻 件生产中的快锻机技术等也得到了较大发展和广泛应用。美国和日本在上述新技术的应 用方面比较成熟和普及,而独联体和我国正在积极追赶提高钛合金材料生产工艺技术水 平。（2）研发状况相对海绵钛而言，由于航空航天技术的发展,钛合金的研发-直+分活跃。 从基础研究到合金性能研究，再到应用研究都取得了较大进展。基础研究方面，间隙原子 影响钛强度和体积模量研究,复合材料界面行为有限元模拟研究,合金有序强化研究,合 金中原子与空位相互作用研究等等都取得了进展。为了满足不同领域钛材应用性能要求, 合金材料设计工作施展空间大，成效显著。应用于宇

11、航领域的BT37合金、NINCT20合金、 NINTi-600合金、Ti-60合金、TT15D合金、NINTi-40合金、NINTi-26合金、和NINTP-650 合金等是近年来国内外研究的新型牌号合金材料的代表，可以满足不同构件对材料应用 性能的要求,有的还能降低成本,减轻质量,高温钛合金（如Ti53311S）的研究也是-热点； 应用于舰船领域的Timetai 511合金、NINTi-B19合金和NINTi-91合金等在韧性、抗腐蚀 性和透声性等方面都有明显提高，对大型舰船（如航母）制造和海洋工业发展具有积极推 动作用。在生物领域主要采用Zr、Nb、Ta、Pd和Sn作为钛合金元素以增强力学

12、性能和生 物相容性，如Ti-35ZrT0Nb合金和Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金等。清华大学近年研发的骨 骼材料是生物领域应用的典型代表。民用领域广泛应用的高尔夫球杆采用了-种叫 KS-Til9牌号的合金,使得成本大幅下降,质量提高。近年来由于钛的民用推广，钛在建 筑、汽车、海洋工程、医疗和体育用品等方面的应用研究开始增多，特别是海水淡化领 域应用研究已引起广泛关注，医用钛合金TC 20（7-6人1-7m）产品已在临床应用。能的要求,有的还能降低成本,减轻质量,高温钛合金（如Ti53311S）的研究也是-热点; 应用于舰船领域的Timetal 511合金、NINTi-B19合金和NI

13、NTi-91合金等在韧性、抗腐蚀 性和透声性等方面都有明显提高，对大型舰船（如航母）制造和海洋工业发展具有积极推 动作用。在生物领域主要采用Zr、Nb、Ta、Pd和Sn作为钛合金元素以增强力学性能和生 物相容性，如Ti-35ZrT0Nb合金和7-29帖-13丁2-4.621合金等。清华大学近年研发的骨 骼材料是生物领域应用的典型代表。民用领域广泛应用的高尔夫球杆采用了-种叫KS-Til9牌号的合金,使得成本大幅下降,质量提高。近年来由于钛的民用推广,钛在 建筑、汽车、海洋工程、医疗和体育用品等方面的应用研究开始增多，特别是海水淡化 领域应用研究已引起广泛关注,医用钛合金TC 20（Ti-6A1

14、-7Nb）产品已在临床应 用。由于大型航空发动机压气机对工作在300到350用材的需要,俄罗斯的全俄轻金属 研究院研究了同时添加Sn和Zr来改善BT22钛合金的强度和高温蠕变性能研制出了性能 优于BT22的-种新的航空用钛合金。用钛量的多少是-个国家发达程度的标志。纵观世界钛工业的发展史，社会的现代 化程度越高，用量就越大。中国钛工业从1954年开始起步，经过近60年的发展，已 取得巨大的发展，建立了比较完整的钛合金体系和钛工业标准体系。中国钛加工材产量 及消耗量居世界第二，拥有钛加工材产量过万吨的世界级钛材大厂一宝钛集团，中国已 成为世界钛工业大国。但是与美、俄相比，也存在很多问题：合金种类

15、少，铸造设备能 耗大，铸件质量不高。”国内钛工业产品质量发展+二五规划”，对中国的大飞机计 划（大客机和大运输机）、嫦娥工程、轨道站计划、核电站计划、海洋工程（舰船制造、 海洋石油开采和海水淡化等）以及中国持续发展的国民经济都对钛及其合金材提出了更 高的质量要求。因此，努力提高钛制品的质量，更新装备，降低能耗，以满足国家建设 的需要，是目前中国钛行业发展的主要任务几+年来，国内外针对航空应用所研究的钛合金等均取得了很大进步,许多合金也得 到广泛应用。以下重点介绍典型高强钛合金、高温钛合金、阻燃钛合金和损伤容限型钛 合金等航空用钛合金的应用进展。1.1 高强钛合金研究存在的问题及发展方向由于航空

16、航天业需要轻质的高强钛合金,因此高强钛合金就成为各国争相研 究的钛合金系列之但现有钛合金的强度（尤其是强韧性匹配）不能满足航空要求,而且合 金成本太高，合金性能对工艺参数敏感等问题使其应用受到了-定限制。综合国际的研究 现状以及高强钛合金所存在的问题，高强钛合金的发展趋势主要为：（1）研制。b21350 MPa,KICN55 MPa - ml/2的高强韧钛合金。现有高强钛合金的强韧性匹配仍不如现有 高强韧钢（现有超高强合金钢的强度可达1500 MPa以上），限制了钛合金的应用。随着对 钛合金性能要求的提高，发展。b21350 MPa,KIC255 MPa - ml/2的钛合金是以后高强 钛合金

17、发展的主要趋势。（2）开发低成本钛合金。由于高强钛合金-般都含有B稳定元素 （如 Mo, V,Nb等），这些元素的价格都比较昂贵,对钛合金的应用造成了限制，因此开发少含贵 的金属元素的高强钛合金成为主要趋势。（3）进-步探索加工工艺与合金组织及性能的关 系。由于高强钛合金的-些性能对工艺参数非常敏感，所以需要严格控制加工工艺。对形 状复杂的大型高强钛合金工件而言，合金性能的均匀性是-个主要问题，因此不断研究加 工工艺与合金的组织、性能关系是非常必要的。1.2 高温钛合金研究存在的问题及发展方向目前,已在航空发动机上应用的传统高温钛合金的最高使用温度仍为600o在 600以上,蠕变抗力和高温抗氧

18、化性的急剧下降是限制钛合金向更高温度发展的两大主 要障碍，研制600C的新型高性能的高温钛合金迫在眉睫。根据国内外研究现状，作者认为 高温钛合金的发展趋势是：（1）研制600以上的新型高温钛合金。可对现有高温钛合金 的成分进行调整,改进加工工艺，或研发新的高温钛合金，提高高温钛合金的使用温度。（2） 稀土元素在高温钛合金中的作用尚待进-步研究。我国研制的含稀土元素的高温钛合金 其使用温度已达到600C,其各项性能显示均为良好。但稀土元素在合金中的机制作用需 进-步研究，为含稀土元素的高温钛合金的发展奠定理论基础。（3）合金朝着多元强化的方 向发展。合金成分的优化越来越重要,Ti-Al-Sn-Z

19、r-Mo-Si-（RE）系近a钛合金占主导地位; Si元素是高温钛合金中必不可少的重要元素。1.3 阻燃钛合金研究存在的问题及发展方向目前，除美国和俄罗斯的部分典型阻燃钛合金得到了实际应用外，其他各国对阻燃钛 合金的研究仍处于研究阶段，阻燃钛合金的类型较少,成本较高以及对阻燃性能评价方法 的不统-都阻碍了阻燃钛合金的发展。通过调研,作者认为阻燃钛合金的发展方向主要为: （1）制定评价钛合金阻燃性能的统-标准和方法。正确评价钛合金的阻燃性能是研究阻燃 钛合金的关键技术之包括钛合金燃烧模拟实验方法和检测技术。目前，关于阻燃性能的 评价方法尚无统-标准，各国均采用不同的方法测试。因此制定统-标准的钛

20、合金的阻燃性 能评价方法将有效促进各国阻燃钛合金的交流。（2）提高Ti-Cu-Al系阻燃钛合金的综合 力学性能。与Ti-V-Cr系阻燃钛合金相比，Ti-Cu-Al系阻燃钛合金的综合力学性能较差, 工作温度也较低。对如何进-步提高该系合金的力学性能需进行更深的研究。（3）降低 Ti-V-Cr系阻燃钛合金成本。Ti-V-Cr系阻燃钛合金含有大量贵金属元素V,导致成本较高, 限制其应用。国内已有学者采用价格较低的Mo部分替代V进行了-定尝试的研究。3. 5其他钛合金KSTi-19 合金日本神户制钢所研制出了-种命名为KSTi-19的新型钛合金，其名义化学成分为Ti-4 5Al-2Mo-l 6V0 -

21、 5Fe-0 - 3S,i 是一种a + B两相钛合金。这种合金具有优良的加工性能，采用热轧工艺可以代替传统的叠 轧方法成功生产出厚度为0 8mm的薄板，是Ti-6A1-4V合金的替代合金之-。由于加工 性能的限制,Ti-6A1-4V合金只能采用叠轧方法来生产薄板，但由于工艺复杂,成本高，限制 了 Ti-6A1-4V合金薄板的民用推广。KSTi-19合金的研制成功,使钛合金薄板的成本下降, 扩展了钛合金的应用范围。目前，该合金薄板已投入正式生产,它主要应用于高尔夫球杆。 据报道，高尔夫球杆使用这种材料后，可使杆头变细、坚固、质量减轻。在此之前,高尔夫 球杆头的顶部、截面及底部均采用锻造方法生产

22、。橡胶钛合金日本丰田中央研究所T. Saito等人研发出-种具有超级多功能的钛合金“GumMetal” （橡胶金属），合金的组成可以表达为:Ti-24mol% （Ta+Nb+V）-（Zr,Hf）+Oo范围很窄的合金 成分可用理论计算进行设计，其组分平均价电子数须满足e/a=4 - 24,典型的如 Til2Ta-9Nb-3V-6Zr-O和Ti-23Nb-0 - 7Ta-2Zr-O等。合金具有超高强（时效处理后强度高 达2 000MPa）、超低模量（40 GPa）、室温下具有超塑性的特点;合金的弹性变能力比常规 金属高出1个数量级，可达25;合金在室温下具有极优的冷加工性能，可进行断面收缩率 达9

23、99%的冷加工,板材从6 30 mm可-火次加工到6 0 ,OS mm,丝材从 13 mm-火次拉 到 03 mm,不必进行中间退火处理。橡胶金属的弹性应变、弹性模量性性能,氧含量 不得低于07%o较高氧含量的橡胶金属由单-的bcc相组成，而低氧含量的同成分合金 中则存在着马氏体相。拉伸变形过程中，高氧含量的合金中不产生相变，而低氧含量的合 金则有相变产生。橡胶金属现已用作无蝶形螺钉的眼镜框架（已开始销售）和钟表用精密 螺钉。合金具有良好的生物相容性、良好的耐蚀性，还不含有害的A1和V,因此该合金有 望替代TiNi等合金在生物领域的应用15o 4研究内容及实验方案3.1 实验材料实验所用材料为

24、TC27钛合金，金相法测得该合金的B的转变温度（B相变点）为 850o4. 2等温恒应变速率压缩实验初始组织的TC27钛合金的等温恒应变速率的压缩实验在热加工模拟试验机上进行。 压缩试样均为：上下两端面加工有0. 2mm,深凹槽的6 8nlmX 12mm的圆柱体。热压缩过 程中，上下端面的凹槽填上特供的高温润滑用玻璃粉，以此覆盖云母片，减小试样与垫 块之间的摩擦并且降低试样与垫块之间的热传递，有利于降低变形的不均匀性。1选题的依据及意义01. 1选题的依据01.2选题的意义12钛合金的应用22.1 航空航天22.2 船舶行业32.3 医疗行业32.4 化工和能源32.5 钛合金在弹簧上的应用3

25、3国内外研究概况及发展趋势62.1 钛合金介绍及发展62.2 高强钛合金研究存在的问题及发展方向92.3 高温钛合金研究存在的问题及发展方向102.4 阻燃钛合金研究存在的问题及发展方向102.5 其他钛合金104研究内容及实验方案ri1.1 1实验材料111.2 等温恒应变速率压缩实验111.3 相同温度下不同应变速率的组织演变125目标、主要特色及工作进度12参考文献13TC27钛合金所采用的应变速率为0. 001s0. 以及10. Os变形温度为1150, 1100, 1050, 950以及900C,共计18个压缩变形试样，试样的高度压缩率均为 50%,对应的真应变约为0.7。实验数据如

26、下图所示：4.3相同温度下不同应变速率的组织演变此次实验中，TC27钛合金所采用的应变速率为O.OOls, 0.01s-1, 0.1s1, lo 0s-1, 10.05-1以及70.05，变形温度为1100以及1000C,共计12个压缩变形零件，所有 试样的高度压缩率均为50%,对应的真应变约为0.7。5目标、主要特色及工作进度本文拟通过等温热压缩试验获得不同条件下应力应变的离散数据，从而实现对TC27 钛合组织演变的研究，寻找到最佳的再结晶组织条件。参考文献1张卫，解念锁.钛及钛合金的发展与应用研究N,科技创新导报20XX.07:71.2汶建宏，杨冠军，葛鹏，毛小南，赵映辉.B钛合金的研究进

27、展J.钛工业进展第25卷第 1 期 20X X 年 2 月:33-39.3王金友,葛志明等.航空用钛合金M.上海:上海冶金出版社，19854李梁，孙健科，孟祥军.钛合金的应用现状及发展前景J. 钛工业进展，第21卷第5期 20 X X年9月5张利军，薛祥义，常辉.我国航空用变形钛合金材料J .中国材料进展，第31卷第8期 20X X年8月.6The Editorial Committee ofChina Aeronautical Materials Hand-book(中国航空材料手 册编委员). China Aeronautical Mater-als Handbook(航空材料手册)M.

28、Beijing: China Standard Press, 20X X .7孟祥军等，船用钛合金发展概况J.钛工业进展，2000, (5)： 78.8Niinomi, Mitsuo. Recent titanium R&D for biomedical applications in Japan J) .JOM, 1999, 51(6):32.9周彦邦.钛合金铸造概论M.北京：航空工业出版社，2000： 307314.10高敬，姚丽.国内外钛合金研究发展动态仃. 世界有色金属.20X X：4-7.11黄天娥范桂彬 闫 海刘东升 航空用钛合金材料及钛合金标准发展综述 航空标准化与 质量地237

29、期12彭昂毛振东钛合金的研究进展与应用现状船电技术综述13张力.高技术时代的钛合金材料技术发展战略及对策剖析J.金属学报，1997(1)第三 十三卷第一期：85-89.14赵永庆.国内外钛合金研究的发展现状及趋势J.中国材料进展,第29卷第5期20XX 年5月：1一7.15付艳艳，宋月清，惠松骁，米绪军.航空用钛合金的研究与应用进展J.稀有金属20XX. 12 第 30 卷 第 6 期 850-856.1选题的依据及意义：1.1 选题的依据-个国家有色金属的消费量和生产量是衡量该国家综合实力的重要标志之-。我国已 发展成为居世界第二位的有色金属生产大国和消费大国，钛、鸨、铜、锌等有色金属及 其

30、合金是我国重要的战略金属材料。我国的人均战略有色金属资源占有量大大低于世界 平均水平,加强战略金属新材料的开应用,促进其资源保护具有重要的战略意义。钛及钛 合金由于具有重量轻、度大、耐热性强、耐腐蚀、生物相容性好、无磁性、无毒性、工 作温度区宽、加工成形性好等许多优良特性，被誉为未来金属、空间金属和海洋金属，其 应用已遍及现代新技术的各个领域,在国民经济中占有重要地位。钛的体积质量为4.51g/cn2,比强度高，与高强度钢相比，相同强度水平可降低重量 40%以上。钛的熔点为1678C,比铁的熔点高，是轻金属中的高熔点金属，沸点3287O 纯钛材容易加工,钛的塑性主要依赖于纯度。钛越纯,塑性越大

31、。常温下钛为a相,呈密 排六方结构,在882c转变为体心立方结构的B相。纯钛的电阻率和导热率与奥氏体不锈 钢大致相当。钛的比容与奥氏体不锈钢相当，但由于密度小,则热容小,容易加热,也容易 冷却。纯钛具有良好的抗腐蚀性能，不受大气和海水的影响。在常温下，不会被稀盐酸、 稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀;只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。 在大多数水溶液中，都能在表面生成钝化氧化膜。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液 中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都 好。可以用钛代替不锈钢、馍基合金和其它稀有金属，制作各种热交换器、反应器、高 压容器和蒸播塔等设备

32、。钛及钛合金对提高耐蚀产品质量、延长设备使用寿命、减少消 耗、降低能耗、降低成本、防止污染、改善劳动条件和提高生产率等方面都有+分重要 的意义钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与02、N2、H2、S和卤素等非金属作 用。但在常温下，钛表面易生成-层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王 水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，-般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔 而钛却安然无恙。液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。钛加 入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合 物或金属间化合物。钛合金在海军舰船上得以应用主要是：钛合金具

33、有以下特性，很宽的强度范围， 优异的机械性能，独特的物理性能（包括磁性），较高的比强度和结构有效性， 优异的耐腐蚀性能，特别是耐海水冲击和海洋环境腐蚀，优良的抗冲击性能，优良的可 加工性和焊接性，合理的成本。正是由于钛合金具有以上特点，钛合金在舰船上的应用 可有效地改进舰船的耐用性提高可靠性和使用性，减少维修和维护费，减重和增加承 载能力。钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇, 既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时，钛无磁 性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。钛具有“亲生物”性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何

34、杀菌方法 都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造酸关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖 骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开 始维系着人体的正常活动。钛在人体中分布广泛，正常人体中的含量为每70kg体重不 超过15mg,其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞，使免疫力增强这-作用已被证实。钛的化合物及用途：重要的钛化合物有：二氧化钛(TiO2)、四氯化钛(TiC14)、偏钛 酸钢(BaTiO3)。纯净的二氧化钛是白色粉末，是优良的白色颜料，商品名称“钛白”。 它兼有铅白(PbCO3)的遮盖性能和锌白(ZnO)的持久性能。因此，人们常把钛白加在 油漆中，制成高

35、级白色油漆；在造纸工业中作为填充剂加在纸桨中；纺织工业中作为人 造纤维的消光剂；在玻璃、陶瓷、搪瓷工业上作为添加剂，改善其性能；在许多化学反 应中用作催化剂。在化学工业日益发展的今天，二氧化钛及钛系化合物作为精细化工产 品，有着很高的附加价值，前景+分诱人。四氯化钛是-种无色液体；熔点250K、沸点 409K,有制激性气味。它在水中或潮湿的空气中都极易水解，冒出大量的白烟。 TiC14+3H2O = H2TiO3+4HCl因此TiC14在军事上作为人造烟雾剂，犹其是用在海洋战 争中。在农业上，人们用TiC14形成的浓雾地面，减少夜间地面热量的散失，保护蔬菜 和农作物不受严寒、霜冻的危害。将Ti

36、O2和BaCO3-起熔融制得偏钛酸钢：TiO2+BaCO3 =BaTiO3+CO2-人工制得的BaTiO3具有高的介电常数，由它制成的电容器有较大的容 量，更重要的是BaTiO3具有显著的“压电性能”，其晶体受压会产生电流，-通电，又 会改变形状。人们把它置于超声波中，它受压便产生电流，通过测量电流强弱可测出超 声波强弱。几乎所有的超声波仪器中都要用到它。随着钛酸盐的开发利用，它愈来愈广 泛地用来制造非线性元件、介质放大器、电子计算机记忆元件、微型电容器、电镀材料、 航空材料、强磁、半导体材料、光学仪器、试剂等。钛、钛合金及钛化合物的优良性能 促使人类迫切需要它们。然而，生产成本之高，使应用受

37、到限制。我们相信在不久的将 来，随着钛的冶炼技术不断改进和提高，钛、钛合金及钛的化合物的应用将会得到更大 的发展。1. 2选题的意义随着现代制造业水平的整体提高以及用户对产品质量要求的不断提高，人们不仅 要保证产品外在质量，更要追求产品的内在质量和综合性能。开发新材料、改进后处理 工艺及控制产品微观组织等是一般提高产品性能的主要方法，其中微观组织演变及最终 的组织结构直接决定产品力学性能。钛及钛合金具有各种优良性能（密度小，比强度高, 耐腐蚀，耐高、低温性能好，无磁，无毒），随着钛及其合金应用的广泛性及人们重视 程度的提高，钛还获得“第三金属”、“飞行金属”等美称。尽管钛的工业化生产只有 半个

38、世纪的历史，但现在钛及其合金已经被广泛应用于航天、航空、航海、石油、化工、 轻工、冶金、机械、医疗、能源等许多领域。B钛合金是应用非常广泛的-类钛合金。 此类合金具有最高的强度/质量比，而且大横截面的钛合金零件具有非常优异的强度、韧 性和抗疲劳性能。B钛合金的分类当合金中的B稳定元素含量足够高时，B固溶处理后 经快速冷却将B相保留至室温，这种合金属于B钛合金。按稳定状态组织类型分类时， B钛合金可分为稳定B型钛合金、亚稳定B型钛合金和近B型钛合金。各国在研 究设计B高强度合金时，为保证B相的稳定性，分别提出了 M。当量公式、电子浓度和 B相稳定系数Kb。这就意味着研究合金化理论过程中，不仅运用

39、了金属学及金属物理 的理论，还深入进行了合金元素作用的数学模拟，找出规律，以指导合金设计。材料在变形过程中，满足产品的基本尺寸、表面质量和形状精度等要求之外，更关 键的是通过变形改变工件内部组织结构，以此增强工件综合性能。因此，材料变形过程 中关于微观组织演变的研究与控制对于提高产品的力学性能尤为重要。在热塑性变形 过程中，材料的微观组织的变化除了取决于材料自身特性，主要取决于变形时应变速率、 温度和应变量等工艺参数，所以，改善微观组织的有效途径是研究其与变形工艺条件之 间的关系，这是当今材料工程领域的核心技术，具有巨大的应用意义。因此，对于钛合 金方面的研究，已然成为航空制造业和研究领域值得

40、关注的课题。本文以TC27钛合金为研究对象，通过热压缩等试验并利用0M对TC 27钛合金试 样的微观组织进行观察，研究变形温度、应变速率对微观组织的影响规律。根据微观组 织初步判定合金中的变形及软化机制。通过分析其微观机理来优化合金工艺参数，并为 TC 27钛合金的加工和实际应用提供参考。2钛合金的应用航空航天目前，钛及其合金主要用于航空航天和军事工业上。据统计，钛在航空航天上的 应用约占钛总产量的70%左右，包括军用飞机、民用飞机、航空发动机、航天器、人造 卫星壳体连结座、高强螺栓、燃料箱、导弹尾翼、弹头壳体等。材料科学与工程是现代科学技术的重要领域，航空材料则处于材料科学与工程最 富有挑战

41、性的研究前沿，是决定航空产品技术水平和发展的关键因素之叫材料科学与 工程是现代科学技术的重要领域，航空材料则处于材料科学与工程最富有挑战性的研究 前沿，是决定航空产品技术水平以及发展的关键因素之-。航空产品设计以及制造的先 进性很大程度上取决于航空材料的水平，因此航空材料是发展航空技术的物质基础以及 先导。2. 2船舶行业钛合金在海洋条件下有着极其优良的耐腐蚀性能、高的比强度、无磁等特点，因而 被广泛应用于船舶工业。目前，钛在舰船上已应用的部位有:耐压壳体、螺旋桨和桨轴、 通海管路、阀及附件、各类管接头、热交换器、冷却器、冷凝器、发动机零部件、升降 装置及发射装置、声学装置零部件、系泊装置等。

42、3. 3医疗行业医用钛合金无毒、质轻、比强度高，具有极好的生物相容性和耐腐蚀性，是较理想 的医用金属材料，可用作植入人体的植入物等。近来人们提出并开发了一些具有更好生 物相容性的各种新型无毒生物医学钛合金。例如，日本已开发出-系列具有优良生物相容 性的a+B钛合金。2 . 4化工和能源化工、冶金、造纸、制碱、石油和农药工业是使用钛合金较早的行业。主要用在耐 腐泵、阀门、叶轮、阳极液槽、加热器、蒸发器等，它们大部分是在腐蚀性高的液体介 质中运转。钛合金在这些部门中的作用，取得了良好的技术经济效果。如在铁合金厂， 抽送格-硫酸溶液的不锈钢泵使用寿命只有一年，改用钛泵用转两年年后仍呈金属光泽， 未发

43、生腐蚀现象，使用寿命延长网。3 .5钛合金在弹簧上的应用汽车框架用悬簧由于其要求的弯曲疲劳强度为800 MPa,而只有B钛合金能达到， 并且可以有效减重40%50%,所以其应用越来越受到人们的重视。Volkswagen研制出 了钛簧连续生产工艺，即在自动卷丝机上冷旋，然后时效和在弹簧设备上进行喷丸处理, 于1999年Lupo FSI尾轴上首次采用了钛簧。B钛合金的合金成分、热处理工艺和显微组织决定了合金的强韧性。B钛合金的B 稳定元素和中型元素Zr可以提高合金的强度，降低断裂韧性。细小的8晶粒不能有效提 高时效态B钛合金的强度，可以降低Ti-15-3合金的断裂韧性，对B -C和Ti-1023合

44、金的断 裂韧性无明显影响。时效态B钛合金的强度主要取决于时效析出的次生a相的含量和尺 寸，在含有同样初生a相的情况下，细小的次生a相可以显著提高合金的强度。初生a相 的粗化以及初生相从球状转变为片状会导致B钛合金塑性降低，断裂韧性提高。B钛合金 的双态组织具有良好的强度、塑性和韧性的匹配。微观组织是决定产品力学性能的重要因素，微观组织的控制-直是产品性能优化的- 个重要方面。钛合金经8锻或8热处理后,根据冷却速度的不同，将得到不同形态的片层 组织，如水淬得到针状马氏体、空冷和炉冷分别得到细片状和粗片状形态的B转变组 织。这种组织具有较高的蠕变抗力、断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展能力，而疲劳强度和拉伸

45、 塑性较低,原因是B锻或B热处理容易造成晶粒粗大。钛合金在B相区进行压下量较大的 锻造，通常获得部分动态再结晶和拉长的原始晶粒组织。Semiatin认为这种现象可以由 Shepard和Norley提出的两相钛合金在B区变形的动态回复以及随后可能发生的静态再 结晶来解释。Seshacharyulu等采用等温恒应变速率压缩实验，研究了具有不同初始组织 形态和尺寸的Ti-6AL4V的热变形行为和组织演变，得出了以下结论:对具有原始6晶 粒23mm，晶界a厚5 11m的Ti-6A1-4V B转变组织热变形行为(0 001-0-1H)的研究, 得出了实验材料在B区的变形机理是由扩散控制的大晶粒的超塑性变

46、形；而对具有原 始B晶粒200 R m,晶界a厚5 tlm的Ti-6A1-4V B转变组织在B区热变形演变组织的观察, 发现了细化的晶粒和弯曲的晶界，并通过数据分析，得出了变形激活能172kJ - mod,以及 B晶粒的大小与Z参数之间的线性关系，由此推断出实验材料在B区(1100,1050)变形组织演变机理是动态再结晶，并指出初 始组织状态对变形机理的影响。钛合金B相具有较高的层错能，扩散性能好，使得钛合金 在高温B相区变形，具有其特殊的变形行为和组织演变过程。本工作研究了锻态等轴组织 TC11钛合金在高温B相区的流变行为及组织演变，对于揭示TC11钛合金的高温变形机 理、合理选择8区锻造工

47、艺参数和优化工艺具有重要的意义。B型钛合金具有良好的冷热加工性能，易锻造，可通过固溶时效处理获得较高的机械 性能。同时B钛合金所具有的可热处理强化性和深淬透能力使得其逐渐代替了 a + B两 相钛合金成为大型锻件的主要结构材料，在航空航天和民用工业发挥着越来越重要的作 用。在B钛合金的研究中发现B钛合金的断裂韧性通常与强度呈反比，因此针对B钛合金 的强韧化原理研究成为目前重点研究方向。例如TC4是最常用的钛合金之它具有优 良的强度和韧性的综合性能以及优良的抗腐蚀性。广泛应用于航天工业、压力容器、压 气机的叶片及盘、外科移植器官等。通过从B区或a+B区冷却使晶粒细化，以及随后 的低温时效使淬火时

48、形成的马氏体分解，可以改善该合金的性能。铝稳定密排六方a相， 具有体心立方结构的钮稳定B相。如果同时存在a和B相，则铝将取向于主要溶解在a 相中，而钢主要溶解在B相中。当从1000C冷却到800时，a相中的铝含量约保持为 常数6%。而B相由于能溶解大量的机，在800c时其中的钗含量增加到约14%。在900 平衡状态下存在57% a相和43% B相，在800存在83% a相和17% B 相。因而，缓慢冷却时。相的数量增多。当该合金从B区缓慢冷却时，a相在B转变点 （约980C）之下开始形成。a相成片状，它与母相B之间有-定的结晶学关系。形成的a 片以其基面（密排面）与B相的110面相平行。当缓慢冷却时，形成a相晶核。因为沿着 这-共同的晶面有接近的原子匹配度，所以在此晶面垂直方向上，a相增厚较慢，但沿 此晶面a相长大较快，因而发展成为片状。由于在-个给定的B相晶粒中存在着六组非 平行”0面，所以形成的。片组织也由六个非平行组构成。此显微组织由平行的a 片组成，并由分布在a片之间的旦相勾划其外形。当平行于B相的-个特定的110晶面 所形成的a片与