钛及钛合金幻灯片.ppt

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1、钛及钛合金第1页，共38页，编辑于2022年，星期三n由于钛及钛合金具有优异的性能，各国都在大力发展生产，专由于钛及钛合金具有优异的性能，各国都在大力发展生产，专家估计目前世界钛及钛合金的生产能力已超过消费需求量的家估计目前世界钛及钛合金的生产能力已超过消费需求量的22.5倍（包括海绵钛及钛合金熔炼能力），因而钛及钛合金倍（包括海绵钛及钛合金熔炼能力），因而钛及钛合金世界市场竞争剧烈，各国都在努力提高质量、降低成本，一些世界市场竞争剧烈，各国都在努力提高质量、降低成本，一些老的技术已被淘汰。欧洲已关闭老的技术已被淘汰。欧洲已关闭 Deeside Titanium钛厂，钛厂，并不再生产海绵钛。与

2、此同时，钛合金的发展却在大力进行，并不再生产海绵钛。与此同时，钛合金的发展却在大力进行，美国注重宇航用钛合金及其他各方面应用，同时开发新的应用美国注重宇航用钛合金及其他各方面应用，同时开发新的应用领域；日本则注重发展非宇航领域用新型钛合金。领域；日本则注重发展非宇航领域用新型钛合金。n 本章着重介绍现代钛合金的基础理论和钛合金的发展。本章着重介绍现代钛合金的基础理论和钛合金的发展。第2页，共38页，编辑于2022年，星期三n 第一节第一节 钛的恃性及钛冶金基础钛的恃性及钛冶金基础n 一、钛的基本性质一、钛的基本性质n （1）钛存在两种同素异构体）钛存在两种同素异构体及及。-Ti在在882以下稳

3、定，具有以下稳定，具有h.c.P.结构。结构。-Ti稳定于稳定于882熔点熔点1678，具有体心立方结构。，具有体心立方结构。n （2）钛的体积质量小（）钛的体积质量小（4.51gcm3），比强），比强度高，熔点高，塑性好，虽然其强度随温度升高而度高，熔点高，塑性好，虽然其强度随温度升高而下降，但其比强度高的特性仍可保持到下降，但其比强度高的特性仍可保持到550600。与高强合金相比，相同强度水平可降低重。与高强合金相比，相同强度水平可降低重量量 40以上，因此在宇航上有巨大应用潜力。以上，因此在宇航上有巨大应用潜力。第3页，共38页，编辑于2022年，星期三n（3）具有优良的耐蚀性，在室温下

4、就能很快生成一）具有优良的耐蚀性，在室温下就能很快生成一层具有极好保护性的钝化层（层具有极好保护性的钝化层（TiO2）。它仅有纳米尺）。它仅有纳米尺度，室温下长大极慢。许多介质中，钛的耐蚀性极高；度，室温下长大极慢。许多介质中，钛的耐蚀性极高；但在还原性介质中差一但在还原性介质中差一n些，不过可以通过合金化改善。些，不过可以通过合金化改善。n （4）钛的低温性能很好，在液氮温度下仍有良）钛的低温性能很好，在液氮温度下仍有良好的机械性能，强度高而仍保持有良好的塑性及好的机械性能，强度高而仍保持有良好的塑性及韧性。韧性。n （5）弹性模量较低）弹性模量较低（120GP），约为铁的），约为铁的 54

5、。n （6）导热系数及线胀系数均较低。其导热系数比铁）导热系数及线胀系数均较低。其导热系数比铁低低4.5倍，使用时易产生温度梯度及热应力，不过，线倍，使用时易产生温度梯度及热应力，不过，线胀系数低可补偿因导热系数低带来的热应力问题。胀系数低可补偿因导热系数低带来的热应力问题。第4页，共38页，编辑于2022年，星期三n 二、钛冶金基础二、钛冶金基础n 钛矿的存在形式是金红石（钛矿的存在形式是金红石（TiO2）及钛铁共生）及钛铁共生矿（矿（FeO-TiO2）。在我国还有钒钛铁矿。目前，生产）。在我国还有钒钛铁矿。目前，生产金属钛都采用钛的氯化物热还原法。金属钛都采用钛的氯化物热还原法。n第一步：

6、将钛铁精矿制成球团，再还原成高钛渣（第一步：将钛铁精矿制成球团，再还原成高钛渣（w（TiO2）90）。）。FeO则还原得出铁副产品。则还原得出铁副产品。n第二步：进行氯化生成亚第二步：进行氯化生成亚TiCl4:n TiO2CCl2TiCl42COn再把纯再把纯 TiCl4 分离出来，得到纯净的液态分离出来，得到纯净的液态TiCl4。n 第三步：用镁或钠还原第三步：用镁或钠还原TiCl4，得到海绵钛。，得到海绵钛。第5页，共38页，编辑于2022年，星期三n据国外报导，目前采用钠还原技术的工厂已大多被淘汰，据国外报导，目前采用钠还原技术的工厂已大多被淘汰，这是由于用镁还原技术可以得到纯度极高的产

7、品，能够生这是由于用镁还原技术可以得到纯度极高的产品，能够生产低成本粉末：产低成本粉末：n TiCl42MgMgCl2+Tin海绵钛是多孔金属，易吸收空气中的水分、氧气、氮气，海绵钛是多孔金属，易吸收空气中的水分、氧气、氮气，因此海绵钛必须用铁桶密封包装。海绵钛中含有各神杂因此海绵钛必须用铁桶密封包装。海绵钛中含有各神杂质元素，用镁还原的海绵钛的杂质含量见表质元素，用镁还原的海绵钛的杂质含量见表11-1和表和表11-。n生产高纯钛可以采用碘化法，原理是利用金属碘化物的高生产高纯钛可以采用碘化法，原理是利用金属碘化物的高温分解温度不同的特性来提纯，杂质含量降至很低水平温分解温度不同的特性来提纯，

8、杂质含量降至很低水平（表（表11-1和表和表11-2）。）。n电解精炼钛是以粗钛做阳极，在电解精炼钛是以粗钛做阳极，在700850熔盐中电熔盐中电解精炼，粗钛阳极溶解，纯钛在阴极沉淀，得到的金属解精炼，粗钛阳极溶解，纯钛在阴极沉淀，得到的金属纯钛杂质含量小于纯钛杂质含量小于02第6页，共38页，编辑于2022年，星期三第7页，共38页，编辑于2022年，星期三n第二节第二节 钛合金物理冶金基础钛合金物理冶金基础n一、钛合金二元相图一、钛合金二元相图n 以钛为基的二元合金相图大致可分为以钛为基的二元合金相图大致可分为四类，见图四类，见图11-lad。n a）合金兀素与）合金兀素与-Ti及及-Ti

9、 形成连续形成连续固溶体（图固溶体（图11-1a），锗、铪等元素的），锗、铪等元素的性质与性质与Ti极相近，原子半径差别也不大，极相近，原子半径差别也不大，因此可以形成连续固溶体。因此可以形成连续固溶体。第8页，共38页，编辑于2022年，星期三nb）合金元素与）合金元素与-Ti形成连续固溶体，而与形成连续固溶体，而与-Ti只形成只形成有限固溶体（图有限固溶体（图11-1b），这类元素扩大），这类元素扩大相区，缩相区，缩小小相区，降相区，降相相相的相变温度，称为相的相变温度，称为相稳定元素。相稳定元素。钛在周期表中的近邻，如钒、铌、钽、铼、钼属于这钛在周期表中的近邻，如钒、铌、钽、铼、钼属于这

10、一类它们也是一类它们也是b.C.C结构原子尺寸也相差不大。结构原子尺寸也相差不大。nC）此类合金元素与）此类合金元素与-Ti、-Ti都形成有限固溶体，都形成有限固溶体，相相会发生共析分解，如图会发生共析分解，如图11-1C。这类元素有铬、钴、。这类元素有铬、钴、钨、锰、铁、镍、铜、银、金、钯、铂等。它们使钨、锰、铁、镍、铜、银、金、钯、铂等。它们使相相由转变温度下降，所以也属于稳定由转变温度下降，所以也属于稳定相元素。相元素。nD）合金元素与）合金元素与-Ti、-Ti都形成有限固溶体，但都形成有限固溶体，但相相由由包析反应生成（图包析反应生成（图11-1d，e），使），使相相转变温度升高，转变

11、温度升高，因而是因而是相相稳定元素。主要元素有铝、硼、氧、氮、碳、稳定元素。主要元素有铝、硼、氧、氮、碳、钪、镓、镧、铈、轧、钪、镓、镧、铈、轧、l钕、锗等，其中氮、氧属于钕、锗等，其中氮、氧属于图图 11-1d类简单的包晶相图类简单的包晶相图第9页，共38页，编辑于2022年，星期三第10页，共38页，编辑于2022年，星期三n二、主要合金元素与相的形成二、主要合金元素与相的形成 n 现有钛合金中的主要合全元素有钒、钼、铌、铬、铜、现有钛合金中的主要合全元素有钒、钼、铌、铬、铜、锰、铝、锆、锡及钽等可以分为三类：锰、铝、锆、锡及钽等可以分为三类：n第一类是第一类是相稳定元素，能提高相稳定元素

12、，能提高相相相转变温度。铝相转变温度。铝是最常见的、最有效的是最常见的、最有效的相强化元素，能有效提高低温相强化元素，能有效提高低温和高温（和高温（550以下）的强度，同时铝的密度小，因以下）的强度，同时铝的密度小，因此铝是钛合金中的一个基本合金元素。此铝是钛合金中的一个基本合金元素。n第二类合金元素（锡、锆）等能有效强化第二类合金元素（锡、锆）等能有效强化相，它们在相，它们在-Ti和和-Ti中均有大的固溶度，但对中均有大的固溶度，但对相相相相变温度影响较小，故相相变温度影响较小，故有中性强化元素之称。它们的强化作用也可保持到较高温度。有中性强化元素之称。它们的强化作用也可保持到较高温度。第1

13、1页，共38页，编辑于2022年，星期三n第三类是第三类是相稳定元素，一般是降低相稳定元素，一般是降低相转变温相转变温度。它又可以分为两小类：度。它又可以分为两小类：n 第一小类是产生第一小类是产生相共析分解的元素，如铬、相共析分解的元素，如铬、锰、铁、铜、镍、钴、钨等。随温度降低，锰、铁、铜、镍、钴、钨等。随温度降低，相相会发生共析分解，析出会发生共析分解，析出相及金属间化合物相。相及金属间化合物相。共折反应的速率随元素而异，铜、硅等合金化共折反应的速率随元素而异，铜、硅等合金化时，共析转变快，析出时，共析转变快，析出 TiCu2、Ti5Si3，而铁、，而铁、锰、铬、钴、镍等合金化时则速率较

14、慢，即使锰、铬、钴、镍等合金化时则速率较慢，即使连续缓慢冷却，也可能转变不完全，保留一些连续缓慢冷却，也可能转变不完全，保留一些残余的残余的相。当快速冷却时，共析反应可以被完全抑相。当快速冷却时，共析反应可以被完全抑制，过冷制，过冷相可保留到室温；当合金元素含量足够相可保留到室温；当合金元素含量足够高时，高时，相可以完全过冷到室温，而不产生相变。相可以完全过冷到室温，而不产生相变。第12页，共38页，编辑于2022年，星期三n第二小类元素包括铌、钒、钼、铝等，二元相图上第二小类元素包括铌、钒、钼、铝等，二元相图上不产生不产生相共折分解，但慢冷时析出相共折分解，但慢冷时析出相，快冷时相，快冷时有

15、有马氏体相变。随着合金元素含量达到临界值，马氏体相变。随着合金元素含量达到临界值，快冷使快冷使相成为室温稳定相。研究表明，相成为室温稳定相。研究表明，w（Mo）=10，w（V）=15，w（Nb）=36，w（Ta）=60时，可使时，可使相成为室温稳定相。相成为室温稳定相。可以以此临界含量表示该元素稳定可以以此临界含量表示该元素稳定相的能力。由相的能力。由此可见，此可见，相稳定能力依钼钒铌钽次序变小。相稳定能力依钼钒铌钽次序变小。同样，可以根据元素在同样，可以根据元素在相中的溶解度来评价元素相中的溶解度来评价元素稳定稳定相的能力，当温度接近相的能力，当温度接近 600时，钼在时，钼在相相中的质量分

16、数为中的质量分数为0.8%，钒为，钒为 1%3.5，铌为，铌为3%4，钽为，钽为6 12.5，因此，稳定，因此，稳定相的相的能力也是钼钒铌钽。能力也是钼钒铌钽。第13页，共38页，编辑于2022年，星期三n 当成分达到当成分达到C2时，马氏体转变完全抑制，时，马氏体转变完全抑制，只有残留只有残留相存在。这种残余相存在。这种残余相在机械外力作相在机械外力作用下是不稳定的，可在应力作用下分解，称为用下是不稳定的，可在应力作用下分解，称为机械不稳定机械不稳定相（相（M,H)，分解形成，分解形成相。当相。当含量含量C3时，应力不再起作用，残余时，应力不再起作用，残余相保持相保持稳定，不再分解，称为机械

17、稳定稳定，不再分解，称为机械稳定相（相（M,C)。实际上，此相并非热力学稳定，回火时就会分实际上，此相并非热力学稳定，回火时就会分解生成弥散的解生成弥散的质点，只有当元素含量超过质点，只有当元素含量超过C4才得到室温热力学稳定的（才得到室温热力学稳定的（T,C)相，如表相，如表11-3。第14页，共38页，编辑于2022年，星期三合金元素含量不同时可能获得合金元素含量不同时可能获得不同的快冷组织。当含量较低不同的快冷组织。当含量较低时，产发生马氏体相变，形成时，产发生马氏体相变，形成相。马氏体转变的开始和终相。马氏体转变的开始和终了曲线分别以了曲线分别以Ms和和Mf线表示，线表示，可以看出，当

18、含量达到可以看出，当含量达到C之前，之前，相在快冷淬火时发生完全的相在快冷淬火时发生完全的马氏体相变，在成分马氏体相变，在成分C1到到C2区间，可以有部分区间，可以有部分相残留下相残留下来，得到来，得到十残余十残余相组织。相组织。有时，淬火温度过高时，会形成有时，淬火温度过高时，会形成一种一种相。相。第15页，共38页，编辑于2022年，星期三第16页，共38页，编辑于2022年，星期三n马氏体是马氏体是 h.C.P结构，是合金元素在结构，是合金元素在相中的相中的过饱和固溶体。过饱和固溶体。相变是非扩散型马氏体相相变是非扩散型马氏体相变，变，相有块状（或板状）马氏体和针状马氏相有块状（或板状）

19、马氏体和针状马氏体两种。块板状马氏体由体两种。块板状马氏体由50100m不规则区不规则区组成，区又由平行的共格细片（组成，区又由平行的共格细片（1m）组成。晶）组成。晶体学位向关系为（体学位向关系为（110）（0001），111 1120。当溶质浓度增大时形成针。当溶质浓度增大时形成针状马氏体，其共格结合被破坏，再进一步增加溶质浓状马氏体，其共格结合被破坏，再进一步增加溶质浓度，马氏体相变被抑制。此时，度，马氏体相变被抑制。此时，相冷却时析出相冷却时析出相，相，在较快冷却下是针状魏氏体在较快冷却下是针状魏氏体 相，其相，其 相长轴平相长轴平行行110面。面。第17页，共38页，编辑于2022年

20、，星期三n这个相变是形核长大扩散过程。因此，在极快冷这个相变是形核长大扩散过程。因此，在极快冷却下却下被抑制，产生无扩散型析出被抑制，产生无扩散型析出相。但是相。但是快冷时快冷时不一定全部析出不一定全部析出相，因而在随后的时效相，因而在随后的时效中，还可以析出中，还可以析出相。最新研究指出，相。最新研究指出，相析出相析出有有“非热的（非热的（athermal）”、“模糊淬火的模糊淬火的（difffuse quenched）”和和“完整的完整的相沉淀相沉淀的（的（entire。precipitation）”三种形式，随三种形式，随冷却时的冷速和回火条件不同而变化。冷却时的冷速和回火条件不同而变化

21、。相具相具有六方或正方结构（随合金成分而异），其成有六方或正方结构（随合金成分而异），其成分范围见表分范围见表2.1，其结晶学关系为，其结晶学关系为（0001）（111），2ii01i0。相的金相形态主要为立方或椭圆形。相的金相形态主要为立方或椭圆形。n机械不稳定的机械不稳定的相在应力作用下产生相变，当成相在应力作用下产生相变，当成分处于分处于Ms点附近时，发生应力诱导马氏体相变。点附近时，发生应力诱导马氏体相变。当成分远离当成分远离Ms点时，产生孪晶化。点时，产生孪晶化。第18页，共38页，编辑于2022年，星期三n图图 11-3是各个相是各个相（块状（板）马氏（块状（板）马氏体、针状马氏体

22、、体、针状马氏体、魏氏组织魏氏组织十十和和相）的典型金相形相）的典型金相形态。态。第19页，共38页，编辑于2022年，星期三n三、气体杂质元素的作用三、气体杂质元素的作用n -Ti是是h.c.p结构，但其结构，但其ca=1.587，小于，小于理想的理想的ca轴比值（轴比值（1.633）。它的）。它的0001n面不是惟一的滑移面，其他如面不是惟一的滑移面，其他如1011，1010晶面也可参与滑移，因此，纯钛的塑性晶面也可参与滑移，因此，纯钛的塑性好，较优于其他只有好，较优于其他只有0001为惟一滑移面的具有为惟一滑移面的具有h.c.p结构的金属，如镁、锌等。但钛的机械性结构的金属，如镁、锌等。

23、但钛的机械性能与气体、杂质（能与气体、杂质（O、N、C、H、Fe、Si）含）含量有密切关系。量有密切关系。第20页，共38页，编辑于2022年，星期三n氧是稳定氧是稳定相元素，可提高相元素，可提高相变相变温度。氧在温度。氧在相中的溶解度相中的溶解度 w（O）高）高达达14.5，占据八面体间隙位置，产，占据八面体间隙位置，产生点阵畸变，起强化作用而不利于塑生点阵畸变，起强化作用而不利于塑性。因此，利用含氧量的不同可得到性。因此，利用含氧量的不同可得到几种不同强度及加工性能组合的商业几种不同强度及加工性能组合的商业用纯钛。一般含氧量均较高，用纯钛。一般含氧量均较高，W（O）达）达0.10.2。第2

24、1页，共38页，编辑于2022年，星期三n氮与氧类似，是强稳定氮与氧类似，是强稳定相元素，溶解度相元素，溶解度达达6.57.4（质量），也是存在于（质量），也是存在于间隙位置，形成间隙固溶体。它强烈提间隙位置，形成间隙固溶体。它强烈提高强度而降低塑性，当高强度而降低塑性，当W（N）02时已可发生脆性断裂。所以含氮量不能时已可发生脆性断裂。所以含氮量不能太高，但实际合金的太高，但实际合金的W（N）也有）也有0.030.06水平。水平。第22页，共38页，编辑于2022年，星期三n氢是稳定氢是稳定相元素。在相元素。在 335下，氢在下，氢在-Ti的溶解度为的溶解度为 0.18，并随温度降低，并随温

25、度降低而迅速下降。故而迅速下降。故a相钛合金很易发生氢相钛合金很易发生氢脆，一般纯脆，一般纯-Ti的冲击韧性的冲击韧性 a k180Jcm2，当，当 w（H）=0.015时，时，a k降至降至 30J cm2，脆化原因是生成，脆化原因是生成 TiH2。氢化物。因此，具有氢化物。因此，具有 及及十十组织的组织的Ti合合金要求含氢量低，一般采用真空冶炼，使金要求含氢量低，一般采用真空冶炼，使含氢量较低。具有含氢量较低。具有相的钛合金含氢量为相的钛合金含氢量为W(H)=0.010.02（钛合金），钛合金），因为氢在因为氢在相中的溶解度较高，且容易吸相中的溶解度较高，且容易吸氢。氢。第23页，共38页

26、，编辑于2022年，星期三n近来研究了氢在冷轧近来研究了氢在冷轧Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al合合金板中的作用，在一个大气压氢（金板中的作用，在一个大气压氢（8Lmin流量）、流量）、500 下渗氢下渗氢1小时，再经小时，再经8001h，水冷十，水冷十 510不同时间处理。渗氢后含不同时间处理。渗氢后含氢量达氢量达 0.09，经，经510/40h退火去氧后仍退火去氧后仍达到达到0.05。而不经渗氢处理的合金含氢量。而不经渗氢处理的合金含氢量W（O）为）为0.010.02，低于渗氢合金。，低于渗氢合金。研究认为，氢可稳定研究认为，氢可稳定相，推迟相，推迟相的时效析相的时效析出，固溶处理后渗

27、氢试样的断面收缩率略有降出，固溶处理后渗氢试样的断面收缩率略有降低。未经渗氢的试样，经超真空时效，塑性增低。未经渗氢的试样，经超真空时效，塑性增加，因此认为氢不利于塑性。同时，由于在断加，因此认为氢不利于塑性。同时，由于在断裂瞬时有大量气体逸出，因此推断，氢与断裂裂瞬时有大量气体逸出，因此推断，氢与断裂过程有密切联系。过程有密切联系。第24页，共38页，编辑于2022年，星期三n 碳在碳在-Ti包析温度时的溶解度包析温度时的溶解度w（C）=0.48。溶解度随温度下。溶解度随温度下降而降低。当碳的质量分数小于降而降低。当碳的质量分数小于0.1时，为钛（碳）间隙固溶体，当碳时，为钛（碳）间隙固溶体

28、，当碳的质量分数大于的质量分数大于0.1时，析出碳化时，析出碳化物。碳在钛合金中的作用机合金元素物。碳在钛合金中的作用机合金元素不同而异。不同而异。第25页，共38页，编辑于2022年，星期三n四、钛合金分类四、钛合金分类n钛合金可以根据成分和室温基本组织特点分钛合金可以根据成分和室温基本组织特点分类：类：n1-钛合金钛合金n 显微组织是显微组织是相组织，含有相组织，含有相稳定元素及相稳定元素及一些中性强化元素。纯钛是一个典型的一些中性强化元素。纯钛是一个典型的-钛合钛合金，金，-钛合金中的主要元素是铝、锆、锡等。钛合金中的主要元素是铝、锆、锡等。当加入少量当加入少量相稳定元素时，可以得到近。

29、相稳定元素时，可以得到近。-钛合金，显微组织上除钛合金，显微组织上除相基体外，还有少量相基体外，还有少量相。典型的钛合金有相。典型的钛合金有Ti-8Al-1Mo-1V,IMI685（Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si）等。）等。第26页，共38页，编辑于2022年，星期三n2铁合金铁合金n含有较多的含有较多的 相稳定元素和相稳定元素和相稳定元素，具有相稳定元素，具有 十十相混合组织结构。这些相的金相形态和数相混合组织结构。这些相的金相形态和数量依成分、热加工变形和热处理方式而异。这类量依成分、热加工变形和热处理方式而异。这类合金可经处理得到很高的强度水平，典型例子有合金可经处理得到

30、很高的强度水平，典型例子有Ti-6Al-4V（IMI318）合金和）合金和IMI550（Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si）。）。Ti-6Al-4V合金至今合金至今仍是使用最广泛的钛合金。仍是使用最广泛的钛合金。第27页，共38页，编辑于2022年，星期三n3-钛合金和近钛合金和近钛合金（钛合金（lean type alloy）n 这类合金含有大量的这类合金含有大量的相稳定元素，多数还含有铝、相稳定元素，多数还含有铝、锆、锡等元素。锆、锡等元素。-钛合金的室温强度可达到钛合金的室温强度可达到+钛合金水钛合金水平，但具有更佳的工艺性能，不过其高温强度比不上平，但具有更佳的工艺性能，不过其高

31、温强度比不上+合金。近合金。近钛合金显微组织也是由钛合金显微组织也是由+两相组成，但是两相组成，但是强化相分布于强化相分布于相基体之上。相的形态、分布、尺寸与热相基体之上。相的形态、分布、尺寸与热加工、热处理密切相关。典型的加工、热处理密切相关。典型的钛合金如钛合金如Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al（Ti-15.3）合金，典型的近）合金，典型的近钛合金如钛合金如 Ti-10V-2Fe-3Al（Ti10.2.3）合金。）合金。n 这三类合金的成分范围都很宽，合金元素的种类和这三类合金的成分范围都很宽，合金元素的种类和数量都可在很大范围内变化，可以根据使用要求进行合数量都可在很大范围内变化，可

32、以根据使用要求进行合金设计。金设计。第28页，共38页，编辑于2022年，星期三n五、钛合金热处理基础五、钛合金热处理基础n 少数钛合金系，如少数钛合金系，如Ti-Cu系，可系，可以进行时效析出金属间化合物（如以进行时效析出金属间化合物（如Ti2Cu）强化。大多数钛合金只是通）强化。大多数钛合金只是通过热处理控制过热处理控制相变，合金成分，相变，合金成分，特别是特别是相稳定元素含量以及冷却速相稳定元素含量以及冷却速度，对度，对相变有重要影响。相变有重要影响。第29页，共38页，编辑于2022年，星期三自高温自高温相稳定区冷却下来，相稳定区冷却下来，相发生分解的相发生分解的TTT曲线示图曲线示图

33、 11-4。当转变温度为。当转变温度为 T3时，时，转变终了得转变终了得十十相。当转变相。当转变温度为温度为T2时，先是时，先是+，此时，此时为介稳定相，再进一为介稳定相，再进一步转变为步转变为+。当。当转变温度为转变温度为T1时，发生时，发生+相变。三种情况下相相变。三种情况下相应的硬度变化示于图应的硬度变化示于图 114。第30页，共38页，编辑于2022年，星期三n相均匀细小，析出明显强（硬）化合金，但相均匀细小，析出明显强（硬）化合金，但一般同时引起严重脆性。因此，一般同时引起严重脆性。因此，相沉淀硬化相沉淀硬化是难以接受的。图是难以接受的。图11-4同时给出连续冷却时同时给出连续冷却

34、时的相变情况。慢冷时，的相变情况。慢冷时，+；增加冷速会；增加冷速会出现出现相，逐步由相，逐步由+变为变为+相变；再增加冷速，可以不发生相变相变；再增加冷速，可以不发生相变得到室温介稳的得到室温介稳的相，或者得到相，或者得到马氏体相马氏体相变，得到变，得到马氏体相（当马氏体相（当稳定剂小于临界浓稳定剂小于临界浓度时）；在随后的时效时，马氏体又可以分解度时）；在随后的时效时，马氏体又可以分解析出细小析出细小相相第31页，共38页，编辑于2022年，星期三n通过不同冷速，可以得到不同金相形态的通过不同冷速，可以得到不同金相形态的相。相。慢冷时，慢冷时，由由相中析出，得到片层魏氏组织及相中析出，得到

35、片层魏氏组织及沿沿相晶界的相晶界的相；快冷时，含有较高相；快冷时，含有较高稳定元稳定元素的合金易得到一种网篮状组织（素的合金易得到一种网篮状组织（basketweave-morphology）；再增加冷速，）；再增加冷速，相相分解已非形核长大过程，而发生无扩散马氏体分解已非形核长大过程，而发生无扩散马氏体相变，生成六方相变，生成六方相（针状及块状）及正交相（针状及块状）及正交马氏体相（溶质含量高时生成）。马氏体相（溶质含量高时生成）。第32页，共38页，编辑于2022年，星期三n对于对于钛合金或近钛合金或近钛合金，一般室温组织基本上钛合金，一般室温组织基本上全是全是相，只是随从单相相，只是随从

36、单相相区冷却下来的冷速不相区冷却下来的冷速不同，得到不同金相形态同，得到不同金相形态相及不同晶粒尺寸的相及不同晶粒尺寸的相。相。通过热机械处理，可以得到等轴通过热机械处理，可以得到等轴相。近相。近钛合金钛合金则可通过控制冷速得到细的网篮则可通过控制冷速得到细的网篮组织，这种组织组织，这种组织在低温具在低温具n有保载的低周疲劳条件下，裂纹长大速率比有保载的低周疲劳条件下，裂纹长大速率比具有片状具有片状相的合金低得多。因此，近相的合金低得多。因此，近合金合金通常在通常在相区固溶以得到好的蠕变抗力，同时相区固溶以得到好的蠕变抗力，同时要适当快冷（对厚部件用油冷，对薄件可以要适当快冷（对厚部件用油冷，

37、对薄件可以空冷），以得到大面积的网篮状空冷），以得到大面积的网篮状 组织。组织。第33页，共38页，编辑于2022年，星期三n对于对于+钛合金，通过淬火时效得到细晶粒钛合金，通过淬火时效得到细晶粒+月结构，一次月结构，一次相的比例要相对较高，这样可以得相的比例要相对较高，这样可以得到很好的热疲劳性能。如果提高固溶温度，得到较到很好的热疲劳性能。如果提高固溶温度，得到较多的大晶粒多的大晶粒相转变产物，则断裂韧性较高。合理相转变产物，则断裂韧性较高。合理的热处理可以综合这两方面的优点，例如的热处理可以综合这两方面的优点，例如 Ti-6Al-4V合金采用合金采用960lh水冷十水冷十7002h空冷热

38、空冷热处理，得到细的等轴处理，得到细的等轴相和转变后的相和转变后的相，得到好相，得到好的综合性能，可以作为压缩机盘件热处理制度，其的综合性能，可以作为压缩机盘件热处理制度，其典型组织如图典型组织如图115。第34页，共38页，编辑于2022年，星期三第35页，共38页，编辑于2022年，星期三n 实际合金中的相变可以更为复杂。图实际合金中的相变可以更为复杂。图11-6示示意说明该合金系有两种马氏体（意说明该合金系有两种马氏体（和和”）的）的Ms线（以线（以与与，”相的等自由能温度表示，相的等自由能温度表示，T0（或或”），马氏体回火时可），马氏体回火时可以发生正交以发生正交相相Spinodal

39、分解和非分解和非Spinodal分解分解两种溶解曲线。图中还给出平衡的两种溶解曲线。图中还给出平衡的/+及及+/相界线。另外，实际合金中氧含量对相界线。另外，实际合金中氧含量对分分解有重大影响，图解有重大影响，图117是一例。制备工艺也可能是一例。制备工艺也可能影响影响相转变，例如冷加工将促进相转变，例如冷加工将促进相分解和相分解和相相析出。析出。第36页，共38页，编辑于2022年，星期三第37页，共38页，编辑于2022年，星期三n六、钛合金的强韧化基础六、钛合金的强韧化基础n 钛合金的机械性能与其显微组织密钛合金的机械性能与其显微组织密切相关，通过热处理和热机械处理，切相关，通过热处理和热机械处理，可以得到需要的组织和性能。下面分可以得到需要的组织和性能。下面分别对别对及近及近钛合金、钛合金、+钛合金和钛合金和钛合金三类合金来讨论。钛合金三类合金来讨论。第38页，共38页，编辑于2022年，星期三