金属材料学第11章 钛合金
钛合金
到α’＋ 残余β相组织。
当含量达到C2时，马氏体转变完全被抑 制，只有残留β相（机械不稳定，在应力 作用下分解）存在。 当含量≥C3时，为机械稳定β相（非热力
学稳定，回火时分解）。
当元素含量超过C4时才得到室温热力学 稳定的β相。
β相稳定元素含量与淬火快冷 组织关系示意图
气体杂质元素的分类与作用
第十一章
钛合金
序
发现于18世纪末。
言
但由于化学活性高，提取困难，直到1910年金属钛才被 美国科学家用钠还原法(亨特法)提炼出来。 1936年卢森堡科学家克劳尔用镁还原法(克劳尔法)还原 TiCl4，制得海绵钛，奠定了金属钛生产的工业基础。其
技术转让到美国，1948年在美国首先开始海绵钛的工业
控制第二相的数量、大小和分布。
典型合金Ti-13V-11Cr-3Al，经固溶淬火冷成形及时效处理，可获得高强
度。该合金已成功制作SR-71飞机的蒙皮。
要进一步提高强度，先要解决韧性低问题。 细化β晶粒可以提高塑性，但不能提高断裂韧性；通过形变热处理改善
断裂韧性。
钛合金的发展趋势
全世界已研制了几百种钛合金，但投入工业生产的不到100种。我国研制 的钛合金有近60种。列入国家标准的已有40余种。 目前钛合金发展的趋势是发展竞争力更强的钛合金，实现高性能化、多 功能化和低成本化。
钛合金的分类
按其成分和室温下的组织分为三类：
α-钛合金 ：显微组织是α相，含有α相稳定元素及一些中性强
化元素。主要元素是铝、锆、锡等。典型合金有Ti-8Al-1Mo-1V。
α+β钛合金 ：显微组织是α+β相，含有较多的α相稳定元素
和β相稳定元素。
第一讲：钛及钛合金金应用领域
钛及钛合金金基本知识一.钛的应用我们现在在这工作的每一个人对钛都有一个初步的认识，都知道钛是一种比重轻，耐腐蚀，耐热性好等许多优良性能，被誉为“未来金属”“二十一世纪金属”是具有发展前途的新型结构材料。
它有类是铝材的金属色泽，大家也解了一些钛材的有关知识。
咱们先从海绵钛谈起，我国的钛矿储量是世界已探明储量的64%左右，从矿石工业类型上看，我国钛资源主要是原生钒钛磁铁矿岩矿，其次是外生钛铁矿沙矿，第三是金红石岩矿，第四是金红石沙矿，我国钛精矿产能只要分布在四川攀枝花，海南，广西，攀枝花是我国最大的钛精矿供应基地，占中国市场的90%以上。
钛资源主要用来生产钛白，金属钛（海绵钛），含钛钢以及钛焊丝和涂料。
海绵钛主要是通过镁还原和钠还原（蒸馏法）二种方法，其它方法还没有工业化生产。
2008年底，中国海绵钛产量达到6万吨，居世界第一。
钛加工材2.7万吨左右，宝钛2008年钛加工材1.1万吨。
钛锭生产约5万吨。
宝钛只占1/5多。
在中国化工用钛是第一大户，占全国用钛量的44%左右，航空航天占17%左右，体育休闲领域的用钛量为16%，排行第三。
（据2007年统计）。
在美国欧洲，钛材主要用于航空航天领域，约占60%，在日本，钛材主要用于化工.电力等领域，约占50%。
而在中国，主要应用于化工.体有休闲等领域，约占70%。
国外主要钛材生产企业有美国钛金属，Timet,RTI国际金属公司，Allegheny，日本的神户制铁.住友钛和新日铁。
俄罗斯的VSMPO-AVISMA。
钛棒是怎样加工出来的，以前我们没有接触钛的时候，对钛都有一种神秘的感觉。
的确，钛是一种新兴的金属，在20世纪如果说到钛，我们无论老少很多人会感到很陌生，不要说全国，就是咱们宝鸡号称是中国钛城，知道钛的人也不是很多。
所以把钛称作稀有金属，曾经成立的中国稀有稀土集团中就有宝钛集团和遵义钛业的身影，其实钛元素在地球上并不是一个稀缺元素，在所有元素中排行老十，之所以把它排入稀有金属，主要是冶炼困难，工艺复杂，造成生产成本高，所以市场售价就高。
钛合金材料
钛合金材料《新型工程材料应用》课程论文摘要：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。
本文介绍了钛合金的合金化原理、性能特性，综述近年来国内外钛合金材料的发展应用和研发状况，对钛合金材料的发展前景进行了展望。
关键词：钛合金、合金化、特性、发展概述：钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。
99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
而钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。
合金化原理：钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α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：（1）稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、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。
（2）稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。
应用了钛合金的产品前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。
（3）对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、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。
通常规定钛中氧和氮的含量分别在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。
室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。
高强度高弹性钛合金的研究进展
高强度高弹性钛合金的研究进展肖文龙, 付 雨, 王俊帅, 赵新青, 马朝利（北京航空航天大学 材料科学与工程学院，北京 100191）摘要：钛及钛合金是航空、航天和国防武器装备等领域重要的轻质结构材料。
钛合金较低的弹性模量赋予其优良的弹性功能特性，被应用于航空航天等领域的紧固件和弹簧等元器件。
目前常用的高强钛合金弹性模量较高，不能完全满足应用需求，强度和弹性性能匹配有待进一步提高。
本文综述了高强度高弹性钛合金的发展现状以及新型合金的研发进展，从高强度高弹性钛合金的特点及存在的问题出发，提出基于电子理论的成分设计和β基体结构稳定性的组织调控方法，并简要介绍本课题组基于该方法进行的高强度高弹性钛合金的研究进展，最后展望了高强度高弹性钛合金的发展方向。
关键词：钛合金；强度；弹性；成分设计；组织调控doi ：10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000085中图分类号：TG146.2 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2020)03-0011-14钛及钛合金具有高比强度、耐腐蚀、低弹性模量、超弹性和形状记忆等特点，在航空、航天、化工、武器装备和生物医疗等领域得到了广泛的应用[1-5]。
通过合金成分设计和热-机械处理微观组织优化，钛合金的力学性能和功能特性可以在很宽的范围内调控。
与钢铁材料相比，钛合金优良的力学性能和弹性性能，使其成为紧固件和弹簧等元器件重要的结构材料，在航空航天等领域发挥着重要作用[6-9]。
然而，钛合金的高强度和功能特性往往是一对鱼和熊掌不可兼得的矛盾体，如何兼具优异的力学性能和功能特性一直是先进钛合金研发的重点。
经过数十年的发展，新型钛合金的研发取得了一定进展，钛合金的强度和弹性性能匹配有了明显提高。
本文简要回顾高强度高弹性钛合金的发展现状，介绍新型高强度高弹性钛合金成分设计和组织设计方法，并概述本课题组基于该方法开展的研究工作，对其发展趋势进行展望。
钛及钛合金的耐蚀性
耐蚀材料
11.1.1钛的物理特性
1、密度：4.5 2、熔点：1668℃ 3、导电导热性差（导热率只有铜的5%，电阻率比铜高34倍） 4、固态下有两种同素异构体：熔点为882.5℃为体心立方结构的β 相；882.5℃以下为密排六方晶格α相。
5、钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为 0.38-0.4K。
耐蚀材料
3、钛的吸氢和氢脆
（1）吸氢条件
钛是活性很大的金属，在高温（﹥300℃）含氢气氛中，在还 原性酸腐蚀等多种条件下钛会吸氢。
耐蚀材料 （2）吸氢的危害 ①如果氢的扩散很慢，氢化物会集中在钛的表面，会引起表面脆性 氢化物的剥落、使腐蚀失重明显加大。
②钛基体中的氢在应力作用下，会扩散到应力集中的部位形成氢化 物，并且形成微裂纹，最终导致开裂。
耐蚀材料 较不稳定，远比金 红石少见
锐钛矿 四方晶系
板钛矿
正交(斜方)晶系，物理性质、产出条 件和用途都与金红石相似，但不如金 红石稳定和常见。 金红石
耐蚀材料
钛的氧化物----二氧化钛（钛白），具有无毒、良好的物理化 学稳定性（1000℃煅烧后不熔于任何酸和碱）、折射指数高 （2.55～2.70），以及很强的白度、着色力、遮盖力、耐温性、抗 粉化等特征，被称为“颜料之王”。
（4）钝态不受氯离子破环。（对比铝的钝化膜）
耐蚀材料
电 流 密 度
电极电位
耐蚀材料
2、钛的表面氧化膜
（1）在大气或者水中，钛表面会自动形成氧化膜。
（2）氧化膜与基体结合力强，保护性好。
（3）氧化膜不是单一结构，随生成条件而异。 主要结构有：TiO ,TiO2 ,Ti2O3等。
耐蚀材料
11.2.3 钛在常用介质中的耐蚀性。
钛金属的主要物理性能
第2章2．1 钛的基本性质C1～8]工业纯钛钛的矿物在自然界中分布很广，处于分散状态，主要形成矿物钛铁矿Fe—TiO3、金红石TiO2及钒钛铁矿等，约占地壳重的0．6％，在金属世界里排行第7，含钛的矿物多达70多种，在海水中含量是1Ug／L，在海底结核中也含有大量的钛。
钛的基本性质主要包括以下几个方面。
2．1．1 物理性质纯净的钛是银白色金属，具有银灰色光泽。
钛属难熔金属，原子序数为22，。
相对原子质量为47．90，位于周期表ⅣB族。
钛有两种同素异构体，。
—Ti在882'C以下稳定，为密排六方晶格(hcp)结构；p—Ti在882~C与熔点1678~C之间稳定存在，具有体心立方晶格(bbc) 结构。
在882~C发生。
一p转变。
—Ti的点阵常数(20'C)为a＝0．2950nm，‘＝0．4683nm，‘／o/=1.587；p—Ti的点阵常数为o=0.3282nm(20℃)或o= 0.3306nm(900~C)。
钛的密度为4．51g／cm3，只相当于钢的57％，属轻金属。
钛的熔点较高，导电性差，热导率和线膨胀系数均较低，钛的热导率只有铁的1／4，是铜的1／7。
钛无磁性，在很强的磁场下也不会磁化，用钛制人造骨和关节植入人体内不会受雷雨天气的影响。
当温度低于0.49K时，钛呈现超导电性，经合金化后，超导温度可提高到9～10K，钛的基本物理性能数据列于表2—1。
┌───────────────┬────────┐│名称│数值│├───────────────┼────────┤│相对原子质量│47．9 │├───────────────┼────────┤│原子半径／nm │0．145 │├───────────────┼────────┤│e—Ti-~-Ti相变潜热／(kJ／mo1) │3．47 │└───────────────┴────────┘比密度续表2．1，2 力学性能室温下纯钛的晶体结构为密排六方结构，其点阵长短轴比c／aGl．633，室温变形时主要以<1010}<1210>柱面滑移为主，并常诱发孪生[9]；钛同时兼有钢(强度高)和铝(质地轻)的优点。
耐高温金属材料有哪些
耐高温金属材料有哪些耐高温金属材料是指在高温环境下能够保持良好性能的金属材料，通常用于航空航天、能源、化工等领域。
这些材料能够在高温下保持其强度、硬度和耐腐蚀性能，具有重要的应用价值。
下面将介绍一些常见的耐高温金属材料。
第一种耐高温金属材料是镍基合金。
镍基合金是一种重要的高温结构材料，具有良好的耐腐蚀性能和高温强度，常用于航空发动机、化工设备等领域。
镍基合金具有优异的高温强度和抗氧化性能，能够在高温下保持稳定的性能。
第二种耐高温金属材料是钼合金。
钼合金具有优异的高温强度和热膨胀性能，常用于制造高温零部件和高温工具。
钼合金在高温下能够保持其强度和硬度，具有良好的耐热性能。
第三种耐高温金属材料是钛合金。
钛合金具有良好的耐腐蚀性能和高温强度，常用于航空航天领域。
钛合金具有较低的密度和良好的耐热性能，能够在高温下保持其强度和刚性。
第四种耐高温金属材料是铬合金。
铬合金具有良好的耐高温性能和抗氧化性能，常用于制造高温零部件和高温工具。
铬合金在高温下能够保持其强度和硬度，具有优异的高温稳定性。
第五种耐高温金属材料是钨合金。
钨合金具有极高的熔点和优异的高温强度，常用于制造高温工具和高温零部件。
钨合金在高温下能够保持其硬度和耐热性能，具有良好的高温稳定性。
总的来说，耐高温金属材料包括镍基合金、钼合金、钛合金、铬合金和钨合金等多种材料，它们在高温环境下能够保持良好的性能，具有重要的应用价值。
随着科学技术的不断发展，对耐高温金属材料的需求也在不断增加，相信在未来会有更多新型耐高温金属材料的出现，为各个领域的高温应用提供更好的解决方案。
航空材料钛及钛合金的特性及发展趋势
1所示。
图1不同元素对相变温度的影响[3]钛密度为4.5g/cm3，属于轻金属，熔点为1669℃，化学活性大，容易与空气中的氧发生反应生成致密的氧化膜，阻止进一步氧化，高温时，反应剧烈，氧化膜脱落会加速反应速度，所以，在钛合金的制备过程中，真空或气体保护是非常必要的。
钛合金作为应用广泛的结构材料，比铝、钢强度高，而且在海水中有较好的抗腐蚀和耐低温的性能。
目前，飞图2α-Ti和β-Ti晶胞结构（a）α-Ti（b）β-Ti钛合金组织有α型、α+β型、β型三种结构，对应的符号为TA、TC、TB。
2.1α型钛合金α钛合金是单相合金，其组织是α相固溶体，符号用表示。
合金的主要元素为中性元素或α稳定元素，Al、Sn、Zr等，基本不含β稳定元素。
工业纯钛，组织均α相，属于典型的α型钛合金。
α型钛合金的抗氧化能力和切削加工性能良好，其强度和蠕变抗力在500~600℃范围内仍可维持，缺点是无法实行热处理工艺进行强化，室温的强度相对较低，退火后的强度变化量很小或基本无变化。
———————————————————————作者简介:黄文君（1990-），女，河南许昌人，助教，硕士，研究方向为机械工程材料。
抗缺口敏感性，缺点是断裂韧性，蠕变性能相对较差。
图3钛合金典型的显微组织[9]（b ）双态组织（d ）等轴组织（a ）魏氏组织（b ）网篮组织4展望随着科技的进步和现代工业的发展，钛合金在军工和民用领域的应用也越来越广泛，在汽车行业，钛合金的应用不仅能减重，更能满足环保的要求，未来航空航天和推力系统需要钛合金材料具有更小的密度，更高的强度、工作温度和弹性模量，对材料性能的要求也逐渐提高，高强度、高硬度、高耐热性的材料越来越受各领域的青睐，优质轻型金属材料的钛合金必将代替部分传统的材料，既减轻质量，又降低成本，达到降低能源消耗的目的，因此高性能钛合金的研究已成为重要的发展方向，相信随着发展的需要，钛合金在我国的市场前景会越来越好。
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1 ．对于α+β两相钛合金，可采用下述热处理方法强化 _______ 。 a ．再结晶退火 b ．淬火回火 c ．淬火时效 d ．上述方法都不能强化 2.根据退火组织，钛合金分为哪三类？ 3.Ti6Al4V属于哪一类钛合金？合金中Al和V对组织各有何作用？ 4.为什么在几乎所有的钛合金中，均有一定含量的合金元素铝？ 为什么铝的加入量都控制在6-7%以下？ 5.为什么国内外目前应用最广泛的钛合金是Ti-Al-V系的Ti-6Al4V即TC4合金？ 6.简述铝和锡在α钛合金中的作用。α稳定型合金是钛与哪些元素 形成的合金？
特 点
2016/6/13
3、 过冷(残余）βr 的形成
合金元素浓度较高，马氏体转变温度低于室温， β被 冻结，形成βr，成为β钛合金。 β为体心立方，具有较好的塑性，冷加工性能与纯钛 相近。 β钛合金的合金元素量较大，固溶强化效果大；加工 硬化性高；时效强化（析出α相强化）高。 β钛合金固溶后强度：750-950MPa，时效后强度 1000-1700MPa。 β 相中原子扩散系数大，加热温度超过β 相变点时，出现粗大
可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热强性、
耐蚀性和低温韧性。
2016/6/13
钛 合 金 列 管 式 换 热 器
+型钛合金共有九个牌
号，其中以 TC4(Ti6Al4V)应用最广、
用量最大，占市场55％。
其经过淬火加时效处理后， 组织为++时效析出的
针状。
2016/6/13
2016/6/13
7.说明下列符号的物理意义 TA7；TC4；TB2； 8.根据钛合金在退火状态的相组成可分 为 ， ， 型钛合金，分别以 , , 表示。 9.钛合金淬火时会得到 ， 组织。 10. 钛合金是发展高强钛合金潜力最大的合 金。
2016/6/13
测试题
1．下列是什么钢种？使用状态组织？ 20Cr 1Cr25Ti 40CrMo 14MnVTiRe W18Cr4V 4Cr13 1Cr18Ni12Mo2Ti 12Cr1MoV 9Mn2V 65Mn
2016/6/13
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
应 用 特 点
2、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
2016/6/13
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。
3、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。 强韧性优于α+β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
晶粒，产生“β 脆性”
2016/6/13
4、亚稳定相的分解
淬火形成的α′、α″、ω和 βr相都是不稳定的
最终产物 都是平衡 α+β相
β共析 型的
分解产物是 α+TixMy（γ）化合物
各种亚 稳相分 解过程
2016/6/13
（1）过冷βr相分解 ; （2）马氏体分解，钛合金α′、α″在300 ~ 400℃发生快速分解，在400~500℃回火时 →弥散度高的α+β相混合物，弥散强化。 （3）ω相的分解。
2016/6/13
二、钛合金特点
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
各 类 合 金 特 点
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
钛合金M是置换型过饱和固溶体，与钢间隙式M不同
2016/6/13
2、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。
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与钛相差较小的合金， ω相是椭圆形，Δr相差较大时为立方体形 ω相硬而脆，虽↑↑强度、硬度和弹性模量， 但塑性急剧↓。一般情况下,ω相是有害组织，在 热处理时都要避开它的形成区间。加A1能抑制ω 相的形成 → 大多数工业用钛合金都含有A1
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
2016/6/13
主要合金元素有A1、Zr、V 、Mo、Mn、Cr等
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、Fe、Cr、 Cu、Si、 Ni、 Ag等。 4） α 和β 全溶型相图，如 Zr、Ha等。
图11.4Ti-Al二元合金相图钛端
2016/6/13
型钛合金主要用于制造500℃以 下工作的零件，如飞机压气机叶片、 导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮 机匣及飞船上的高压低温容器等。
-Ti合金组织 钛合金卫星框架 钛合金液下泵
2016/6/13
11.2.2. +型钛合金
加入的合金元素有铝、钒、 钼 、铬等。
2.说明下列钢号括号内合金元素的主要作用。
低碳珠光体钢12Cr1MoV(Cr) 调质钢40CrNiMo(Mo) 铁素体不锈钢1Cr25(Cr) 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti(Ti) 热作模具钢3Cr2W8V(V) 弹簧钢60Si2Mn(Mn) 马氏体不锈钢9Cr18(Cr) 低合金工具钢9SiCr(Si、Cr) 渗碳钢 20CrMn(Mn) 普低钢 10MnPNbRe（Re）
2016/6/13
钛合金泵
型钛合金属于密排六方结
构，较高的强度和良好的韧 性，对高温氧污染有较强的 抗力，但成形性能较差。
常用牌号有TA5、TA7 等。典型的钛合金TA7
（Ti-5Al-2.5Sn），市场占 有20％，组织稳定、焊接性 好，比强度是铝和钢的两倍， 用作飞机蒙皮和模锻件。 Al、Sn可使再结晶温度和同 素异构转变温度升高。
2016/6/13
小
结
钛合金是20世纪出现的一种新型结构材料。它具有密度 小、强度高、耐高温和耐腐蚀等特点，且资源丰富，已成 为航天、化工等部门广泛应用的材料 α钛合金塑性差，且不能热处理强化. β钛合金主加元素是Cr、Mo、V等元素及少量铝。主 要是时效硬化，因其明显的缺点，应用受到一定的限制 α+β钛合金是目前最重要的钛合金。同时加入α稳定 元素和β稳定元素，使α和β同时得到强化。力学性能变 化范围较宽，可以适应各种用途，约占航空工业使用的钛 合金70％以上。
性能 特点 与应 用
2016/6/13
11.1.2钛合金的相变
C0
tk
2016/6/13
1、马氏体转变 β相(bcc) → α′六方马氏体(hcp)； → α″斜方马氏体。
基 本 概 念
Ck ： Ms↓β相不发生M转变的合金浓度 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。
美F-22战机约36%重量的零 件用钛合金制造
合金可热处理。
2016/6/13
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
2016/6/13
11.1.1钛的基本性质与合金化
①有同素异构转变。 β，bcc| 882℃| α ，hcp ②比强度高。ρ=4.51g/cm3，可保持到550～600℃
应用程度: α+β合金 > α合金 > β钛合金
2016/6/13
1、α钛合金(Al/Sn)
主要Me是Al和Sn，固溶强化:+1%Me，强度↑35~70MPa Al 作 用 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）
钛合金管
钛合金有TB2、 TB3、TB4三个牌 号。 主要用于350℃以 下工作的结构件和 紧固件，如飞机压 气机叶片、轴、弹 簧、轮盘等。
钛离心泵
钛合金棒
2016/6/13
β钛合金眼镜架
11.3 钛及钛合金的发展与应用
1、钛合金生产工艺 冶炼技术：电子束重熔技术，真空冶炼等 2、钛合金的新发展 宇航工业 ：AlloyC是一个新型高温钛合金，使用温度 高达650℃ ，用于制造发动机的排气管； 船舶工业 ：深海潜水调查船的耐压壳体。近α钛合金 Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo和α+β钛合金TC4； 民品工业 :电磁烹调器具 、网球球拍、高尔夫球头 ； 汽车工业 :进、排气阀，目前仅用于赛车和运动汽车； 化学工业 :反应器、热交换器、吸收塔、冷却器等； 医疗领域 :骨骼整补等嵌入材料 。