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钛合金介绍 PPT课件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
钛合▪金自高热温β处相稳理定基区冷础却下来， β相发生分解。
▪当转变温度T3时，转变终了得α+β相。 ▪当转变温度T2时，先是β→β+ω，此时ω为介 稳定相，再进一步转变为β+ω→ β+α+ω→β+α。
▪当转变温度为T1时，发生β→β+ω相变。 ▪三种情况下相应的硬度变化见图。ω相均匀细 小，析出明显强化合金，但一般同时引起严重 脆性。因此，ω相沉淀硬化是难以接受的。
钛合金的强韧化基础－α+β钛合金
2. α+β钛合金
➢Ti-6Al-4V是应用最广泛的α+β钛合金，其强度特性可通过控制α、 β二相的相对含量及金相形态而变化。退火态合金拉伸强度约 900MPa，而固溶时效态可以获得1200MPa。一般说来通过组织细 化和β相变控制，可以获得高强度。首先经α+β两相区热加工后控 制固溶处理，得到细而均匀分布的一次α相，再时效得到在前β相 区析出细的二次α相质点。细的等轴α结构还具有较高的塑性、疲 劳裂纹形成阻力和高温低周疲劳强度。
仍保持良好的塑性及韧性)
➢耐腐蚀性能(钝化层（TiO2）,纳米尺度，室温下长大极慢) ➢吸气性能（储气、干燥）
纯钛特点
纯钛：一种银白色的金属
特点：
是很活泼的元素。
有很好的钝化性能，钝化膜很稳定，在许多环境中表现出 很好的耐蚀性。有“耐海水腐蚀之王”之称。
高温下，钛的化学活性很高，能与卤素、氧、氮、碳、硫 等元素发生剧烈反应。
▪再增加冷速，可以不发生相变得到室温介稳的 β相，或者得到β→α马氏体相变，得到α马氏体 相（当β稳定剂小于临界浓度时）；在随后的 时效时，马氏体又可以分解析出细小β相。
钛合▪金自高热温β处相稳理定基区冷础却下来， β相发生分解。
▪当转变温度T3时，转变终了得α+β相。 ▪当转变温度T2时，先是β→β+ω，此时ω为介 稳定相，再进一步转变为β+ω→ β+α+ω→β+α。
▪当转变温度为T1时，发生β→β+ω相变。 ▪三种情况下相应的硬度变化见图。ω相均匀细 小，析出明显强化合金，但一般同时引起严重 脆性。因此，ω相沉淀硬化是难以接受的。
钛合金的强韧化基础－α+β钛合金
2. α+β钛合金
➢Ti-6Al-4V是应用最广泛的α+β钛合金，其强度特性可通过控制α、 β二相的相对含量及金相形态而变化。退火态合金拉伸强度约 900MPa，而固溶时效态可以获得1200MPa。一般说来通过组织细 化和β相变控制，可以获得高强度。首先经α+β两相区热加工后控 制固溶处理，得到细而均匀分布的一次α相，再时效得到在前β相 区析出细的二次α相质点。细的等轴α结构还具有较高的塑性、疲 劳裂纹形成阻力和高温低周疲劳强度。
仍保持良好的塑性及韧性)
➢耐腐蚀性能(钝化层（TiO2）,纳米尺度，室温下长大极慢) ➢吸气性能（储气、干燥）
纯钛特点
纯钛：一种银白色的金属
特点：
是很活泼的元素。
有很好的钝化性能，钝化膜很稳定，在许多环境中表现出 很好的耐蚀性。有“耐海水腐蚀之王”之称。
高温下，钛的化学活性很高，能与卤素、氧、氮、碳、硫 等元素发生剧烈反应。
▪再增加冷速，可以不发生相变得到室温介稳的 β相，或者得到β→α马氏体相变，得到α马氏体 相（当β稳定剂小于临界浓度时）；在随后的 时效时，马氏体又可以分解析出细小β相。
钛及钛合金组织特征PPT课件
金相明场 250×; 金相偏光 250×; 电镜明场 5000×
TA1,退火+ 焊接;焊缝区:片状α +原始β晶 界（晶内有孪晶）
浸蚀剂--氢氟酸:硝酸:水=1:1:3;
金相明场 250×; 金相偏光 250×; 电镜明场 5000×
2.2 TA7,典型组织介绍 TA7,1040℃/30分,水淬;针状α + 原始β晶界
等轴α +晶间β
等轴+针状 α +晶间β 等轴α +针状 α( 转变态β)
少量等轴α +针状 α+ β( 转变态β)
片状α( 转变态β)+ β 初 片状α( 转变态β)+ β +
生β晶界α24
初0℃
Ti-6Al-V合金的相转变图，MS:马氏体转 变 开 始 温 度 。 以 及 Ti-6Al-4V 合 金 从
TC4,1020℃/1hr 水淬;马氏体α’+原始β晶界
浸蚀剂----
氢氟酸:硝酸:水=1:6:193;
金相明场 金相相衬 电镜明场
250×; 250×; 5 0 0 0 ×;
TC4,1020℃/1hr,AC;针状α + 原始β晶界
TC4钛合金,1020℃/1hr 经空冷,针状+原始晶界. 金相明场 250×;相衬 250×;电镜明场 5000×. 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:6:193
好
差
较快 慢 慢 最快
疲劳性能
低周 高周
较差
较好
高于 双态 高于 等轴
差
好 高于 等轴
好
差
差
52
金相明场 250×; 金相偏光 250×; 电镜明场 5000×
TA1,退火+ 焊接;焊缝区:片状α +原始β晶 界（晶内有孪晶）
浸蚀剂--氢氟酸:硝酸:水=1:1:3;
金相明场 250×; 金相偏光 250×; 电镜明场 5000×
2.2 TA7,典型组织介绍 TA7,1040℃/30分,水淬;针状α + 原始β晶界
等轴α +晶间β
等轴+针状 α +晶间β 等轴α +针状 α( 转变态β)
少量等轴α +针状 α+ β( 转变态β)
片状α( 转变态β)+ β 初 片状α( 转变态β)+ β +
生β晶界α24
初0℃
Ti-6Al-V合金的相转变图，MS:马氏体转 变 开 始 温 度 。 以 及 Ti-6Al-4V 合 金 从
TC4,1020℃/1hr 水淬;马氏体α’+原始β晶界
浸蚀剂----
氢氟酸:硝酸:水=1:6:193;
金相明场 金相相衬 电镜明场
250×; 250×; 5 0 0 0 ×;
TC4,1020℃/1hr,AC;针状α + 原始β晶界
TC4钛合金,1020℃/1hr 经空冷,针状+原始晶界. 金相明场 250×;相衬 250×;电镜明场 5000×. 浸蚀剂:氢氟酸:硝酸:水 =1:6:193
好
差
较快 慢 慢 最快
疲劳性能
低周 高周
较差
较好
高于 双态 高于 等轴
差
好 高于 等轴
好
差
差
52
金相明场 250×; 金相偏光 250×; 电镜明场 5000×
钛合金简介介绍
铸造
熔炼
轧制
通过轧机对钛合金进行塑性加工，使其变形并获得所需的形状和尺寸。轧制工艺可以生产出薄板、厚板、棒材和管材等。
锻造
锻造是将钛合金加热至高温，然后通过模具进行塑性变形，以制造出复杂的形状和结构。锻造工艺可以提高钛合金的机械性能和疲劳寿命。
钛合金的焊接可以采用钨极氩弧焊、激光焊、电子束焊等多种方法。焊接过程中应严格控制热输入和保护气体，以防止金属过热和氧化。
尽管钛合金具有许多优良的性能和应用前景，但由于其市场认知度较低，很多企业和消费者对其了解不足。这限制了钛合金在市场上的推广和应用。
为了提高市场认知度，需要加强宣传和推广工作，例如通过举办展览、开展科普活动等方式，向公众普及钛合金的知识和优势。同时，政府和企业也可以通过政策支持和合作项目，推动钛合金在各领域的应用和发展。
钛合金的耐腐蚀性和环保性可以减少对环境的污染和破坏，有利于保护环境。
环境保护
钛合金的挑战与问题
05
由于钛合金的原材料成本较高，且生产过程中需要经过复杂的工艺流程，因此其生产成本相对较高。这限制了钛合金在某些领域的应用，如大规模制造和日常消费品生产。
为了降低成本，一些研究者和企业正在探索新的生产工艺和材料替代方案，例如利用钛废料进行再加工、开发低成本钛合金等。
表面处理的应用
钛合金的发展趋势和未来展望
04
钛合金具有高强度和低密度的特点，能够广泛应用于航空、航天、医疗等领域。
高强度
耐腐蚀性
加工性能
钛合金具有优异的耐腐蚀性能，能够在海洋、化工等领域发挥重要作用。
钛合金的加工性能优异，可以通过各种加工技术制成各种复杂形状和结构。
03
02
01
钛合金可以回收再利用，减少对环境的污染和资源浪费。
熔炼
轧制
通过轧机对钛合金进行塑性加工，使其变形并获得所需的形状和尺寸。轧制工艺可以生产出薄板、厚板、棒材和管材等。
锻造
锻造是将钛合金加热至高温，然后通过模具进行塑性变形，以制造出复杂的形状和结构。锻造工艺可以提高钛合金的机械性能和疲劳寿命。
钛合金的焊接可以采用钨极氩弧焊、激光焊、电子束焊等多种方法。焊接过程中应严格控制热输入和保护气体，以防止金属过热和氧化。
尽管钛合金具有许多优良的性能和应用前景，但由于其市场认知度较低，很多企业和消费者对其了解不足。这限制了钛合金在市场上的推广和应用。
为了提高市场认知度，需要加强宣传和推广工作，例如通过举办展览、开展科普活动等方式，向公众普及钛合金的知识和优势。同时，政府和企业也可以通过政策支持和合作项目，推动钛合金在各领域的应用和发展。
钛合金的耐腐蚀性和环保性可以减少对环境的污染和破坏，有利于保护环境。
环境保护
钛合金的挑战与问题
05
由于钛合金的原材料成本较高，且生产过程中需要经过复杂的工艺流程，因此其生产成本相对较高。这限制了钛合金在某些领域的应用，如大规模制造和日常消费品生产。
为了降低成本，一些研究者和企业正在探索新的生产工艺和材料替代方案，例如利用钛废料进行再加工、开发低成本钛合金等。
表面处理的应用
钛合金的发展趋势和未来展望
04
钛合金具有高强度和低密度的特点，能够广泛应用于航空、航天、医疗等领域。
高强度
耐腐蚀性
加工性能
钛合金具有优异的耐腐蚀性能，能够在海洋、化工等领域发挥重要作用。
钛合金的加工性能优异，可以通过各种加工技术制成各种复杂形状和结构。
03
02
01
钛合金可以回收再利用，减少对环境的污染和资源浪费。
钛和钛合金的介绍
钛和钛合金的介绍
钛，是一种金属元素，它的化学符号是Ti，原子序数是17。
它和其他金属元素相比，既不能像铁那样形成金属间化合物（如TiC），也不能像钛那样形成氧化物（如TiO）。
因此，钛在工业
上被广泛用于制造火箭的推进系统、化工设备、飞机发动机、医
疗器械和军事上的防辐射设备等。
钛合金是一种比强度很高的材料，在航空航天领域中应用广泛。
它是一种比较难熔的金属，熔点和沸点都很低，在空气中不
易氧化。
钛合金的强度很高，比强度一般在35以上。
但它的延
展性和耐热性差，受高温作用容易被氧化而失去强度。
钛合金分为两大类：一类是普通钛合金；另一类是超低钛合
金（一般为Ti-6Al-4V）。
普通钛合金是由钛、铜、铝等元素组成的铁基和铝基合金。
超低钛合金由钛、镍、铁和铜组成。
目前，
美国已将镍和铁等元素掺入超低钛合金中，提高了超低钛合金的
强度和韧性。
钛及钛合金在常温下具有很好的强度和韧性，但在高温下强
度和韧性急剧下降。
—— 1 —1 —。
钛合金介绍PPT课件
魏氏组织α片结构的断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展性都很好， 而等轴α 相结构的低周疲劳性能和拉伸强度较高。
30
2019/10/24 31
32
魏氏组织α 片结构的断裂韧性与屈服强度的关系
33
α 稳定元素和间隙元素的固溶强化
间隙元素的硬化能力比α 稳定元素大，源于形成强的 局部定向电子结合键。
34
β稳定元素的钛固溶强化作用
α +β 型钛合金的退火组织为α +β ，以TC加顺序号表示其合金
的牌号。 合金同时含有β 相稳定元素和α 相稳定元素。组织以α 相为主，β 相的数量通常不超过30%。 合金可通过淬火及时效进行强化，多在退火状态下使用。α+β 型钛合金的室温强度和塑性高于α 型钛合金，生产工艺比较简单， 通过改变成分和选择热处理制度又能在很宽的范围内改变合金的 性能，应用比较广泛，尤以TC4用途最广，用量最多。
（1）产生β相共析分解的元素，如铬、钴、锰、钨、铁、镍、
铜、银、金、钯、铂等。随温度降低， β相会发生共析分解， 析出α相及金属间化合物相。铜、硅等合金化时，共析转变快， 析出TiCu2，Ti5Si3。而铁、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，保留一些残余 的β相。当快速冷却时，共析反应可以被完全抑制，过冷β相可 保留到室温，而不产生相变。
25
气体杂质元素的作用
氢：稳定β相元素。
在335℃下，氢在α -Ti的溶解度为0.18%，并随温度降低而迅速 下降。故α相钛合金很容易发生氢脆，脆化原因是生成TiH2氢化物， 一般纯α-Ti的冲击韧性αK≈180J/cm2，当w(H)=0.015%时， αK 降至30J/cm2。因此，具有α 及α ＋β 组织的钛合金要求含氢量低， 一般采用真空冶炼，使含氢量较低。
30
2019/10/24 31
32
魏氏组织α 片结构的断裂韧性与屈服强度的关系
33
α 稳定元素和间隙元素的固溶强化
间隙元素的硬化能力比α 稳定元素大，源于形成强的 局部定向电子结合键。
34
β稳定元素的钛固溶强化作用
α +β 型钛合金的退火组织为α +β ，以TC加顺序号表示其合金
的牌号。 合金同时含有β 相稳定元素和α 相稳定元素。组织以α 相为主，β 相的数量通常不超过30%。 合金可通过淬火及时效进行强化，多在退火状态下使用。α+β 型钛合金的室温强度和塑性高于α 型钛合金，生产工艺比较简单， 通过改变成分和选择热处理制度又能在很宽的范围内改变合金的 性能，应用比较广泛，尤以TC4用途最广，用量最多。
（1）产生β相共析分解的元素，如铬、钴、锰、钨、铁、镍、
铜、银、金、钯、铂等。随温度降低， β相会发生共析分解， 析出α相及金属间化合物相。铜、硅等合金化时，共析转变快， 析出TiCu2，Ti5Si3。而铁、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，保留一些残余 的β相。当快速冷却时，共析反应可以被完全抑制，过冷β相可 保留到室温，而不产生相变。
25
气体杂质元素的作用
氢：稳定β相元素。
在335℃下，氢在α -Ti的溶解度为0.18%，并随温度降低而迅速 下降。故α相钛合金很容易发生氢脆，脆化原因是生成TiH2氢化物， 一般纯α-Ti的冲击韧性αK≈180J/cm2，当w(H)=0.015%时， αK 降至30J/cm2。因此，具有α 及α ＋β 组织的钛合金要求含氢量低， 一般采用真空冶炼，使含氢量较低。
金属结构材料-钛合金
他分析了英格兰Cornwall地区Menachan山谷Helford河中 的磁性矿砂，并分离出了“黑色矿砂”，即现在的钛铁 矿。他利用磁铁除去其中的铁，再用盐酸处理剩余物， 得到了一种不太纯的新元素的氧化物—TiO2。 1795年，德国柏林化学家Martin Heinrich Klaproth独立地 从匈牙利产的矿石（即现在的金红石）中分解出了氧化钛， 并根据希腊神话中Uranos和Gaia的孩子们的名字——Titans 为其重新命名。 Titans 当时曾遭到父亲的极端憎恨，被监禁 在地壳中，其情形与从矿石中难以提炼出来这种新元素类似， 因此，他将该元素命名为Titanium。
先进金属结构材料
—— 钛及钛合金
Titanium and Titanium Alloy
主要内容
第一部分 简介 第二部分 基本问题 第三部分 制备工艺 第四部分 商业纯钛与α钛合金 第五部分 α+β钛合金 第六部分 高温钛合金 第七部分 β钛合金
第一部分 简介
简介
1791年，英国牧师业余矿物学家William Gregory发现了一 种新元素:
简介
一百多年以后，1910年纽约Troy区Rensselaer Polytechnic Institute 的Matthew Albert Hunter 通过加热放在钢弹容器中 TiCl4和Na的混合物制取了金属钛。 最终卢森堡化学家Wilhelm justin Kroll 于1932年用TiCl4和 Ca制取了大量的钛，他被称为钛工业之父。 第二次世界大战初期，他到美国避难并在美国矿务局证明 了用Ca取代Mg作为还原剂还原TiCl4可以商业化地提炼钛。直 至今日，该方法仍然是应用最广泛的工艺，被称为“Kroll工 艺”。 第二次世界大战后，钛基合金很快称为航空发动机的关键 材料。1948年杜邦公司首先开始商业化生产金属钛。
先进金属结构材料
—— 钛及钛合金
Titanium and Titanium Alloy
主要内容
第一部分 简介 第二部分 基本问题 第三部分 制备工艺 第四部分 商业纯钛与α钛合金 第五部分 α+β钛合金 第六部分 高温钛合金 第七部分 β钛合金
第一部分 简介
简介
1791年，英国牧师业余矿物学家William Gregory发现了一 种新元素:
简介
一百多年以后，1910年纽约Troy区Rensselaer Polytechnic Institute 的Matthew Albert Hunter 通过加热放在钢弹容器中 TiCl4和Na的混合物制取了金属钛。 最终卢森堡化学家Wilhelm justin Kroll 于1932年用TiCl4和 Ca制取了大量的钛，他被称为钛工业之父。 第二次世界大战初期，他到美国避难并在美国矿务局证明 了用Ca取代Mg作为还原剂还原TiCl4可以商业化地提炼钛。直 至今日，该方法仍然是应用最广泛的工艺，被称为“Kroll工 艺”。 第二次世界大战后，钛基合金很快称为航空发动机的关键 材料。1948年杜邦公司首先开始商业化生产金属钛。
第六章 钛及其合金
Mo的强化效果比V高。 （Mo的密度10.22）
（三）中性元素
在α和β中均有很大溶解度， 对αβ温度影响不大。
主要有 Sn.Zr.Hf(铪) 作用“固溶强化” Zr的密度（6.5），Hf的密度（13.28）
钛合金的合金化原则 目前钛的合金化发展趋势是向高成分、多元合金方 向发展。 主要是多元固溶强化，有时配合时效弥散强化。
β稳定元素更少时，Ms高，马氏体是块状，电镜下呈条状 β稳定元素稍多时，Ms稍低，形成针状组织
当β稳定元素多时（晶格转变阻力较大）
β α ״斜方马氏体
原子短程移动，切变距离更小些， （马氏体针更细）
值得注意的是：
钛合金的马氏体不像钢的马氏体那样能强烈提 高合金的强度和硬度。
钛合金中的马氏体（ α） ׳的硬度只稍高于α固 溶体的硬度，对合金只有较小的强化作用。
亚稳定βr的分解： 加热温度低时，合金元素发生偏聚（形成无数 溶质贫化的显微区及其相邻的溶质原子富化的显 微区）。然后β贫化区（ β稳定元素贫化）析出W α或α′相，并分解为平衡的α + β 。
第四节 钛合金的分类与牌号
钛合金按退火组织可分为α、 α +β、β三大类。
分别在钛字的拼音字母“T”后附以A.B.C和数字加以区别
钛的化学性质很活泼
液体钛几乎同二氧化钍即ThO2以外的所有坩埚材料起反应， 因此只能用真空自耗电弧炉进行熔炼和铸造。
在550℃以下的空气中，抗氧化
表面形成致密氧化膜，与基体结合紧密防止基体继续氧化， 起到良好的保护作用。
在550℃以上的空气中，不抗氧化
氧能迅速透过氧化膜继续氧化，
因此钛的工作温度不能超过550℃
临界浓度Ck和临界温度Tc（亚稳定β ）
（三）中性元素
在α和β中均有很大溶解度， 对αβ温度影响不大。
主要有 Sn.Zr.Hf(铪) 作用“固溶强化” Zr的密度（6.5），Hf的密度（13.28）
钛合金的合金化原则 目前钛的合金化发展趋势是向高成分、多元合金方 向发展。 主要是多元固溶强化，有时配合时效弥散强化。
β稳定元素更少时，Ms高，马氏体是块状，电镜下呈条状 β稳定元素稍多时，Ms稍低，形成针状组织
当β稳定元素多时（晶格转变阻力较大）
β α ״斜方马氏体
原子短程移动，切变距离更小些， （马氏体针更细）
值得注意的是：
钛合金的马氏体不像钢的马氏体那样能强烈提 高合金的强度和硬度。
钛合金中的马氏体（ α） ׳的硬度只稍高于α固 溶体的硬度，对合金只有较小的强化作用。
亚稳定βr的分解： 加热温度低时，合金元素发生偏聚（形成无数 溶质贫化的显微区及其相邻的溶质原子富化的显 微区）。然后β贫化区（ β稳定元素贫化）析出W α或α′相，并分解为平衡的α + β 。
第四节 钛合金的分类与牌号
钛合金按退火组织可分为α、 α +β、β三大类。
分别在钛字的拼音字母“T”后附以A.B.C和数字加以区别
钛的化学性质很活泼
液体钛几乎同二氧化钍即ThO2以外的所有坩埚材料起反应， 因此只能用真空自耗电弧炉进行熔炼和铸造。
在550℃以下的空气中，抗氧化
表面形成致密氧化膜，与基体结合紧密防止基体继续氧化， 起到良好的保护作用。
在550℃以上的空气中，不抗氧化
氧能迅速透过氧化膜继续氧化，
因此钛的工作温度不能超过550℃
临界浓度Ck和临界温度Tc（亚稳定β ）
《钛及钛合金》课件
1
钛合金材料的开发
近年来，随着人们对材料性能和应用领域的不断深入研究和探索，钛合金材料的 开发将会更加高效和精准。
2
制备工艺的优化
随着制造技术的不断进步，钛及钛合金的制备工艺和生产成本也会不断优化和降 低。
3
应用领域的扩大
除了传统的航空、医疗等领域，钛及钛合金材料还有更多的应用潜力和发展空间， 如军事、能源等领域。
《钛及钛合金》PPT课件
钛及钛合金是一种具有广泛应用前景的材料，在航空航天、医疗器械、3D打 印等领域得到了广泛的应用。
钛元素的特点
基本性质
钛是一种具有低密度、高强度、优异的耐腐蚀性和生物相容性的金属元素，是制造高科技产 品和高质量钢材的重要原材料。
生产工艺
钛元素的主要生产工艺包括克鲁塞法法等，随着工艺的不断升级发展，钛元素的生产成本逐 渐降低，材料性能也得到了进一步提升。
应用
钛元素广泛用于航空航天、医疗器械、军事等重要领域，市场需求不断扩大。
钛合金的特点
优异性能
钛合金具有高强度、低密度、优 异的耐腐蚀性和生物相容性，并 且还具有良好的机械性能和热处 理性能。
应用领域广泛
外观颜值高
钛合金广泛应用于汽车、自行车、 运动器材、医疗器械等领域，同 时还作为高端航空发动机、航空 器结构材料广泛使用。
钛合金不仅具有出色的物理性能， 而且具有独特的金属质感和光泽 度，非常适合用于制作高档手表 等工艺品。
钛及钛合金的缺点
1 昂贵
钛及钛合金价格较高，制造成本较高
Байду номын сангаас
2 制造难度大
钛及钛合金的制造难度比较大，需要采用特 殊的加工方法和工艺流程。
钛及钛合金的应用领域
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材料科学前沿
钛及钛合金
Titanium and Titanium Alloy
内容提要
一、 简介 二、纯钛 三、钛合金物理冶金基础
四、钛合金的发展与应用
一 、 简介
简介
1791年，英国牧师格累高尔发现了一种新元素。 1795年，法国化学家克拉普罗特以日耳曼神话中 女神坦的名字为它命名“Titanium”，译成中文就 是“钛”。从此，钛便进入了科学家的实验室。
仍保持良好的塑性及韧性)
➢耐腐蚀性(钝化层（TiO2）,纳米尺度，室温下长大极慢) ➢吸气性能（储气、干燥）
纯钛特点
纯钛：一种银白色的金属
特点：
是很活泼的元素。
有很好的钝化性能，钝化膜很稳定，在许多环境中表现出 很好的耐蚀性。有“耐海水腐蚀之王”之称。
高温下，钛的化学活性很高，能与卤素、氧、氮、碳、硫 等元素发生剧烈反应。
α+β型钛合金的退火组织为α+β，以TC加顺序号表示其合金
的牌号。 合金同时含有β相稳定元素和α相稳定元素。组织以α相为主，β 相的数量通常不超过30%。 合金可通过淬火及时效进行强化，多在退火状态下使用。α+β型 钛合金的室温强度和塑性高于α型钛合金，生产工艺比较简单，通 过改变成分和选择热处理制度又能在很宽的范围内改变合金的性 能，应用比较广泛，尤以TC4用途最广，用量最多。
钛合金的分类
β型钛合金: 合金加入了大量的多组元β相稳定元素，同时还
加入α相稳定元素Al。应用的β型钛合金主要为亚稳定的β钛 合金，退火状态为α+β两相组织，将其加热到β单相区后淬火， 因α相来不及析出而得到的过饱和的β相，称为亚稳β相。
该类合金塑性好，易于冷加工成形，成形后可通过时 效处理，使强度提高；
钛合金二 元相图
(c)此类合金元素α －Ti和β－Ti都形 成有限固溶体，β 相区会发生共析 分解，这类元素 有铬、钴、锰、 钨、铁、镍、铜、 银、金、钯、铂 等。它们使β相转 变温度下降，所 以也属于稳定β相 元素。
钛合金二 元相图
(d)合金元素与α－ Ti和β－Ti都形成有 限固溶体，但β相由 包析反应生成，使β 相转变温度升高， 因而是α相稳定元 素。主要元素有铝、 硼、氧、氮、碳、 钪、稼、镧、铈、 钆、钕、锗等。
但总的说来，钛发展的速度是很快的，它超过了任何一种其他 有色金属的发展速度。这从全世界海绵钛工业发展情况可以看出： 海绵钛生产规模60年代为60kt/a，70年代为1l0kt/a，80年代为 130kt/a，到1992年已达140kt/a。
二、纯钛
纯钛
Ti：
ρ: 4.507 g/cm3 Tm：1688℃ 具有同素异构转变: ≤882.5℃为密排六方结构的α相
该类合金的淬透性高；
化学成分偏析严重，这种类型的合金只有两个牌号， 实际获得应用的仅有TB2一种。
钛的主要合金元素
现有钛合金中的主要合金元素有钒、铌、钼、铬、锰、镍、铜、 锡及钽等，可分为三类：
第一类是α相稳定元素，提高α→β转变温度。铝是最常见、最 有效的α强化元素，有效提高低温和高温（550 ℃ 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。
钛一般不发生孔蚀；除在几种个别介质（如发烟硝酸、甲 醇溶液）中，也不发生晶间腐蚀；钛的应力腐蚀破裂敏感 性小，具有抗腐蚀疲劳的性能，耐缝隙腐蚀性能良好。
纯钛（分类－用途）
根据杂质含量，钛分为高纯钛（纯度达99.9%）和工业纯钛 （纯度达99.5%）。 工业纯钛有三个牌号，分别用TA＋顺序号数字1、2、3表示， 数字越大，纯度越低。
简介
钛是一种新金属，由于它具有一系列优异特性，被广泛用于航 空、航天、化工、石油、冶金、轻工、电力、海水淡化、舰艇和 日常生活器具等工业生产中，它被誉为现代金属。。
金属钛生产从1948年至今才有半个世纪的历史，它是伴随着航 空和航天工业而发展起来的新兴工业。它的发展经受了数次大起 大落，这是因为钛与飞机制造业有关的缘故。
第二类是合金元素锡、锆等，能有效强化α相，它们在α－Ti 和β－Ti都有大的固溶度，但对α<=>β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 的温度。
钛合金的分类
钛合金按退火状态下的相组成，分为 α型钛合金、以TA后加顺序号表示其牌号 β型钛合金，以TB后加顺序号表示其牌号 和α+β型钛合金，以TC后加顺序号表示其牌号。
钛合金的分类
α型钛合金主要加入元素是Al，其次是中性元素Sn和Zr，起
固溶强化作用。 在退火状态下的室温组织是单相α固溶体。 α型钛合金的牌号与工业纯钛相同，均划入TA系列。 α型钛合金不能进行热处理强化，热处理对于它们只是为了消 除应力或消除加工硬化。
钛合金二 元相图
以钛为基的二元 合金相图大致可 分为四类，见图
a~d
钛合金二 元相图
(a)合金元素与α－Ti和β－Ti形成连续固溶体，锆和铪 等元素的性质与钛极相近，原子半径差别也不大，可 以形成连续固溶体。
钛合金二 元相图
(b)合金元素与β－Ti形 成连续固溶体，而与α－ Ti只形成有限固溶体， 这类元素扩大β相区，缩 小α相区，降低β相区 →α相区的相变温度，称 为β相区稳定元素。钛中 近邻，如钒、铌、钽、 铼、钼属于这一类，它 们是bcc结构，原子尺寸 也相差不大。
≥882.5℃体心立方结构的β相
钛在氮气中加热可发生燃烧，因此钛在加热和焊接时应采 用氩气保护。
钛的十大性能
➢密度小,比强度高(比强度高的特性仍可保持到550～600 ℃。
与高强合金相比，相同强度水平可降低重量40％以上)
➢弹性模量低（120GPa），约为铁的54％。 ➢导热系数小(比铁低4.5倍) ➢抗拉强度与其屈服强度接近 ➢无磁性、无毒 ➢抗阻尼性能强 ➢耐热性能好 ➢耐低温性能好(在液氮温度下仍有良好的机械性能，强度高而
杂质含量对钛的性能影响很大，少量杂质可显著提高钛的强度， 故工业纯钛强度较高，接近高强铝合金的水平，主要用于制造 350℃以下温度工作的石油化工用热交换器、反应器、船舰零件、 飞机蒙皮等。
三、钛合金的物理冶金基础
钛合金的物理冶金基础
主要内容：
钛合金二元相图 钛合金分类 主要合金元素与相的形成 气体杂质元素的作用 钛合金热处理基础 钛合金的强韧化基础
钛及钛合金
Titanium and Titanium Alloy
内容提要
一、 简介 二、纯钛 三、钛合金物理冶金基础
四、钛合金的发展与应用
一 、 简介
简介
1791年，英国牧师格累高尔发现了一种新元素。 1795年，法国化学家克拉普罗特以日耳曼神话中 女神坦的名字为它命名“Titanium”，译成中文就 是“钛”。从此，钛便进入了科学家的实验室。
仍保持良好的塑性及韧性)
➢耐腐蚀性(钝化层（TiO2）,纳米尺度，室温下长大极慢) ➢吸气性能（储气、干燥）
纯钛特点
纯钛：一种银白色的金属
特点：
是很活泼的元素。
有很好的钝化性能，钝化膜很稳定，在许多环境中表现出 很好的耐蚀性。有“耐海水腐蚀之王”之称。
高温下，钛的化学活性很高，能与卤素、氧、氮、碳、硫 等元素发生剧烈反应。
α+β型钛合金的退火组织为α+β，以TC加顺序号表示其合金
的牌号。 合金同时含有β相稳定元素和α相稳定元素。组织以α相为主，β 相的数量通常不超过30%。 合金可通过淬火及时效进行强化，多在退火状态下使用。α+β型 钛合金的室温强度和塑性高于α型钛合金，生产工艺比较简单，通 过改变成分和选择热处理制度又能在很宽的范围内改变合金的性 能，应用比较广泛，尤以TC4用途最广，用量最多。
钛合金的分类
β型钛合金: 合金加入了大量的多组元β相稳定元素，同时还
加入α相稳定元素Al。应用的β型钛合金主要为亚稳定的β钛 合金，退火状态为α+β两相组织，将其加热到β单相区后淬火， 因α相来不及析出而得到的过饱和的β相，称为亚稳β相。
该类合金塑性好，易于冷加工成形，成形后可通过时 效处理，使强度提高；
钛合金二 元相图
(c)此类合金元素α －Ti和β－Ti都形 成有限固溶体，β 相区会发生共析 分解，这类元素 有铬、钴、锰、 钨、铁、镍、铜、 银、金、钯、铂 等。它们使β相转 变温度下降，所 以也属于稳定β相 元素。
钛合金二 元相图
(d)合金元素与α－ Ti和β－Ti都形成有 限固溶体，但β相由 包析反应生成，使β 相转变温度升高， 因而是α相稳定元 素。主要元素有铝、 硼、氧、氮、碳、 钪、稼、镧、铈、 钆、钕、锗等。
但总的说来，钛发展的速度是很快的，它超过了任何一种其他 有色金属的发展速度。这从全世界海绵钛工业发展情况可以看出： 海绵钛生产规模60年代为60kt/a，70年代为1l0kt/a，80年代为 130kt/a，到1992年已达140kt/a。
二、纯钛
纯钛
Ti：
ρ: 4.507 g/cm3 Tm：1688℃ 具有同素异构转变: ≤882.5℃为密排六方结构的α相
该类合金的淬透性高；
化学成分偏析严重，这种类型的合金只有两个牌号， 实际获得应用的仅有TB2一种。
钛的主要合金元素
现有钛合金中的主要合金元素有钒、铌、钼、铬、锰、镍、铜、 锡及钽等，可分为三类：
第一类是α相稳定元素，提高α→β转变温度。铝是最常见、最 有效的α强化元素，有效提高低温和高温（550 ℃ 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。
钛一般不发生孔蚀；除在几种个别介质（如发烟硝酸、甲 醇溶液）中，也不发生晶间腐蚀；钛的应力腐蚀破裂敏感 性小，具有抗腐蚀疲劳的性能，耐缝隙腐蚀性能良好。
纯钛（分类－用途）
根据杂质含量，钛分为高纯钛（纯度达99.9%）和工业纯钛 （纯度达99.5%）。 工业纯钛有三个牌号，分别用TA＋顺序号数字1、2、3表示， 数字越大，纯度越低。
简介
钛是一种新金属，由于它具有一系列优异特性，被广泛用于航 空、航天、化工、石油、冶金、轻工、电力、海水淡化、舰艇和 日常生活器具等工业生产中，它被誉为现代金属。。
金属钛生产从1948年至今才有半个世纪的历史，它是伴随着航 空和航天工业而发展起来的新兴工业。它的发展经受了数次大起 大落，这是因为钛与飞机制造业有关的缘故。
第二类是合金元素锡、锆等，能有效强化α相，它们在α－Ti 和β－Ti都有大的固溶度，但对α<=>β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 的温度。
钛合金的分类
钛合金按退火状态下的相组成，分为 α型钛合金、以TA后加顺序号表示其牌号 β型钛合金，以TB后加顺序号表示其牌号 和α+β型钛合金，以TC后加顺序号表示其牌号。
钛合金的分类
α型钛合金主要加入元素是Al，其次是中性元素Sn和Zr，起
固溶强化作用。 在退火状态下的室温组织是单相α固溶体。 α型钛合金的牌号与工业纯钛相同，均划入TA系列。 α型钛合金不能进行热处理强化，热处理对于它们只是为了消 除应力或消除加工硬化。
钛合金二 元相图
以钛为基的二元 合金相图大致可 分为四类，见图
a~d
钛合金二 元相图
(a)合金元素与α－Ti和β－Ti形成连续固溶体，锆和铪 等元素的性质与钛极相近，原子半径差别也不大，可 以形成连续固溶体。
钛合金二 元相图
(b)合金元素与β－Ti形 成连续固溶体，而与α－ Ti只形成有限固溶体， 这类元素扩大β相区，缩 小α相区，降低β相区 →α相区的相变温度，称 为β相区稳定元素。钛中 近邻，如钒、铌、钽、 铼、钼属于这一类，它 们是bcc结构，原子尺寸 也相差不大。
≥882.5℃体心立方结构的β相
钛在氮气中加热可发生燃烧，因此钛在加热和焊接时应采 用氩气保护。
钛的十大性能
➢密度小,比强度高(比强度高的特性仍可保持到550～600 ℃。
与高强合金相比，相同强度水平可降低重量40％以上)
➢弹性模量低（120GPa），约为铁的54％。 ➢导热系数小(比铁低4.5倍) ➢抗拉强度与其屈服强度接近 ➢无磁性、无毒 ➢抗阻尼性能强 ➢耐热性能好 ➢耐低温性能好(在液氮温度下仍有良好的机械性能，强度高而
杂质含量对钛的性能影响很大，少量杂质可显著提高钛的强度， 故工业纯钛强度较高，接近高强铝合金的水平，主要用于制造 350℃以下温度工作的石油化工用热交换器、反应器、船舰零件、 飞机蒙皮等。
三、钛合金的物理冶金基础
钛合金的物理冶金基础
主要内容：
钛合金二元相图 钛合金分类 主要合金元素与相的形成 气体杂质元素的作用 钛合金热处理基础 钛合金的强韧化基础