钛合金介绍知识讲稿
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钛合金及其应用ppt课件.ppt
1.3 钛白粉的生产
■钛白粉：化学式TiO2，晶型有锐钛型（A-TiO2）和金红 石型（R-TiO2）两种工业产品。它是最好的白色颜料，还 是塑料、造纸业的重要原料。
■生产方法： ①硫酸法：既能生产金红石型钛白粉也能生产锐钛型钛白粉， 为传统工艺，废料（硫酸亚铁）处理问题尚未很好解决。 ②氯化法：只能生产金红石型钛白粉，目前世界上60% 以上 的钛白粉由此种发法生产，正在不断取代①。
目前使用最广泛的Ti-6Al-4V合金，是在20世纪40年代晚期 由美国开发出来的。现在，人们已经开发出了大量的钛合 金，从而开辟了轻合金在许多工业领域中得以广泛应用的 新局面。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
■化学性能： 钛的耐腐蚀性很好，虽然钛是一种非常活泼的金属，其
平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大，但是因为钛 和氧的亲和力大，在空气或含氧介质中，钛表面生成一层致 密、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不受腐蚀， 即使受到机械磨损，也会很快自愈或再生，这表明钛是具有 强烈钝化倾向的金属。 对海水的抗腐蚀性很强。
2 工业纯钛（纯度约为99.5%）
2.1 基本性质
■物理性质：纯钛是银白色金属，位于周期表ⅣB族。
表2-1 钛的基本物理性能数据
名称 相对原子量 原子半径 溶化温度/℃ α-TiβTi相变 比密度/g/cm3
热导率 /[W/(m●K)] 超导转变温度／K
数值
47.9 0.145 1668±5（属难熔金属） 相变潜热：3.47KJ/mol, 相变温度:882 ℃, 结构:α(hcp), β(bcc) 4.505(20 ℃) ,4.35(870 ℃) ,4.32(900 ℃),约为纲的57% 22.08,只有铁的1/4,是铜的1/7
■钛白粉：化学式TiO2，晶型有锐钛型（A-TiO2）和金红 石型（R-TiO2）两种工业产品。它是最好的白色颜料，还 是塑料、造纸业的重要原料。
■生产方法： ①硫酸法：既能生产金红石型钛白粉也能生产锐钛型钛白粉， 为传统工艺，废料（硫酸亚铁）处理问题尚未很好解决。 ②氯化法：只能生产金红石型钛白粉，目前世界上60% 以上 的钛白粉由此种发法生产，正在不断取代①。
目前使用最广泛的Ti-6Al-4V合金，是在20世纪40年代晚期 由美国开发出来的。现在，人们已经开发出了大量的钛合 金，从而开辟了轻合金在许多工业领域中得以广泛应用的 新局面。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
■化学性能： 钛的耐腐蚀性很好，虽然钛是一种非常活泼的金属，其
平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大，但是因为钛 和氧的亲和力大，在空气或含氧介质中，钛表面生成一层致 密、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不受腐蚀， 即使受到机械磨损，也会很快自愈或再生，这表明钛是具有 强烈钝化倾向的金属。 对海水的抗腐蚀性很强。
2 工业纯钛（纯度约为99.5%）
2.1 基本性质
■物理性质：纯钛是银白色金属，位于周期表ⅣB族。
表2-1 钛的基本物理性能数据
名称 相对原子量 原子半径 溶化温度/℃ α-TiβTi相变 比密度/g/cm3
热导率 /[W/(m●K)] 超导转变温度／K
数值
47.9 0.145 1668±5（属难熔金属） 相变潜热：3.47KJ/mol, 相变温度:882 ℃, 结构:α(hcp), β(bcc) 4.505(20 ℃) ,4.35(870 ℃) ,4.32(900 ℃),约为纲的57% 22.08,只有铁的1/4,是铜的1/7
钛合金介绍精品PPT课件
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；
钛合金的制备与应用
钛合金的制备与应用
汇报人：可编辑 2024-01-06
目录
• 钛合金的简介 • 钛合金的制备方法 • 钛合金的应用领域 • 钛合金的发展趋势与展望 • 钛合金制备与应用中的挑战与解决方案 • 钛合金制备与应用的案例研究
01
钛合金的简介
钛合金的定义
钛合金是由纯钛元素与其它金属元素 （如铝、锡、锆等）通过合金化处理 后形成的金属材料。
工艺过程较为复杂，制造成本较高。
铸造法
总结词
通过将熔融状态的钛合金浇注到模具中 ，冷却凝固后得到钛合金铸件。
VS
详细描述
铸造法是制备钛合金铸件的一种常用方法 ，将熔融状态的钛合金浇注到模具中，冷 却凝固后得到所需形状和尺寸的钛合金铸 件。铸造法制备的钛合金铸件具有成本低 、工艺成熟等优点，适用于大规模生产。
以β相为主要相，具有较好的塑 性和焊接性能，但强度和韧性较 低。
同时含有α相和β相，综合了α型 和β型钛合金的优点，具有较好 的综合性能。
02
钛合金的制备方法
熔炼法
总结词
通过将钛与其他合金元素在高温下熔化混合，然后冷却凝固得到钛合金。
详细描述
熔炼法是制备钛合金的常用方法之一，通过将纯钛与其他合金元素如铝、锆、锡等在高温下熔化混合，形成均匀 的合金液体，然后通过冷却凝固得到钛合金。熔炼法具有制造成本低、工艺成熟等优点，适用于大规模生产。
钛合金具有高强度、低密度、良好的 耐腐蚀性和高温性能等特点，广泛应 用于航空、航天、医疗、化工等领域 。
钛合金的特性
高强度与低密度
钛合金的强度远高于钢铁，同 时密度仅为钢铁的一半左右， 这使得钛合金成为一种轻质高
强的材料。
良好的耐腐蚀性
钛合金在大多数酸、碱、盐等 介质中具有很好的耐腐蚀性， 能够抵抗氧化和腐蚀，延长使 用寿命。
汇报人：可编辑 2024-01-06
目录
• 钛合金的简介 • 钛合金的制备方法 • 钛合金的应用领域 • 钛合金的发展趋势与展望 • 钛合金制备与应用中的挑战与解决方案 • 钛合金制备与应用的案例研究
01
钛合金的简介
钛合金的定义
钛合金是由纯钛元素与其它金属元素 （如铝、锡、锆等）通过合金化处理 后形成的金属材料。
工艺过程较为复杂，制造成本较高。
铸造法
总结词
通过将熔融状态的钛合金浇注到模具中 ，冷却凝固后得到钛合金铸件。
VS
详细描述
铸造法是制备钛合金铸件的一种常用方法 ，将熔融状态的钛合金浇注到模具中，冷 却凝固后得到所需形状和尺寸的钛合金铸 件。铸造法制备的钛合金铸件具有成本低 、工艺成熟等优点，适用于大规模生产。
以β相为主要相，具有较好的塑 性和焊接性能，但强度和韧性较 低。
同时含有α相和β相，综合了α型 和β型钛合金的优点，具有较好 的综合性能。
02
钛合金的制备方法
熔炼法
总结词
通过将钛与其他合金元素在高温下熔化混合，然后冷却凝固得到钛合金。
详细描述
熔炼法是制备钛合金的常用方法之一，通过将纯钛与其他合金元素如铝、锆、锡等在高温下熔化混合，形成均匀 的合金液体，然后通过冷却凝固得到钛合金。熔炼法具有制造成本低、工艺成熟等优点，适用于大规模生产。
钛合金具有高强度、低密度、良好的 耐腐蚀性和高温性能等特点，广泛应 用于航空、航天、医疗、化工等领域 。
钛合金的特性
高强度与低密度
钛合金的强度远高于钢铁，同 时密度仅为钢铁的一半左右， 这使得钛合金成为一种轻质高
强的材料。
良好的耐腐蚀性
钛合金在大多数酸、碱、盐等 介质中具有很好的耐腐蚀性， 能够抵抗氧化和腐蚀，延长使 用寿命。
钛合金tc4材料参数
钛合金tc4材料参数钛合金TC4是一种常用的钛合金材料，其具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，在航空航天、医疗器械、化工等领域得到广泛应用。
本文将从材料组成、力学性能、热处理工艺和应用领域等方面介绍钛合金TC4的相关参数。
一、材料组成钛合金TC4是一种α+β型钛合金，其主要由钛(Ti)、铝(Al)、铁(Fe)和锡(Sn)等元素组成。
其中，钛的质量分数约为90%，铝的质量分数约为6%，铁和锡的质量分数约为4%。
此外，钛合金TC4还含有少量的杂质元素，如氧(O)、碳(C)和氮(N)等。
二、力学性能钛合金TC4具有优异的力学性能，其抗拉强度可达到900 MPa以上，屈服强度可达到800 MPa以上。
同时，钛合金TC4还具有良好的延展性和韧性，其断裂伸长率可达到10%以上。
此外，钛合金TC4还具有较高的硬度和耐磨性。
三、热处理工艺钛合金TC4的热处理工艺对其力学性能具有重要影响。
常用的热处理工艺包括固溶处理和时效处理。
固溶处理的目的是将钛合金TC4中的α相溶解于β相中，以提高材料的塑性和韧性。
时效处理的目的是通过合适的温度和时间，使β相转变为α'相，进一步提高材料的强度和硬度。
四、应用领域钛合金TC4由于其优异的力学性能和耐腐蚀性能，在航空航天领域得到广泛应用。
它常用于制造飞机发动机零部件、航空航天设备和结构件等。
此外，钛合金TC4还广泛应用于医疗器械领域，如人工关节、牙科种植体和外科植入物等。
由于其抗腐蚀性能，钛合金TC4还可用于化工设备和海洋工程等领域。
钛合金TC4是一种具有优异力学性能和耐腐蚀性能的钛合金材料。
其主要由钛、铝、铁和锡等元素组成，具有较高的抗拉强度和屈服强度，同时还具有良好的延展性和韧性。
钛合金TC4的热处理工艺对其力学性能具有重要影响，常用的热处理工艺包括固溶处理和时效处理。
钛合金TC4在航空航天、医疗器械、化工等领域有着广泛的应用前景。
钛合金基础知识
钛的身世2010-07-22 09:4钛元素，发现于18世纪，并于1795年由德国化学家M.H克拉普斯命名为钛(Titan)。
在希腊神话中这是大地之子的名字，在古希腊“泰坦精神”就是永往直前的意思。
钛作为新型首饰用材有其它材料不可比似的优势一．轻：钛的比重是4.51，约为不锈钢、钴、铬等合金的一半，比黄金的16.3更是轻了许多，在制做耳坠、项链等首饰时优势明显。
这一优势同时减少了设计师对于首饰用材的限制，可以用其做出很多体积较大且夸张的造型。
二．钛具有良好的耐腐蚀性：钛是极活泼的元素，极易与氧反应，生成Tio2，但是钛表面生成的几个到几十纳米的氧化膜极其完整致密，具有局部破坏后在瞬间的自修复能力，并且在大多数环境中是稳定的，这就是钛的耐腐蚀性的理论基础。
三．良好的生物相容性：钛的良好耐腐蚀性特征使它和人长期接触以后也不影响其本质，不会造成过敏。
现在在医学领域已经得到广泛的应用。
如：钛接骨板、钛髋关节以及钛膝关节等。
因此对金属有过敏反应的人可放心大胆佩带。
四．钛能着色：钛金属有一个很有趣的特征，将钛置于电解液中通上一定电流，其表面应就会被电解化上一层氧化膜，而氧化膜的厚薄可决定颜色的变化，而并无需外加元素。
现在可做的颜色有金、黑、蓝、褐、花等各种颜色。
它的这一特性使首饰设计更多彩更时尚。
五．钛不易变形，不用重新整形：钛硬度高，不易变形，不象普通金银首饰等佩带一段时间后需要重新整形。
原子结构钛位于元素周期表中ⅣB族，原子序数为22，原子核由22个质子和20-32个中子组成，核外电子结构排列为1S22S22P63S23D24S2。
原子核半径5x10-13厘米。
物理性质钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米（20℃），熔点1668±4℃，熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子，沸点3260±20℃，汽化潜热 102.5-112.5千卡/克原子，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。
钛合金介绍
• 工业纯ห้องสมุดไป่ตู้是一个典型的α合金，α-钛合金中 的主要元素是Al、Zr、Sn等。
• 当加入少量β相稳定元素时，可以得到近α钛合金，显微组织上除α相基体外，还有少 量β相。典型的钛合金有Ti-8Al-1Mo-1V等。
（3）性能：高温性能好（<500℃），组织 稳定性好，焊接性好，是耐热钛合金的主 要组成部分；但α钛合金是单相合金，不能 热处理强化，常温强度低，塑性不够高
（3）用途：适用于制造螺栓、铆钉、冷轧板 材、带材等，用于宇航工业的结构材料。
钛的特性及钛冶金基础
一、钛的基本性质 1、钛存在两种同素异构体α及β。 • α-Ti在882℃以下稳定，具有h.c.p.结构。 • β-Ti稳定于882℃~熔点1678℃，具有体心
立方结构。 • 铝的熔点660℃，镁651℃，铁1535℃，镍
1445℃。
2、钛的密度小(4.51g／cm3)，比强度高，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 550-600℃。与高强合金相比，相同强度水 平可降低重量40%以上，因此在宇航上有 巨大应用潜力。
同，分为三个牌号：
• TA1：杂质元素O，N，H，C，Fe较少，σb = 350-500 MPa ，δ=30-40%
• TA2：杂质元素稍多，σb =450-600 MPa，δ=2530%
• TA3：杂质元素较多，σb =550-700 MPa。δ= 2025%
• 高纯钛TA0： Ti>99.90% ， σb =300-350 MPa， δ=40-45%
• 碘化法：分解TiI4生产的钛，纯度可达 99.9%。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。
• 当加入少量β相稳定元素时，可以得到近α钛合金，显微组织上除α相基体外，还有少 量β相。典型的钛合金有Ti-8Al-1Mo-1V等。
（3）性能：高温性能好（<500℃），组织 稳定性好，焊接性好，是耐热钛合金的主 要组成部分；但α钛合金是单相合金，不能 热处理强化，常温强度低，塑性不够高
（3）用途：适用于制造螺栓、铆钉、冷轧板 材、带材等，用于宇航工业的结构材料。
钛的特性及钛冶金基础
一、钛的基本性质 1、钛存在两种同素异构体α及β。 • α-Ti在882℃以下稳定，具有h.c.p.结构。 • β-Ti稳定于882℃~熔点1678℃，具有体心
立方结构。 • 铝的熔点660℃，镁651℃，铁1535℃，镍
1445℃。
2、钛的密度小(4.51g／cm3)，比强度高，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 550-600℃。与高强合金相比，相同强度水 平可降低重量40%以上，因此在宇航上有 巨大应用潜力。
同，分为三个牌号：
• TA1：杂质元素O，N，H，C，Fe较少，σb = 350-500 MPa ，δ=30-40%
• TA2：杂质元素稍多，σb =450-600 MPa，δ=2530%
• TA3：杂质元素较多，σb =550-700 MPa。δ= 2025%
• 高纯钛TA0： Ti>99.90% ， σb =300-350 MPa， δ=40-45%
• 碘化法：分解TiI4生产的钛，纯度可达 99.9%。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。
第七章 钛及钛合金
凝壳——自耗电极熔炼技术：
俄罗斯发展的一种类似于冷床炉的新型熔炼技术，其特点：
——能有效去除熔融金属中密度和熔点高于基体金属的颗粒；
——难熔金属组元可以纯金属的形式加入； ——可制备异型铸锭；
——同时可大量回收利用残钛；
——炉子造价比冷床炉的低，耗电量较小。
一次熔炼采用该工艺，二次采用真空自耗进行熔炼
TC21合金
西北有色金属研究院研制的高强韧损伤容限型钛合金
Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Cr-Nb-Si 系α ＋β 两相钛合金
UTS = 1100 MPa, YS = 1000 MPa, EL = 8%, RA =12% KIC = 70 MPam， 疲劳裂纹扩展速率da/dN 同 Ti-6-4合金相当
☼ 氢处理细化钛合金的微观组织
结合塑性变形技术制备超细晶钛合金，使钛合金在较 低的变形温度和较高的变形速率下具有优异的超塑性性能。 600700C，如将Ti-6Al-4V中添加0.5wt%H, 合金晶粒尺 寸可降低至0.30.5m；变形温度为800C, 应变速率为 1.010-3s-1时，合金的延伸率将高达 6000%。
• 特点： －良好的机械性能，透声性能和冷成型性能
☼ 低成本钛合金
以廉价的合金化元素如Fe、Si等代替昂贵的V，Mo、 Nb等元素，实现原材料成本降低三分之一。
几种低成本钛合金的室温机械性能
Alloy Ti8LC UTS / MPa 1180 YS / MPa 1120 EL / % 16 RA / % 36 Alloy type near + Designation er NIN(China)
3. 热强性好 往钛合金中加入合金强化元素后，大大提高了钛合金的热稳定性和高
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。
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≥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
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
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。
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
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。
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。
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；
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。
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。
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T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。
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。
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。
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
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
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。
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
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。
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。
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；
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。
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。
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T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。
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。
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。
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。