钛及钛合金的分类
钛合金介绍精品PPT课件
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；
钛及钛合金的分类
钛及钛合金的分类市场供货的钛产品主要有工业纯钛和钛合金两大类：一.工业纯钛：钛属于多晶型金属，在低于882℃为a晶型，原子结构呈密排六方晶格，从882℃至熔点都是B晶型，呈体心立方晶格。
工业纯钛在金相组织上呈现a相，如果退火完全的话，是大小基本相等等轴状单项晶格。
由于存在着杂质，所以工业纯钛中也存在着少量的B相。
基本上是沿着晶界分布。
工业纯钛按GB/T3620.1—2007新标准共有九个牌号，TA1类型的有三个，TA2—TA4每个类型的各有两个，它们的差别就是纯度的不同。
从表中我们可以看出，从TA1—TA4每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，这个ELI是英文低间隙元素的缩写，也就是高纯度的意思。
由于Fe，C, N, H, O在a—Ti 中是以间隙元素存在的，它们的含量多少对工业纯钛的耐腐蚀性能以及力学性能产生很大的影响，C,N,O固溶于钛中可以使钛的晶格产生很大的畸变，使钛的被强烈的强化和脆化。
这些杂质的存在是生产过程中由生产原料带入的，主要是海绵钛的质量。
要是想生产高纯度的工业纯钛钛锭，就得使用高纯度的海绵钛。
在标准中，带ELI的牌号在这6个元素含量的最高值均低于不带ELI的牌号。
这些标准的修改是参照国际上或者说是西方国家的标准（我们国家的标准正在努力向西方国家靠拢，因为我们国家的很多基础工业还是比他们落后一些，很多老标准都是沿袭前苏联的），特别是在杂质的含量以及室温力学性能上各牌号的指标和国际上，以及西方国家基本上保持一致。
这个新标准主要是参照ISO（国际标准）外科植入物和美国ASTM材料标准（B265, B338, B348, B381, B861, B862, B863这七个标准）。
并且与ISO和美国的ASTM标准相对应，例如TA1对应Gr1, TA2对应Gr2, TA3对应Gr3, TA4对应Gr4。
这样有利于各个行业在选材和应用上明晰各国标准的参照，也有利于在技术和商贸上与国际上的交流。
钛合金介绍
• 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。
钛合金介绍
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。
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
具有同素异构转变: ≤882.5℃为密排六方结构的α相
≥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
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。
（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。
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
钛及钛合金的分类
钛及钛合金的分类市场供货的钛产品主要有工业纯钛和钛合金两大类：一.工业纯钛：钛属于多晶型金属，在低于882℃为a晶型，原子结构呈密排六方晶格，从882℃至熔点都是B晶型，呈体心立方晶格。
工业纯钛在金相组织上呈现a相，如果退火完全的话，是大小基本相等等轴状单项晶格。
由于存在着杂质，所以工业纯钛中也存在着少量的B相。
基本上是沿着晶界分布。
工业纯钛按GB/T3620.1—2007新标准共有九个牌号，TA1类型的有三个，TA2—TA4每个类型的各有两个，它们的差别就是纯度的不同。
从表中我们可以看出，从TA1—TA4每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，这个ELI是英文低间隙元素的缩写，也就是高纯度的意思。
由于Fe，C, N, H, O在a—Ti 中是以间隙元素存在的，它们的含量多少对工业纯钛的耐腐蚀性能以及力学性能产生很大的影响，C,N,O固溶于钛中可以使钛的晶格产生很大的畸变，使钛的被强烈的强化和脆化。
这些杂质的存在是生产过程中由生产原料带入的，主要是海绵钛的质量。
要是想生产高纯度的工业纯钛钛锭，就得使用高纯度的海绵钛。
在标准中，带ELI的牌号在这6个元素含量的最高值均低于不带ELI的牌号。
这些标准的修改是参照国际上或者说是西方国家的标准（我们国家的标准正在努力向西方国家靠拢，因为我们国家的很多基础工业还是比他们落后一些，很多老标准都是沿袭前苏联的），特别是在杂质的含量以及室温力学性能上各牌号的指标和国际上，以及西方国家基本上保持一致。
这个新标准主要是参照ISO（国际标准）外科植入物和美国ASTM材料标准（B265, B338, B348, B381, B861, B862, B863这七个标准）。
并且与ISO和美国的ASTM标准相对应，例如TA1对应Gr1, TA2对应Gr2, TA3对应Gr3, TA4对应Gr4。
这样有利于各个行业在选材和应用上明晰各国标准的参照，也有利于在技术和商贸上与国际上的交流。
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[文字可编辑]
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?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。
≥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/cm 3 ?Tm ：1688℃ ?具有同素异构转变: ≤882.5℃为密排六方结构的α相
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。
钛及钛合金的焊接工艺
钛及钛合金的焊接工艺一、常用钛及钛合金及其分类钛是一种活性金属，常温下能与氧生成致密的氧化膜而保持高的稳定性和耐腐蚀性。
钛及钛合金的最大优点是比强度大，综合性能优越。
钛合金首先在航空工业中得到应用，钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性能；在化工、海水淡化、电站冷凝器等方面成功应用。
钛及钛合金按其退火态的组织分为α钛合金、β钛合金、α＋β钛合金三类，分别用TA、TB和TC表示。
在压力容器制作中，牌号为TA2的工业纯钛使用居多，使用状态一般为退火态。
二、钛及钛合金的焊接性1、间隙元素沾污引起脆化由于钛的活性强，高温下钛与氧、氮、氢反应速度很快。
氧和氮固溶于钛中，使钛晶格畸变，强度硬度增加，塑性韧性降低；而氢含量增加，焊缝金属的冲击韧性急剧降低，塑性下降较少；碳以间隙形式固溶于钛中，使强度提高，塑性下降，作用不如氮、氧显著，但碳量超过溶解度时，易于引起裂纹，因此钛及钛合金焊接时必须进行有效的保护。
2、焊接相变引起的性能变化对于常用的工业纯钛，其组织为α合金，这类合金的焊接性最好。
在用钨极氩弧焊填加同质焊丝或不加焊丝，在保护良好的条件下焊接接头强度可与母材等强度，接头塑性较差。
焊接接头塑性降低的主要原因有：①焊缝为铸造组织，它比轧制状态塑性低；②焊接时由于导热性差、比热小、高温停留时间长、冷却速度慢，易形成粗晶；③若采用加速冷却，又易产生针状α组织，也会使塑性下降。
3、裂纹由于钛及钛合金中杂质很少，因此很少出现热裂纹，只有当焊丝或母材质量有问题时才可能产生热裂纹。
由氢引起的冷裂纹是钛合金焊接时应注意防止的，例如选用氢含量低的焊接材料和母材，注意焊前清理，在可能的条件下，焊后进行真空去氢处理等。
4、气孔气孔是钛及钛合金焊接时最常见的焊接缺陷。
在焊接热输入较大时，气孔一般位于熔合线附近；而焊接热输入较小时，气孔则位于焊缝中部。
气孔主要降低焊接接头的疲劳强度，能使疲劳强度降低一半甚至四分之三。
影响气孔的主要因素是焊丝和坡口表面的清洁度，焊丝表面的润滑剂、打磨时残留在坡口表面的磨粒、薄板剪切时形成的粗糙的端面等等都可能使焊缝产生气孔。