钛合金介绍.
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；
钛合金是什么材料
钛合金是什么材料
钛合金是一种非常重要的材料，它具有许多优异的性能，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械、化工等领域。
那么，钛合金究竟是什么材料呢？接下来，我们将深入探讨钛合金的组成、性能及应用领域。
首先，钛合金是一种由钛和其他金属或非金属元素混合而成的合金材料。
它的
主要成分是钛，同时还含有铝、钒、镁等元素。
这些元素的加入可以显著改善钛合金的力学性能，使其具有较高的强度、硬度和耐腐蚀性。
钛合金具有许多优异的性能，首先是其高强度。
由于钛合金内部结构的特殊性，使得其具有较高的抗拉强度和抗压强度，因此在航空航天领域被广泛应用。
其次，钛合金具有良好的耐腐蚀性能，能够在酸、碱、盐等恶劣环境下长期稳定工作。
此外，钛合金还具有较低的密度，使得其具有较高的比强度，是理想的结构材料。
钛合金在航空航天领域应用广泛，可以用于制造飞机的发动机、机身结构、航
空零部件等。
在汽车领域，钛合金可以用于制造高性能汽车零部件，提高汽车的性能和安全性。
在医疗器械领域，钛合金具有生物相容性好、不易引起过敏等优点，被广泛用于制造人工关节、牙科种植等医疗器械。
此外，钛合金还可以用于化工设备、海洋工程、体育用品等领域。
总之，钛合金是一种非常重要的材料，具有高强度、良好的耐腐蚀性能和较低
的密度等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械、化工等领域。
随着科技的不断发展，相信钛合金在更多领域将会有更广泛的应用。
钛合金是什么材料
钛合金是什么材料了解钛合金是什么材料，首先要了解钛是什么材料?钛金属外观似钢，具有银灰光泽，是一种过渡金属，在过去一段时间内人们一直认为它是一种稀有金属。
钛并不是稀有金属，钛在地壳中约占总重量的0.42%，是铜、镍、铅、锌的总量的16倍。
在金属世界里排行第七，含钛的矿物多达70多种。
钛的强度大，密度小，硬度大，熔点高，抗腐蚀性很强；高纯度钛具有良好的可塑性，但当有杂质存在时变得脆而硬。
钛金属因具有强度大、密度小、重量轻的特点被广泛应用于航空、航天技术中，钛因具有抗腐蚀性，在化工生产中得到广泛应用。
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。
世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。
因钛金属具有其他金属不具有的特性，国内外对钛的需求日益增加，鉴于钛的特点，为降低成本和改性，开发出了钛的多种合金，钛合金不仅具有钛的特性，而且根据使用环境又人为赋予钛的更多特性，使钛合金的用途大大拓展，下面介绍几种常用的钛合金：世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等。
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/立方厘米，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa。
ti55531钛合金成分
ti55531钛合金成分钛合金，即由钛及其他金属元素组成的合金材料。
钛合金以其优异的耐腐蚀性、高强度、低密度等特点，广泛应用于航空航天、汽车、医疗、化工等领域。
本文将就钛合金的成分进行详细介绍，以期增强大家对钛合金的了解。
首先，我们先来了解一下钛合金的基本概念。
钛是一种灰白色的轻质金属，具有中等强度和低密度的特点，是一种十分理想的结构材料。
然而，纯钛的可用性受到其低屈服强度和较高成本的限制。
为了克服这些局限性，人们开始将钛与其他金属元素合金化，从而得到了钛合金。
钛合金的成分可以分为两类：α相合金和β相合金。
α相合金主要包含铝、锡、硅等元素，β相合金主要包含钒、铁、铬等元素。
首先，我们来讲一下α相钛合金。
α相钛合金是最早进行研究和应用的一类钛合金。
它主要由钛和铝组成，其中铝的添加量一般在2%~8%之间。
通过添加铝元素，可以提高钛合金的强度和耐热性，使其适用于高温环境。
除了铝，还可以添加其他元素，如硅、锡等。
硅的添加能够提高合金的热稳定性和抗高温氧化性能，锡的添加能够增加合金的耐热和抗腐蚀性能。
另一类钛合金是β相钛合金。
β相钛合金主要由钛和β稳定元素组成，其中β稳定元素主要包括钒、铁、铬等。
这些元素能够有效地稳定β晶格结构，使其保持细小的晶粒尺寸和良好的塑性。
钒是最常用的β稳定元素之一。
钒的添加能够提高钛合金的强度和塑性，并且使其具有优异的耐腐蚀性能。
另外，铁和铬的添加也能够改善钛合金的力学性能和耐腐蚀性能。
除了α相和β相合金，还有一些特殊的钛合金，如α+β相合金和ω相合金。
α+β相合金是钛合金中最常见的一类合金。
它由α相和β相两种组织相共同存在。
通过调节合金中α相和β相的比例，可以控制合金的力学性能和耐腐蚀性能。
ω相合金是一类非常罕见的钛合金。
它具有极高的强度和优异的耐腐蚀性能，但是由于制备难度较大，目前尚未大规模应用。
总的来说，钛合金的成分多样，根据不同的应用需求，可以选择不同的成分进行合金化。
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
钛合金简介介绍
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。
钛合金的分类及特点
钛合金的分类及特点钛合金是一种具有高强度、低密度、耐腐蚀性能优良的金属材料，由钛和其他元素（如铝、锡、锌等）合金化得到。
根据合金元素的不同，钛合金可以分为α型、β型、α+β型和亚α型等几类。
下面将详细介绍这些分类及其特点。
1. α型钛合金：α型钛合金主要由α相钛组成，常见的合金元素有铝、锡、锌等。
该类钛合金具有良好的强度和耐热性能，可以在高温下使用。
此外，α型钛合金还具有较好的可加工性和焊接性能，适用于制造航空航天、汽车和船舶等领域的零件和结构件。
2. β型钛合金：β型钛合金主要由β相钛组成，常见的合金元素有钼、铌、钽等。
β型钛合金具有较高的强度和韧性，同时具有良好的耐腐蚀性能。
此外，β型钛合金还具有良好的耐热性和低温韧性，适用于制造航空航天、化工和医疗器械等领域的零件和结构件。
3. α+β型钛合金：α+β型钛合金是由α相和β相钛组成的混合结构。
常见的合金元素有铝、钼、锡等。
α+β型钛合金综合了α型和β型钛合金的优点，具有较高的强度、较好的可塑性和良好的耐腐蚀性能。
这类钛合金广泛应用于航空航天、船舶、化工和医疗等领域。
4. 亚α型钛合金：亚α型钛合金是一种特殊的钛合金，其合金元素主要是铝和锡。
亚α型钛合金具有很高的强度和硬度，同时具有较好的耐腐蚀性能。
这种钛合金常用于制造高强度和耐腐蚀要求较高的结构件，如航空发动机的叶片、船舶的螺旋桨和汽车引擎的连杆等。
除了以上几类常见的钛合金，还有一些稀有钛合金，如高温钛合金、超强塑性钛合金等。
高温钛合金具有很好的高温强度和耐热性能，适用于制造高温工作的零件和结构件。
超强塑性钛合金具有出色的塑性和变形能力，可用于制造复杂形状的零件。
总结起来，钛合金具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性能，可以在高温和低温环境下使用。
不同类型的钛合金具有不同的特点，适用于不同的工程领域。
选择合适的钛合金材料可以满足工程设计的要求，提高产品的性能和使用寿命。
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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。
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。
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。
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 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。
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
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。
高温下，钛的化学活性很高，能与卤素、氧、氮、碳、硫
等元素Байду номын сангаас生剧烈反应。
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
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。
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； 该类合金的淬透性高；
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
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℃
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。 第三类是β相稳定元素，一般是降低β转变温度，见下页。
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。