钛合金相变点概述

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钛合金相变知识(整理)

钛合金的固体相变（整理版）钛的主要相及其结构纯钛在固态下有两种同素异构体，常温下以密排六方(hcp)晶格结构存在，称之为α钛。

hcp单元晶胞如图1-1左图所示，在室温下点阵常数a=0.295nm，c=0.468nm。

纯钛的c/a=1.587，小于理想hcp结构的c/a值1.663，(0001)是称为底面(basal plane)，为密排面；(1010)称为棱柱面，(1011)称为棱锥面；a1、a2、a3轴是密排方向，即<1120>方向。

当温度升到882.5℃以上时，变成体心立方(bcc)晶格结构，称之为β钛。

bcc单元晶胞如图1-1右图所示，(110)为密排面，密排方向为<111>，900℃时，点阵常数a=0.332nm。

图1-1 α钛和β钛的原子结构示意图钛合金两相间的具体的转变温度会受间隙和置换元素含量的强烈影响，所以钛的合金元素被分为α稳定元素、中性元素和β稳定元素，如图所示：α稳定元素提高α/β转变温度，置换式的Al和间隙式的C、N、O都是强α稳定元素，这些元素含量越多，则钛合金的α/β转变温度越高。

Zr，Hf和Sn 等属于中性元素，因为它们含量很低时略微降低α/β相变温度，当们含量增加时，又会提高α/β相变温度。

β稳定元素能够降低钛的同素异型转变温度，扩大β相区并增加β相在热力学上的稳定性，这类元素包括间隙式的H和大量的置换式元素，其中置换式β稳定元素又分为β同晶元素和β共析元素，这取决于所产生的二元相图的细节。

钛合金的相变钛合金热处理是钛合金学科领域内一个重要的分枝。

其典型特征为: 淬火过程中发生了马氏体相变，或保留高温组织，合金的塑性韧性稍有升高，强度硬度稍有降低。

在随后时效过程中，由于亚稳定相和中间相的生成，合金硬度、强度升高，塑性、韧性降低。

对过渡阶段的每一种亚稳相和中间相都有其产生的条件和相应的性质，钛合金热处理的研究实际上就是对其淬火和时效过程中中间相的研究。

第四章钛合金的相变及热处理

第四章钛合金的相变及热处理第4章钛合金的相变及热处理可以利用钛合金相变诱发的超塑性进行钛合金的固态焊接，接头强度接近基体强度。

4.1 同素异晶转变1.高纯钛的β相变点为882.5℃，对成分十分敏感。

在882.5℃发生同素异晶转变：α（密排六方）→β（体心立方），α相与β相完全符合布拉格的取向关系。

2.扫描电镜的取向成像附件技术（Orientation-Imaging Microscopy , OIM）3.α/β界面相是一种真实存在的相，不稳定，在受热情况下发生明显变化，严重影响合金的力学性能。

4.纯钛的β→α转变的过程容易进行，相变是以扩散方式完成的，相变阻力和所需要的过冷度均很小。

冷却速度大于每秒200℃时，以无扩散发生马氏体转变，试样表面出现浮凸，显微组织中出现针状α′。

转变温度会随所含合金元素的性质和数量的不同而不同。

5.钛和钛合金的同素异晶转变具有下列特点：（1）新相和母相存在严格的取向关系（2）由于β相中原子扩散系数大，钛合金的加热温度超过相变点后，β相长大倾向特别大，极易形成粗大晶粒。

（3）钛及钛合金在β相区加热造成的粗大晶粒，不像铁那样，利用同素异晶转变进行重结晶使晶粒细化。

钛及钛合金只有经过适当的形变再结晶消除粗晶组织。

4.2 β相在冷却时的转变冷却速度在410℃/s以上时，只发生马氏体转变；冷速在410～20℃/s时,发生块状转变；冷却继续降低，将以扩散型转变为主。

1.β相在快冷过程中的转变钛合金自高温快速冷却时，视合金成分不同，β相可以转变成马氏体α′或α"、ω或过冷β等亚稳定相。

（1）马氏体相变①在快速冷却过程中，由于β相析出α相的过程来不及进行，但是β相的晶体结构，不易为冷却所抑制，仍然发生了改变。

这种原始β相的成分未发生变化,但晶体结构发生了变化的过饱和固溶体是马氏体。

②如果合金的溶度高，马氏体转变点M S降低至室温一下，β相将被冻结到室温，这种β相称过冷β相或残留β相。

tc21钛合金微观组织演变规律

tc21钛合金微观组织演变规律
TC21钛合金是一种高强度、高韧性的钛合金，广泛应用于航空、航天、船舶、汽车等领域。

其微观组织演变规律对于材料的性能和应用具有重要意义。

TC21钛合金的微观组织主要由α相和β相组成。

α相是一种六方最密堆积结构，具有良好的塑性和韧性，而β相是一种体心立方结构，具有较高的强度和硬度。

在加工过程中，TC21钛合金的微观组织会发生演变，主要表现为相变、晶粒长大和织构形成等过程。

首先是相变过程。

在加工过程中，TC21钛合金的温度和应力会发生变化，从而引起相变。

当温度升高到β相区间时，α相会逐渐转变为β相，这个过程称为β相转变。

相变过程会导致材料的硬度和强度发生变化，从而影响材料的性能。

其次是晶粒长大过程。

在加工过程中，TC21钛合金的晶粒会逐渐长大，这个过程称为晶粒长大。

晶粒长大会导致材料的塑性和韧性降低，但同时也会提高材料的强度和硬度。

因此，在材料的设计和加工过程中，需要控制晶粒的大小和分布，以达到最优的性能。

最后是织构形成过程。

在加工过程中，TC21钛合金的晶粒会发生取向，从而形成织构。

织构会影响材料的各向异性和力学性能，因此需要在加工过程中控制织构的形成。

TC21钛合金的微观组织演变规律对于材料的性能和应用具有重要
意义。

在材料的设计和加工过程中，需要控制相变、晶粒长大和织构形成等过程，以达到最优的性能。

钛合金相变及表征方法共19页

原子力显微镜 Atomic Force Microscopy (AFM)
探测介质分辨率
穿透能力
可见光 ~200 nm 表面 /内部 (透明物体)
电子
~1 nm
表面
电子 ~0.05 nm
内部
离子
~10 nm
悬臂梁探针 ~0.1 nm
悬臂梁探针 ~0.1 nm
表面表面表面
13
扫描电子显微镜（SEM）
性能特性
• 塑性及疲劳性能高于魏氏组织 • 断裂韧性低于魏氏组织
网篮组织
8
双态组织
形成途径 • 在α-β区上部温度以一定速度冷却，或在两相区上部温度进行变形形成双态组织主要特征 • 既存在等轴的初生α，又存在片状的α-β 性能特性 • 与魏氏组织相反，具有较高的疲劳强度和塑性
双态组织
9显微镜 Optical Microscopy
扫描电子显微镜 Scanning Electron Microscopy (SEM) 透射电子显微镜 Transmission Electron Microscopy (TEM) 聚焦离子束 Focused Ion Beam (FIB) 扫描隧道显微镜 Scanning Tunneling Microscopy (STM)
钛合金
一、钛合金的分类
α钛合金 α+β钛合金
工业纯钛 TA1、 TA2、TA3、 TA4
近α钛合金
TC4、TC11、TC21
图 1： TA1板材650℃/h退火状态：等轴α+少量晶间β
β钛合金
高温合金
其他类型
α2合金
γ合金
图 2： TC4800℃退火状态：白色等轴α+灰色晶间β

钛合金及其固态相变的归纳

α′ to
α″+β α″
β
α″+β(ω)
α+α′
α+α″ β(ω)
α+α″+β
α+α″+β(ω) tk
α+β(ω)
温度/℃
α+β
α
MrBiblioteka MsTi Cα C0 C1
C2 Ck
C3
Cβ
β 同晶元素含量/%
图 1 二元 β 同晶合金系亚稳相图
β 钛合金中各类合金的 β 稳定元素含量均高于
C1，因此自 β 相区高温快速冷却后会得到 α″、ω、β′ 相中的 1 种或几种视合金成分和温度而定。这 3 类
3 β 钛合金强化热处理中的相变
钛合金的固态相变有很多类型，M K Mequilla[21]概括为同素异构转变、共析转变和有序
收稿日期：2008-01-31 基金项目：国家 973 项目（2007CB613805）作者简介：吴晓东（1984-），男，硕士，主要从事钛及钛合金的研究工作，电话：029-86231078，E-mail: wuxiaodong020312 @。
Ti-10V-2Fe-3Al Ti-3Al-5V-5Mo-1Fe-1Cr
美国
9.5
高强锻件
前苏联
9
高负荷构件、发动机
Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al
中国
8.5
高压结构件
Ti-2.5Al-12V-2Sn-6Zr
Ti-16V-2.5Al Ti-5Al-5V-5Mo-1Cr-1Fe（苏）
Ti-11V-4Zr-6Sn Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr
Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe Ti-5Al-2Sn-2Cr-4Mo-4Zr-1Fe

钛合金及其相变

4.2 时效过程亚稳相的分解
防空警报快速冷却
敌机已经在头顶更快速冷却
如果敌机离去：胆大的人开始活动。（低温退火）
如果警报解除：胆稍大的人也会开始活动（中温退火）
完全安全后：所有人都开始活动（高温退火）
4.2 时效过程亚稳相的分解
• 钛合金淬火形成的亚稳定相α′、α″、ω及βm（亚稳态的β 相），在热力学上是不稳定的，加热时要发生分解，其分解过程是比较复杂的。不同的亚稳定相分解过程不同，同一亚稳定相因合金成分和时效规程不同分解过程也不同。但最终的分解产物均为平衡状态的α＋β。若合金有共析反应，则最终产物为α＋TixMy,即
β1+β2
Ti+W
3、钛的相图及合金化
只在BCC结构的Ti中无限互溶
βα βTi
α+β αTi
β1+β2 Ti+W
从相图可以看出，在030%的范围内，随着W 的增加， βα转变的温度逐渐降低。
3、钛的相图及合金化
βTi βα
αTi
从相图可以看出，在08%的范围内，随着Al的增加，βα 转变的温度逐渐升高。
Cu、Si等合金化时，共析转变快，析出TiCu2、Ti5Si3;
Fe、Mn、Cr、Co、Ni等合金化时：共析转变速率较慢，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；快冷时，共析反应可以完全被抑制，过冷β 相可以保留到室温；这个过程还与合金含量有关，含量增加，β相可完全过冷到室温。注意：共析速度快慢是动力学的范畴。而相图是基于平衡态热力学构建的，所体现出来的是，相变发生的可能性，完全不会有相变发生快慢方面的信息。
1、无法形成120角。六方正交 2、长大困，通常细针状，称为斜方马氏体α〞

钛合金相变知识(整理)

钛合金的固体相变（整理版）钛的主要相及其结构纯钛在固态下有两种同素异构体，常温下以密排六方(hcp)晶格结构存在，称之为α钛。

hcp单元晶胞如图1-1左图所示，在室温下点阵常数a=0.295nm，c=0.468nm。

当温度升到882.5℃以上时，变成体心立方(bcc)晶格结构，称之为β钛。

bcc单元晶胞如图1-1右图所示，(110)为密排面，密排方向为<111>，900℃时，点阵常数a=0.332nm。

Zr，Hf和Sn 等属于中性元素，因为它们含量很低时略微降低α/β相变温度，当们含量增加时，又会提高α/β相变温度。

钛合金的相变钛合金热处理是钛合金学科领域内一个重要的分枝。

其典型特征为: 淬火过程中发生了马氏体相变，或保留高温组织，合金的塑性韧性稍有升高，强度硬度稍有降低。

在随后时效过程中，由于亚稳定相和中间相的生成，合金硬度、强度升高，塑性、韧性降低。

对过渡阶段的每一种亚稳相和中间相都有其产生的条件和相应的性质，钛合金热处理的研究实际上就是对其淬火和时效过程中中间相的研究。

tc4钛合金组织演变过程

tc4钛合金组织演变过程
tc4钛合金是一种常用的钛合金材料，具有高强度、良好的耐腐蚀性和优异的高温性能。

它由钛、铝和锌三种元素组成，经过一系列的热处理和变形加工，才能得到理想的组织结构和性能。

tc4钛合金的组织演变过程可以分为几个阶段。

首先，在合金的初期阶段，钛合金中的钛和铝以固溶体的形式存在，锌则以铁素体的形式存在。

这种组织结构被称为α相，具有较高的强度和硬度。

随着热处理的进行，tc4钛合金经历了相变过程。

当合金在适当的温度下保持一定的时间后，α相开始分解，生成一种新的相称为β相。

β相的存在使得合金的组织结构发生了明显的变化，从而改变了其力学性能。

在进一步的热处理过程中，β相继续分解，生成一些细小的α相颗粒。

这些细小的α相颗粒对提高合金的强度和硬度起到了重要作用。

此时，合金的组织结构呈现出颗粒状的形态，这种结构被称为α+β双相。

在变形加工的作用下，tc4钛合金的组织结构得到了进一步的改善。

通过冷轧、拉伸等变形加工方法，合金中的α相和β相得到了更加均匀的分布，颗粒的大小也得到了控制。

这样的组织结构使得合金具有更好的塑性和韧性。

总的来说，tc4钛合金的组织演变过程经历了固溶体相、β相、α+β
双相和变形加工等阶段。

每个阶段都对合金的性能产生了重要影响，使得tc4钛合金成为一种理想的结构材料。

通过精确控制热处理和变形加工参数，可以得到具有优异性能的tc4钛合金材料。

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ＷＡＮＧＳｏｎｇ — ｍａｏ，ＢＡＩＸｉｎ — ｆａｎｇ，ＺＨＵＢｏ，
ＸＩＡＪｉｎ — ｈｕａ，ＷＡＮＧＴａｏ，ＭＡＸｉａｏ－ｃｈｅｎ，ＭＡＹｕ
（Ｍａｔｅｒｉ，＇ｄｓＡｎａｌｙｓｉｓＣｅｎｔｅｒ，Ｎｏ￣ｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＮｏｎ — ｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｘｉ＇ａｎ７１００１６，Ｃｈｉｎａ）
（西北有色金属研究院材料分析中心，西安７１００１６）
摘
要：对钛合金相变点的定义、分类以及检测方法进行了描述．重点讲述了钛合金相变点儿种常
用的检测ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方法，例如金相法、计算法、差热法等，并通过金相法来说明钛合金相变点的检测过程，描述了金相法检测相变点过程中遇到的问题以及一些常见问题的一般解决办法．通过对上述几种方法的相互比较，简单阐述了这几种方法的优缺点以及同一个钛合金使用这几种方法检测结果的差异，其结果一致性比较好．在生产与检测过程中，只有通过这几种方法的相互配合，才能更加准确便捷地确定钛合金相
，
ａｎｄ
ｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｉｎｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｍａｒｔｉｏｎｐｏｉｎｔｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔａｌｌｏ — ｇｒａｐｈｉｃｍｅｔｈｏｄ，ａｓｗｅｌｌａｓｓｏｍｅｃｏｍｍｏｎｓｏｌｕｔｉｏｎｓｔｏｃｏｍｍｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓａｒｅｄｅｓｃｉｂｒｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅａｂｏｖｅｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｓａｍｅｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｂｒｉｅｌｙｆｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔ．Ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｔｅｓ — ｔｉｎｇ，ｏｎｌｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｍａｒｔｉｏｎｐｏｉｎｔｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙ
变点，从而有力地指导日常生产科研工作．关键词：钛合金；相变点；金相法中图分类号：ＴＧ１４６．２３文献标志码：Ａ
ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｏｉｎｔｏｆＴｉｔａｎｉｕｍＡｌｌｏｙ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｉｎｉｆｔｉｏｎ，ｃｌａｓｓｉｉｃｆａｔｉｏｎａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｏｉｎｔｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙａｒｅｄｅｓｃｉｂｒｅｄ．Ｔｈｅｓｅｖｅｒａｌｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｏｉｎｔｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｍｅｔｈ．ｏｄ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｔｈｅｍａｒｌｍｅｔｈｏｄｅｔｅ．ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ０ｆｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｏｉｎｔｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｉｓｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｍｅｔｈｏｄ
Ｖ０１．２０Ｎｏ．４
Ｊｕ１．２０１７
文章编号：１００８ — ５５６４（２０１７）０４－００９２－０５
钛合金相变点概述
王松茂，白新房，朱波，夏金华，王涛，马晓晨，马宇
第２０卷第４期
２０１７年７月
西安文理学院学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ ’ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）