钛与钛合金锻造技术 PPT
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；
钛合金热锻工艺
钛合金热锻工艺
钛合金热锻工艺是一种利用热量使钛合金材料软化，便于塑形的加工技术。
这种工艺涉及将钛合金加热到一定的高温，然后在锻压设备的帮助下进行成形。
由于钛合金具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性，因此在航空航天、汽车、医疗器械等行业中被广泛使用。
热锻工艺的关键步骤如下：
1. 材料准备：选取适当的钛合金材料，并根据最终产品的要求切割成合适的尺寸。
2. 加热：将钛合金坯料放入加热炉中，加热至锻造温度，这个温度通常略高于钛合金的相变温度（α+β/β转变温度）。
正确的加热温度和保温时间对于获得良好的锻件质量至关重要。
3. 预热模具：为了减少模具与高温钛合金之间的温差，防止过快的冷却导致材料硬化，模具也需要预热到适当的温度。
4. 锻造：将加热好的钛合金坯料置于锻压机的模具中，通过施加压力使其变形，达到预定的形状和尺寸。
这一过程可能需要多次进行，包括开模锻造和闭模锻造。
5. 冷却：锻造完成后，钛合金部件需要缓慢冷却以防止内部应力集中和裂纹产生。
6. 后续处理：锻件可能需要进一步的热处理（如退火、
固溶处理和时效处理）来优化其显微组织结构和力学性能。
7. 检测和检验：最后，锻件要经过严格的质量检测，包括尺寸检查、无损探伤和力学性能测试等，以确保符合设计和应用要求。
热锻工艺的优势在于可以制造出结构复杂的钛合金部件，但也存在一些挑战，如钛合金在高温下的氧化问题，以及由于材料导热性差导致的模具寿命问题。
因此，在实际操作中，还需要采取一定措施保护材料和模具，例如使用防护润滑层减少摩擦和磨损。
有色金属及其合金-钛合金PPT
杂质元素对钛性能的影响
杂质元素主要有氧、氮、碳、氢、铁和硅。 氧、氮、碳、氢为间隙型元素；铁、硅为置换型元素，可以 固溶在α相或β相中，也可以化合物形式存在。 钛的硬度对间隙型杂质元素很敏感，杂质含量愈多，钛的硬 度就愈高。 综合考虑间隙元素对硬度的影响，引入氧当量：
O当=O％+2N％十0.67％ 氧当量和硬度的关系为： HV=65+310·O0.5当。
钛的应用
航空航天、 海洋、化工、 生物医学材 料、运动器材
钛合金的生产
提取工艺 ： Kroll 提取工艺
熔化工艺：
电渣精炼法Electroslag Refining (ESR) 真空电弧重熔法Vacuum Arc Remelting (VAR) 电子束熔炼 (EBM) 等离子熔炼(PAM) 感应凝壳熔炼法
加，其强度升高，塑性大幅度降低。
常温下钛的塑性比其他六方结构金属(镉、锌、镁) 要高得多。 原因是：滑移模型和晶体中各晶面的层错能有关，如层错能低， 则全位错易于分解为不全位错，以促进滑移的继续进行；钛的层 错能比基面小，原在基面上滑移的位错通过交滑移而转移到棱柱 面上，并可发生分解，这样基面上的滑移很快终止，而棱柱面上 的滑移则发挥着主导作用。反之，对于基面层错能比较低的金属， 如镉、锌、镁，则{0001}是主要滑移面。
钛的疲劳性能特点与钢类似，具有比较明显的物理疲劳极 限，纯钛的反复弯曲疲劳极限为0.6～0.8Rm，钛的疲劳性能对金 属表面状态及应力集中系数比较敏感。
钛的耐热性比铁和镍低。这与钛原子自扩散系数大和存在 同素异晶转变有关。钛的耐磨性较差，通过渗氮、碳、硼可提 高其耐磨性。
工艺性能
钛可进行锻造、轧制、挤压、冲压等各种压力加工；加热钢 材用的设备都可用于钛材加热，要求炉内气氛保持中性或弱氧化 性气氛，绝不允许使用氢气加热。
钛合金锻造工艺
钛合金锻造工艺钛合金作为一种重要的工程金属材料，具有优良的力学性能、耐腐蚀性能和高温性能等特点，在航空航天、船舶、汽车、医疗器械等领域得到广泛应用。
钛合金锻造作为一种主要的加工方法，具有高效、高精度、高质量等优点，对于提高钛合金零件的机械性能和使用寿命具有重要意义。
一、钛合金锻造工艺的概述钛合金锻造是指将钛合金坯料加热到一定温度后，通过锻造机械设备对其进行塑性变形，使其形成所需的形状和尺寸。
钛合金锻造工艺包括热锻、冷锻和等温锻等几种形式，其中热锻是最常用的一种。
热锻是指将钛合金坯料加热到其变形温度以上，然后通过锻造机械设备对其进行塑性变形，使其形成所需的形状和尺寸。
热锻的主要优点是能够减少材料的应力和变形量，提高材料的塑性和韧性，从而得到高质量的钛合金零件。
但是，热锻需要较高的温度和压力，对设备和工艺要求较高。
冷锻是指将钛合金坯料在室温下进行塑性变形，其主要优点是能够获得高强度和高硬度的钛合金零件，但是冷锻需要较高的压力和变形量，对设备和工艺要求也较高。
等温锻是指将钛合金坯料在一定温度下进行塑性变形，其主要优点是能够获得高精度和高表面质量的钛合金零件，但是等温锻需要较高的温度和时间，对设备和工艺要求也较高。
二、钛合金锻造工艺的关键技术1. 加热技术钛合金的变形温度较高，一般在800℃以上，因此加热技术对于钛合金锻造过程至关重要。
在加热过程中，要控制加热速度、加热温度和加热时间，以保证钛合金坯料的均匀加热和充分变软。
同时，还要避免过热和过烧，以防止钛合金发生氧化和变质。
2. 锻造工艺钛合金锻造的关键在于控制锻造过程中的变形量、变形速率和变形温度等参数，以保证钛合金零件的形状和尺寸精度。
在锻造过程中，还要注意保持坯料的温度和塑性，避免过度变形和损伤。
3. 退火技术钛合金锻造后需要进行退火处理，以消除残余应力和改善材料的机械性能。
在退火过程中，要控制温度、时间和冷却速度等参数，以保证钛合金零件的性能和表面质量。
钛合金锻造知识
钛合金锻造知识钛合金是一种轻量化、高强度、耐腐蚀的金属材料，广泛应用于航空航天、生物医学、汽车和化工等领域。
钛合金锻造是通过加热和塑性变形的方式将钛合金加工成所需形状和尺寸的零件，为了获得优质的钛合金锻件，我们需要掌握以下关于钛合金锻造的知识。
1. 钛合金锻造的优点钛合金锻造具有以下优点：•高强度和优异的耐腐蚀性能•低密度，轻量化设计•良好的热导性和导电性•良好的可塑性，易于加工因此，钛合金锻造在航天航空、船舶、医疗和军事等领域中得到广泛应用。
2. 钛合金锻造的工艺钛合金锻造的工艺主要包括以下几个步骤：2.1 钛合金预热在钛合金锻造过程中，预热是一个重要的步骤。
通过对钛合金材料进行适当的预热，可以提高其塑性和变形能力，减少断裂和裂纹的产生。
2.2 钛合金加热钛合金的加热温度通常在其熔点以上50°C左右进行。
适当的加热温度可以使钛合金变得柔软，易于变形。
2.3 钛合金锻造钛合金锻造主要包括冷锻和热锻两种方式。
•冷锻：在常温下进行的钛合金锻造。
冷锻可以提高钛合金的强度和硬度，但对于复杂形状的零件来说，冷锻的工艺性较差。
•热锻：在高温下进行的钛合金锻造。
热锻可以获得更好的塑性，适用于复杂形状和大尺寸的钛合金零件的加工。
2.4 钛合金热处理钛合金锻造后通常需要进行热处理，以消除内部应力，提高材料的强度和耐腐蚀性能。
2.5 钛合金表面处理钛合金锻件在加工后需要进行表面处理，包括除氧化皮、打磨抛光和防腐蚀等步骤，以提高表面质量和延长使用寿命。
3. 钛合金锻造的注意事项在进行钛合金锻造时，需要注意以下事项：•测量和控制材料的温度，避免温度过高或过低导致材料性能下降或变形。
•控制锻造速度和压力，避免过快或过慢引起裂纹或变形。
•使用合适的模具和预热设备，以确保材料的均匀加热和塑性变形。
•进行适当的热处理和表面处理，以提高材料的性能和外观质量。
•遵守相关的安全生产规范，防范火灾和爆炸等事故。
结论钛合金锻造是一种重要的制造工艺，可以为各行业提供高性能和高质量的零件和部件。
钛系列（一）：钛及钛合金基础知识（PPT91张）
钛系列（一）：钛及钛合金基础知识（PPT91张）-End-
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第五章钛及钛合金的热处理ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
5.1.2 钛的合金化
（1）α钛合金 此合金是指其退火组织以α钛为基体的单相固溶体
的合金。我国α钛合金的牌号为TA后加一个代表合 金序号的数字，如TA1、TA2、TA3等。 （2）近α钛合金 这类合金主要靠α稳定元素固溶强化，另加少量β 稳定元素，以使退火组织中有少量β相。
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5.2 钛的相变
5.2.1 同素异构转变 5.2.2 β相转变 （1）β相在快冷过程中的转变
1）马氏体相变 2）ω相变 3）淬火钛合金的亚稳定相图 （2）β相在慢冷过程中的转变 （3）β相共析反应和等温转变 5.2.3 时效过程亚稳相的分解 （1）六方马氏体α′的分解 （2）斜方马氏体α〞的分解 （3）ω相的分解 （4）亚稳定βm相的分解
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5.2.1 同素异构相变
纯钛在固态有两种同素异晶体，即体心立方晶格
的β相和密排六方晶格的α相，在882.5℃发生下列
同素异构转变： α（密排六方）
5.1.2.1 钛与其他元素之间的作用 钛与其他合金元素之间的作用，取决于原子的电子
层结构、原子半径、晶格类型等诸因素。
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钛冶炼工艺与制备
对固体废物进行分类处理，合 理利用资源，减少对环境的影
响。
资源回收利用技术
废料分类与回收
对生产过程中产生的废料进行分类，回收有 价值的部分进行再利用。
副产物回收
对生产过程中的副产物进行回收，提取有价 值的元素或化合物。
余热回收
利用余热进行发电或供热，提高能源利用效 率。
废弃物资源化
通过技术手段将废弃物转化为有价值的资源 ，如废旧金属的再生利用。
现代发展
随着科技的不断进步，钛 冶炼工艺也在不断改进和 完善，出现了多种新型的 钛冶炼方法。
钛冶炼工艺的分类
镁还原法
将四氯化钛与镁反应，生成海绵状钛， 再经过熔炼、锻造等工序加工成钛材。
氢化脱氢法
将四氯化钛与氢气反应，生成四氢化 钛，再经过热解、熔炼等工序加工成
钛材。
钠还原法
将四氯化钛与钠反应，生成钛钠合金 ，再经过电解、熔炼等工序加工成钛 材。
电解法
将四氯化钛与氯气反应，生成三氯化 钛，再经过电解、熔炼等工序加工成 钛材。
02
钛的矿石来源与采选
钛矿石的种类与分布
钛矿石种类
主要分为钛铁矿和金红石两大类，其 中钛铁矿储量丰富，是工业生产的主 要原料。
全球分布
全球钛矿石资源主要分布在南非、澳 大利亚、中国等国家，其中中国的攀 西地区和海南岛是全球最大的钛矿产 地之一。
选别
根据矿物性质的差异，采用重选、 浮选等方法将钛与其他矿物分离。
富集
通过选别作业，将钛矿物富集到一 个较小的范围内，便于后续的冶炼 处理。
03
钛的冶炼方法
氯化法
总结词
氯化法是工业上制备高纯度钛的主要 方法，通过氯气与四氯化钛反应生成 金属钛。