钛及钛合金棒材力学性能
钛及钛合金简介
钛（Ti）一、简介钛化学符号Ti，被认为是一种稀有金属，是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽。
钛具有稳定的化学性质，有良好的抗腐蚀能力（包括海水、王水及氯气，而且钛放入海底20~50年均不会被腐蚀），亦有良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度等优秀特性。
二、相关参数1.钛的强度大，纯钛抗拉强度最高可达180kg/mm²，钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性，其“比强度”位于金属之首。
2.钛的密度为4.506-4.516g/cm³，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。
3.钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为0.38-0.4K。
在25℃时，钛的热容为0.126卡/克[5] 原子·度，热焓1149卡/克原子，熵为7.33卡/克原子·度。
4.金属钛是顺磁性物质，导磁率为1.00004。
5.钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80%。
三、钛的十大特性1.密度小，比强度高，金属钛的密度为4.51g/立方厘米，高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度位于金属之首。
2.耐腐蚀性能，不受大气和海水的影响。
在常温下，不会被7%以下盐酸、5%以下硫酸、硝酸、王水或稀碱溶液所腐蚀。
3.耐热性能好，新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。
4.耐低温性能好，在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性，避免了金属冷脆性。
5.抗阻尼性能强，钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。
6.无磁性、无毒，钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，且无毒。
7.抗拉强度与其屈服强度接近，钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。
TC4成分
TC4概述钛合金TC4材料的组成为Ti-6Al-4V，属于(a+b)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能。
比强度大。
TC4的强度sb=1.012MPa，密度g=4.4*103，比强度sb/g=23.5，而合金钢的比强度sb/g小于18。
钛合金热导率低。
钛合金的热导率为铁的1/5、铝的1/10，TC4的热导率l=7.955W/m·K。
线膨胀系数=7.89*10-6℃，比热=0.612cal/g·℃。
钛合金的弹性模量较低。
TC4的弹性模量E=110GPa，约为钢的1/2，故钛合金加工时容易产生变形。
TC4(Ti-6Al-4V)和TA7(Ti-5Al-2.5Sn)钛合金，采用两种注入方案进行表面改性，试验表明，钛合金经离子注入后，提高了显微硬度，显著地降低了滑动摩擦系数，有效地提高了耐磨性.为探明其改性机理，对注入与未注入样品进行了X 射线光电子能谱(XPS)分析，获得满意的结果.TC4 热膨胀系数：TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用。
TC4钛合金力学性能：抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面收缩率ψ(%)≥25TC4钛合金密度:4.5（g/cm3）工作温度-100～550（℃）TC4钛合金化学成分:TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5～6.8,钒(V)3.5～4.5TC4 介绍TC4钛合金： 属于(a+b)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能。
TC4钛合金化学成分: TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5～6.8,钒(V)3.5～4.5TC4钛合金密度: 4.5（g/cm3）工作温度-100～550（℃）TC4 热膨胀系数: TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点。
钛及钛合金标准与钛十大性能
钛作者：商占法介绍钛是一种金属元素，灰色，原子序数22，相对原子质量47.87。
能在氮气中燃烧，熔点高。
钛的密度为4.54g／cm3，比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。
机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。
钛耐高温，比黄金和钢都高的多。
钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工作和航海工业，在石油化工行业也有较多的应用。
钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半，钛虽然稍稍比铝重一点，它的硬度却比铝大2倍。
现在，在宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁。
据统计，目前世界上每年用于宇宙航行的钛，已达一千吨以上。
极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。
钛的耐热性很好，熔点高达1660℃℃。
在常温下，钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中。
就连最凶猛的酸——王水，也不能腐蚀它。
钛不怕海水，有人曾把一块钛沉到海底，五年以后取上来一看，上面粘了许多小动物与海底植物，却一点也没有生锈，依旧亮闪闪的。
现在，人们开始用钛来制造潜艇——钛潜艇。
由于钛非常结实，能承受很高的压力，这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行在常温下，钛不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀；只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。
钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性，故多用作飞机发动机零件和火箭、导弹结构件。
钛合金还可作燃料和氧化剂的储箱以及高压容器。
现在已有用钛合金制造自动步枪，迫击炮座板及无后座力炮的发射管。
在石油工业上主要作各种容器、反应器、热交换器、蒸馏塔、管道、泵和阀等。
钛可用作电极和发电站的冷凝器以及环境污染控制装置。
钛镍形状记忆合金在仪器仪表上已广泛应用。
在医疗中，钛与人体有很好的相容性,可作人造骨头和各种器具。
钛还是炼钢的脱氧剂和不锈钢以及合金钢的组元。
钛白粉是颜料和油漆的良好原料。
碳化钛，碳（氢）化钛是新型硬质合金材料。
氮化钛颜色近于黄金，在装饰方面应用广泛。
紧固件用钛及钛合金棒材和丝材技术要求
供应状态
退火（M） 热加工（R）、固溶（ST） 热加工（R）、退火（M）
直径
2.0～10.0 6.0～20.0 3.0～20.0
长度 ≥1000
4.2 化学成分
4.2.1 棒材和丝材的化学成分应符合 GB/T 3620.1 的规定。 4.2.2 需方从棒材和丝材上取样进行化学成分复验时，化学成分允许偏差应符合 GB/T 3620.2 的规定。
紧固件用钛及钛合金棒材和丝材技术要求
1 范围
本文件规定了紧固件用钛及钛合金棒材和丝材的要求、试验方法、检验规则和包装、标志、运输、 贮存及随性文件与订货单（或合同）内容。
本文件适用于紧固件用钛及钛合金棒材和丝材（以下简称棒材和丝材）。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
钛及钛合金
钛及钛合金
3. (α+β)钛合金
（α+β）钛合金除含有铬、钼、钨等促使β相稳定的元素外，还含有 锡、铝等促使α相稳定的元素。在冷却到一定温度时，发生β→α相转变， 室温下为α+β两相组织。
（α+β）钛合金的强度、耐热性和塑性都比较好，并可以进行热处理 强化，应用范围较广。（α+β）钛合金的牌号有TC1、TC2、TC3、TC4、 TC6等。其中以TC4（钛铝钒合金）用途最广、经淬火（930 ℃加热）和 时效处理（540 ℃，2 h）后，其R m可达1 274 MPa、A>13％，并有 较高的蠕变抗力、低温韧性和良好的耐蚀性。TC4合金适于制造在400 ℃ 以下和低温下工作的零件，如火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料容 器等。
钛及钛合金
常用钛合金的牌号、力学性能和用途见表1-9。
钛及钛合金
钛及钛合金是20世纪50年代出现 的一种新型结构材料。由于钛的密度 小，强度高，耐高温，耐蚀，资源丰 富，现已成为航天、化工和国防工业 生产中广泛应用的材料。
一、 工业纯钛 1. 纯钛的性能
钛及钛合金
纯钛呈银白色，密度为4.508×103 kg/m3，熔点为1 677 ℃， 热膨胀系数小。纯钛塑性好，强度低，容易加工成形。结晶后有同 素异构转变，在加热到882 ℃时，由密排六方晶格的α-钛转变为体 心立方晶格的β-钛。钛与氧和氮的亲和力较大，非常容易与氧和氮 结合形成一层致密的氧化物和氮化物薄膜，其稳定性高于铝及不锈 钢的氧化膜，故在许多介质中钛的耐蚀性比不锈钢更优良，尤其是 抗海水腐蚀的能力非常突出。
2. β钛合金
钛及钛合金
β钛合金中主要加入铜、铬、钼、钨和铁等促使β相稳定 的元素，在正火或淬火时容易将高温β相保留到室温组织， 得到较稳定的β相组织。β钛合金具有良好的塑性，在540 ℃ 以下具有较高的强度，但其生产工艺复杂，合金密度大，故 在生产中用途不广。
ti6al4v标准
ti6al4v标准
Ti-6Al-4V钛合金是一种常用的钛合金材料，其标准如下：
1. 化学成分：Ti-6Al-4V钛合金的化学成分要求符合GB/T 3620.1的规定。
其中，钛(Ti)的含量为余量，铁(Fe)的含量不超过0.30%，碳(C)的含量不超过0.08%，氮(N)的含量不超过0.05%，氢(H)的含量不超过0.015%，氧(O)的含量不超过0.2%。
另外，铝(Al)的含量在5.5%～6.75%之间，钒(V)的含量在3.5%～4.5%之间。
其他元素的含量也有一定的限制，单个元素含量不超过0.1%，总和不超过0.4%。
2. 力学性能：Ti-6Al-4V钛合金的力学性能要求符合相关标准。
其中，屈服强度(σs/MPa)应不小于825，拉伸强度(σb/MPa)应不小于895，断后伸长率(δ5/%)应不大于10，断面收缩率(ψ/%)应不小于25。
3. 热处理工艺：Ti-6Al-4V钛合金的热处理工艺包括加热温度、保温时间和冷却方式等。
通常，加热温度为700℃～800℃，保温时间为1小时～3小时，冷却方式为空冷。
总的来说，Ti-6Al-4V钛合金具有优良的耐蚀性、较小的密度、高的比强度以及良好的韧性和焊接性等优点，被广泛应用于航空航天、石油化工、医疗器械等领域。
钛合金 TC10材料技术要求
1030
σ0.2MPa
900
900
δ5%
12
12
12
Ψ%
30
25
akuJ/cm2
冷弯角
验收标准
GB/T 3624-1995
GB/T 2965-1996
高温短时性能试验值
温度℃
20℃
250℃
350℃
400℃
450℃
500℃
σb
1100～
1150
913
880
≥833
800
700
σ0.2
1060
743
1.5
～
2.5
5.5
～
6.5
0.35
～
1.00
0.35
～
1.00
≤0.10
≤0.04
≤0.015
≤0.20
用途
用作拉筋。
毛坯类型
无缝管材
热锻，轧棒材
进厂状态
冷轧，退火
热轧（R）
热锻
热
处理
代码
0
0
参数
GB/T3625-1995
GB/T2965-1996
毛坯截面尺寸
试样取样位置
力学性能不低于
σbMPa
1030
600℃
E GPa
108
100
98
90
密度
kg/m3
4530
工艺性能
冶炼
二次真空自耗电弧炉熔炼铸锭。
锻造
铸锭开坯后，经热锻，热挤，热轧成型。
热处理
700～800℃；1h，空冷。
焊接
可进行各种形式的焊接。
冷加工
说明
热处理对Ti-10V-2Fe-3Al钛合金力学性能的影响
热处理对Ti-10V-2Fe-3Al钛合金力学性能的影响摘要：Ti-10V-2Fe-3Al合金是一种近β型钛合金，由于具有高强、高韧、高比强度、深淬透性和优良的热加工性在航空航天领域具有广泛的应用前景。
与目前航空航天领域用量最大的Ti-6Al-4V合金相比，Ti-10V-2Fe-3Al合金的β转变温度一般为790℃～815℃，比Ti-6Al-4V合金的β转变温度大约低100℃。
在β转变温度附近变形的流动应力与Ti-6Al-4V合金935℃变形的流动应力相当，可用于生产各类棒材、板材、锻件等产品，尤其适用于制造316℃以下工作的发动机零件。
与锻造等加工工艺相比，热处理能够在不改变工件的尺寸结构和化学成分的前提下，有效改善工件内部的微观组织，最终获得优良的使用性能和工艺性能，达到提升产品质量、延长使用寿命的目的。
关键词：热处理；Ti-10V-2Fe-3Al钛合金；力学性能；影响引言钛及钛合金具有高比强度、高塑性、耐高温、耐腐蚀、可焊接等优良的综合性能，在航空工业领域得到广泛的应用。
损伤容限设计是当前先进飞机结构设计规范的核心方法之一。
钛合金经β热处理加工后，因具有高断裂韧性、高疲劳裂纹扩展门槛值和低裂纹扩展速率等损伤容限性能，被大量用于制造新一代先进战机的关键结构承力部件，由此显著提高战机的安全性和飞行性能。
在钛合金力学性能研究方面，人们结合万能材料试验机、分离式霍普金森杆等装置开展了该类材料的静动态力学性能实验，并结合有限元分析工具进行了材料性能的数值模拟，研究了固溶、时效等热处理工艺对材料静、动态力学性能的影响。
证实了固溶温度在相变点附近时会改变钛合金动态压缩性能且时效处理会提高钛合金的动态屈服强度。
在Ti-10V-2Fe-3Al应变率范围内，该材料具有明显的应变率强化效应和一定的应变硬化效应。
1.时效温度对钛合金拉伸性能的影响钛合金通过固溶处理获得过饱和固溶体，然后在时效过程中，第二相通过形核和核长大的方式在过饱和固溶体中析出，起到时效强化、提高合金强度的作用。
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钛及钛合金棒材室温力学性能
(摘自GB/T2965—1996)
牌号
室温力学性能≥
热处理制度
(加热温度、保温时间，冷却方式)
抗拉强度 σb/MPa 规定残余伸长应力 σr0.2/MPa 伸长率 δ5(%) 断面收缩率
ψ(%)
TA0 280 170 24 30
600～700℃，1～3h，空冷
TA1 370 250 20 30
TA2 440 320 18 30
TA3 540 410 15 25
TA5 685 585 15 40
700～850℃，1～3h，空冷
TA6 685 585 10 27
750～850℃，1～3h，空冷
TA7 785 680 10 25
TA9 370 250 20 25
600～700℃，1～3h，空冷
TA10 485 345 18 25
TB2
≤980
820 18 40
淬火：800～850℃，30min，空
冷或水冷
1370 1100 7 10
时效：450～500℃，8h，空冷
TC1 585 460 15 30
700～850℃，1～3h，空冷
TC2 685 560 12 30
TC3 800 700 10 25
700～800℃，1～3h，空冷
TC4 895 825 10 25
TC6 980 840 10 25
870±10℃，1～3h，炉冷室
650℃，2h，空冷
TC9 1060 910 9 25
950～1000℃，1～3h，空冷+530
±10℃，6h，空冷
TC10
1030 900 12 25
700～800℃，1～3h，空冷
1030 900 12 30
TC11 1030 900 10 30
950±10℃，1～3h，空冷+530±
10℃，6h，空冷
TC12 1150 1000 10 25
700～850℃，1～3h，空冷
钛及钛合金棒材高温力学性能
(摘自GB/T2965—1996)
牌号 试验温度 /℃ 高温力学性能≥ 抗拉强度 σb/MPa 持久强度
σ
100h σ35h
TA6 350 420 390 —
TA7 350 490 440 —
TC1 350 345 325 —
TC2 350 420 390 —
TC4 400 620 570 —
TC6 400 735 665 —
TC9 500 785 590 —
TC10 400 835 785 —
TC11 500 685 — 640
TC12 500 700 590 —