- 產地:進口
- 種類:多種
- 牌號:TC3、TC4、TC5
- 鈦含量:100%
(1)同晶型β穩定元素 晶格類型與β-Ti相同,能降低鈦的同素異晶轉變溫度,在β-Ti中無限固溶,擴大β相區,即增大β相穩定性的元素,稱為同晶型β穩定元素。鉬、釩、鈮、鉭等元素屬這一類(圖2(b))。
(2)共析型β穩定元素 能降低鈦的同素異晶轉變溫度,擴大β相區,但只能在β-Ti中有限固溶,并引起共析轉變的元素,稱為共析型β穩定元素(圖2(c))。這類元素包括范圍較廣,且共析反應速度相差十分懸殊。鉻、錳、鐵等元素與鈦共析反應溫度較低,轉變速度極慢,在一般熱處理條件下轉變難以進行,故也稱為非活性共析型元素;反之,硅、銅、氫、鎳、銀等元素,共析轉變速度極快,淬火也無法抑制其進行,故不能將β相穩定到室溫,相應稱為活性共析元素。
(3)中性元素 鋯、鉿兩種元素與鈦性質相似,原子尺寸也十分接近,在α-Ti和β-Ti中都能無限固溶,對鈦的同素異晶轉變溫度影響不大,因而稱為中性元素(圖2(d))。生產中,錫也歸入中性元素。
3.合金元素對組織和性能的影響
(1)α鈦合金 若要使鈦合金退火組織由單相α構成,添加元素應以α穩定元素為主。工業上,主要靠加入鋁獲得α鈦合金。因此,此類鈦合金,多半屬于鈦-鋁系。添加合金元素鋁是因為鋁有較低的密度,能抵消加入合金中重過渡金屬元素對鈦合金密度的影響作用。鋁能顯著地使室溫和高溫下的α相強化,但加入量過多會出現Ti3Al相而引起脆性,因此,鋁的添加量一般不超過7%(質量)。為進一步改善α-Ti合金的耐熱性,鈦-鋁系合金中還添加鋯、錫等中性元素和少量的β穩定元素。
α鈦合金為單相合金,不能熱處理強化,只有中等水平的室溫強度。但由于這類合金的組織穩定,抗蠕變性能好,可在較高溫度下長期穩定地工作,是創制新型耐熱鈦合金的基礎。
航空工業常用的α鈦合金有TA4,TA5,TA6和TA7等。TA7可用來制作承力較大的鈑金件和鍛件。
對于α鈦合金,惟一的熱處理方式是退火。
(2)β鈦合金 是退火組織完全由β相構成的合金。從鈦與同晶型β穩定元素的狀態圖(圖3)可知,要得到單相β組織,合金中β穩定元素的含量必須大于Cβ,才能使β轉變溫度降低到室溫或室溫以下。據實驗結果,要使合金的β轉變溫度下降到600℃,應分別加入30%Mo,或70%V,或50%Nb,或70%Ta;如要將β轉變溫度下降到溫室,則加入量還要更大。這樣就可能使鈦由主要元素變為非主要元素,加大合金密度,降低比強度。所以,穩定的β鈦合金在工業上并沒有多大的實際意義。目前,穩定型β合金只有作耐蝕材料的Ti-32Mo。
工業常用的β鈦合金是亞穩定型近β鈦合金。這類合金中β穩定元素含量無須大于Cβ,而只要大于CKB。這是因為此類合金當其加熱到β相區淬火時,將發生馬氏體轉變,和鋼一樣,鈦合金中馬氏體轉變也有一個開始溫度Ms和轉變終了溫度Mf,它們隨合金中β穩定元素含量的增加而降低,當β穩定元素含量超過CKB時,Ms下降到室溫。通常將CKB稱為臨界濃度(圖3)。亞穩定近β鈦合金在固溶狀態有良好的工藝塑性,便于加工成形,時效處理后可獲得很高的強度性能。例如TB2(Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al)合金,固溶狀態σb<1000MPa,δ≥20%;時效后σb≈1350MPa,δ≥8%。
目前,國內試制的亞穩定近β鈦合金牌號有:TB1,TB2,Ti-22,Ti-15-3,Ti-1023等,主要用于緊固件和飛機結構件。這類合金的缺點是對雜元素敏感性高,組織不夠穩定,耐熱性較低,不宜在高溫下使用。另外,該類合金的冶金工藝也較一般合金復雜,焊接性較差。
(3)(α+β)鈦合金 該合金退火組織由(α+β)兩相組成。它兼有α和β鈦合金的優點,即具有較高的耐熱性,熱加工較容易并能通過熱處理強化。(α+β)型合金的優點是可以通過調整成分,使合金的組織,即α相和β相的性質與比例在很寬的范圍內變動,從近α型直到近β型合金,以滿足不同的設計和使用要求。
從成分上,(α+β)合金一般是以Ti-Al為基再添加適量的β穩定元素。因在周期表中具有實用價值的合金元素當中大多屬β穩定的組元,故(α+β)型合金成分的選擇余地遠遠超過α合金。如在我國冶標中規定的(α+β)鈦合金,就分別屬于:
(α+β)鈦合金的性能不僅與β穩定元素含量而且還與熱處理方式有關(見圖4)。由圖可見α+β合金的強度在較大范圍內是可調整的,只要控制合金成分和選擇適當的熱處理方法,就能獲得不同的組織形態,從而具有不同的性能水平。
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