钛合金

 

1、分类

钛是同素异构体，熔点为1668℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。运用钛的上述两种结构的不同特色，添加恰当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐步改变而得到不同组织的钛合金（titanium alloys）。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。我国别离以TA、TC、TB表示。

α钛合金

它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下仍是在较高的实践运用温度下，均是α相，组织安稳，耐磨性高于纯钛，抗氧化才干强。在500℃～600℃的温度下，仍坚持其强度和抗蠕变功用，但不能进行热处理强化，室温强度不高。

β钛合金

它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热安稳性较差，不宜在高温下运用。

α+β钛合金

它是双相合金，具有出色的概括功用，组织安稳性好，有出色的耐性、塑性和高温变形功用，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状况提高50%～100%；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期作业，其热安稳性次于α钛合金。

三种钛合金中较常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性较好，α+β钛合金次之，β钛合金较差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC。

钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金（钛-钼，钛-钯合金等）、低温合金以及特别功用合金（钛-铁贮氢资料和钛-镍回忆合金）等。典型合金的成分和功用见表。

热处理 钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细微等轴组织具有较好的塑性、热安稳性和疲劳强度；针状组织具有较高的耐久强度、蠕变强度和开裂耐性；等轴和针状混合组织具有较好的概括功用。

2、功用

钛是一种新式金属，钛的功用与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，较纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。99.5%工业纯钛的功用为：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，伸长率δ=25%，断面缩短率ψ=25%，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。

强度高

钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，纯钛的密度才挨近一般钢的密度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构资料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都运用钛合金。

热强度高

运用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能坚持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期作业这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度显着下降。钛合金的作业温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。

抗蚀性好

钛合金在湿润的大气和海水介质中作业，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优秀的抗腐蚀才干。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。

低温功用好

钛合金在低温文超低温下，仍能坚持其力学功用。低温功用好，空地元素极低的钛合金，如TA7，在-253℃下还能坚持必定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构资料。

化学活性大

钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生剧烈的化学反应。含碳量大于0.2%时，会在钛合金中构成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会构成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧构成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会构成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15 mm，硬化程度为20%～30%。钛的化学亲和性也大，易与冲突表面产生粘附现象。

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导热弹性小

钛的导热系数λ=15.24W/（m.K）约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的2～3倍，形成刀具后刀面的剧烈冲突、粘附、粘结磨损。