金属材料-6 钛合金.ppt

第七章 钛及钛合金;一、钛及钛合金的基本状况;1. 简介;航空航天器常用：压力容器、贮箱、发动机壳体和喷管 地壳中储量丰富，仅次于铝、铁、镁。 强度与优质钢相近，但密度仅有4.5g/cm3，比强度最高 高温（400-500℃）性能较铝合金、镁合金好 抗蚀性可与不锈钢媲美，酸性介质中的耐蚀优于不锈钢 生物相容性好，人造骨头，关节、心脏起搏器等 500 ℃以上高温下软化 高温化学性质活泼、熔炼困难、加工困难 用镁热法还原TiCl4生成海绵钛;2. 产量与用量;世界钛的主要应用领域;我国钛材产量及用途;;与俄、美相比，品种少、规格不全 大型主承力结构件用钛合金基本为空白； 缺少满足使用要求的厚板； 没有航母用高强(1250MPa)、高韧、可焊、耐蚀的钛合金(国外?21S合金);3. 基本性能;两个最为显著的优点; (1) 钛的原子构造及晶体结构; (2) 钛的电性能; (3) 钛的热性能;(4) 钛的化学及腐蚀性能;;; (5) 钛的力学性能;;;二、钛的分类与牌号;1. 工业纯钛系;工业纯钛的牌号与杂质含量;2. 变形钛合金;淬火后的相组成与β稳定元素含量关系;各类钛合金的主要特征;?型和近?型;?型和近?型;马氏体?+β型钛合金;近β与β型钛合金;主要钛合金的相对位置;强度水平和显微组织的变化规律;其他分类方法;合金化：三大类元素 提高转变温度、扩大?区且在?中大量固溶---稳定?元素 降低转变点、扩大?区且在?中大量固溶---稳定?元素 对转变温度影响小，在?、?均大量溶解---中性元素;α相稳定元素和中性元素主要对α-Ti进行固溶强化。β相稳定元素对α-Ti也有固溶强化作用。改变α和β相的组成量，从而控制钛合金的性能，该类元素是可热处理强化钛合金中不可缺少的。;α+β型钛合金的退火组织为α+β。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。; β型钛合金以TB加顺序号表示其合金的牌号。合??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。 ①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； ②该类合金的淬透性高； ③化学成分偏析严重，实际应用的以TB2为主 ;1 钛合金热处理应注意的问题;2 钛合金的退火;1：?→?’六方马氏体、稍高强、针 2：?→?’’斜方马氏体、软但可时效 3：?→?’’+/? 4：?→?六方、硬脆性相、颗粒、塑性低 5：?→?’过饱和的?（固溶处理）;五、工业钛合金;(1) 基本特征 含Ti量高于99%，可直接作结构材料，TAx 885OC时?→?多型性转变；1672OC熔化 导电、导热率低 弹性模量只约Fe、Ni的一半，不利于结构刚度 活泼，但室温生成致密氧化膜， 600℃以下防氧化 在HF、H2SO4、HCl、正磷酸和某些有机酸中易被腐蚀 高温下，钛与除惰性气体以外的所有气体反应， 熔体只与ThO2不反应（熔炼用坩锅？）;(2) 显微组织 从β相区缓冷为单一?组织； 快冷(200/s)发生马氏体相变，获得针状??组织； 从?+β相区快冷，会获得不同比例的?+??组织。 (3)熔炼与铸造工艺 两次以上真空自耗电弧炉熔炼 (4)热变形工艺 1000～1050℃铸锭开坯，每火40～50%； 900～950℃毛坯锻造，30～40%变形量，终锻温度高于650℃，其后815℃(低于转变温度95℃);(5) 组织与力学性能： ?区加工退火获得等轴晶 ?区深冲时， ?从?中呈针状析出，强度增加而塑性降低 ?区淬火(很少采用)得到针状?‘马氏体，强度升高但不稳定 工业纯钛的强度随杂质量提高，TA3与调制钢水平接近 高温下，强度迅速下降（污染变脆） 屈强比σ0.2/σb=0.7-0.9，回弹大，不利于冷加工 疲劳强度高、耐磨性差、摩擦系数大 工业纯钛多为板、棒产品，制造350℃以下工作的零件 飞机蒙皮、隔热板等;2、TA12钛合金;TA12的基本力学性能;3、TC4钛合金;优异的综合性能和良好的工艺特性。具有中等的室温和高温强度，良好的蠕变抗力和热稳定性，较高的疲劳性能和海水中的裂纹扩展抗力，以及满意的断裂韧性和热盐应力腐蚀性能，对氢的敏感性也比TC2、TCl合金为小，适于制造从-196～450℃温度范围内工作的