鈦合金分類

一般將鈦合金劃分為型、+;型,、;型鈦合金,。根據(jù)鈦合金從;相區(qū)淬火后的相組成與;穩(wěn)定元素含量關系的示意圖,，如圖1所示。鈦合金劃分為以下六種類型,，各類鈦合金的主要特征如圖2所示,。

型鈦合金：包括工業(yè)純鐵和只含穩(wěn)定元素的合金；

近型鈦合金：;穩(wěn)定元素含量小于C1的合金,；

馬氏體+;型鈦合金：;穩(wěn)定元素含量從C1到Ck的合金,，這類合金可以簡稱為+;型鈦合金,；

近亞穩(wěn)定;型鈦合金：;穩(wěn)定元素含量從Ck到C3的合金，這類合金可以簡稱為近;型鈦合金,；

亞穩(wěn)定;型鈦合金：;穩(wěn)定元素含量從C3到C;的合金,，這類合金可以簡稱為;型鈦合金；

穩(wěn)定;型鈦合金：;穩(wěn)定元素含量超過C;的合金,，這類合金可以簡稱為全;型鈦合金,。

圖1 鈦合金從;相區(qū)淬火后的相組成與;穩(wěn)定元素含量關系示意圖

圖2 各類鈦合金的主要特征

圖3所示為整個相圖中總體上各合金的抗拉強度分布水平（退火狀態(tài)和固溶時效狀態(tài)）和顯微組織的變化規(guī)律。在C_kp附近的合金具有最細,、最均勻的顯微組織和最高的強度等級,。成分和顯微組織對鈦合金的性能起著決定性的作用。對鈦合金的成分-組織-性能的研究中已經(jīng)逐步從定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)槎垦芯俊?/span>

圖3 鈦合金;穩(wěn)定元素含量與組織,、性能的關系

Ⅰ-退火狀態(tài),；Ⅱ-固溶時效狀態(tài)

鈦的合金元素

純鈦的塑性高，但強度很低,，限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應用,。為了滿足實際生產(chǎn)中高強度、耐腐蝕性等要求,，人們向純鈦中添加一些合金元素形成鐵合金,。根據(jù)合金元素和雜質(zhì)對鈦的;轉(zhuǎn)變溫度的作用性質(zhì)進行分類，可分為穩(wěn)定元素,、;穩(wěn)定元素和中性元素,，形成的四種類型的相圖示意圖，如圖4所示,。

圖4 合金元素對鈦合金相圖的影響示意圖

    穩(wěn)定元素  

提高;轉(zhuǎn)變溫度,，擴大相區(qū)，增大相穩(wěn)定性的元素稱為穩(wěn)定元素［見圖4(a)］,。穩(wěn)定元素主要包括：合金元素鋁,、鎵、鍺,、硼和雜質(zhì)元素氧,、氮、碳等,。鋁是工業(yè)中最常用的穩(wěn)定元素,，通過置換固溶強化，加入適量的鋁元素可以提高室溫和高溫強度以及熱強性,。因此,，國內(nèi)外各種類型的鈦合金中幾乎都添加了適量的鋁。但是，鋁含量超過7wt.％后,，易形成脆性的Ti_3Al相,，在合金設計中要避免。鎵和鍺元素在實際生產(chǎn)中很少采用,。硼元素被稱為特殊鋼的維生素,，在鈦合金中添加少量的硼可以細化晶粒，改善合金的性能,。雜質(zhì)元素氧,、氮能大幅度提高鈦的強度，同時也嚴重降低合金的塑性,，因此,，在實際生產(chǎn)中要嚴格限制其含量。碳元素對合金的強度及塑性影響較小,，生產(chǎn)中比較容易控制,。

  同晶型;穩(wěn)定元素  

與鈦具有相同的晶格結(jié)構(gòu)和相近的原子半徑，降低;轉(zhuǎn)變溫度,，在;相中無限固溶,，擴大;相區(qū)，增大;相穩(wěn)定性的元素稱為同晶型;穩(wěn)定元素［見圖4(b)］,。它包括鉬,、釩、鈮,、鉭等元素,。其中，鉬的強化作用最明顯,，可提高室溫和高溫強度,，增加淬透性，并提高含鉻和鐵的合金的熱穩(wěn)定性,。鉬和釩的應用最廣泛,。鈮的強化作用較弱，但也經(jīng)常在鈦合金中添加,，特別是在Ti-Al系金屬間化合物中添加鈮以提高塑性和韌性。鉭的強化作用最弱,，且密度大,，因而只有少量合金中添加以提高抗氧化性和抗腐蝕性。

  共析型;穩(wěn)定元素  

降低;轉(zhuǎn)變溫度,，擴大;相區(qū),，還會引起共析轉(zhuǎn)變的元素，稱為共析型;穩(wěn)定元素［見圖4(c)］,。這類元素包含的范圍較廣,，且共析反應速度相差十分大,。其中，鉻,、錳,、鐵等元素與鈦共析反應溫度較低，轉(zhuǎn)變速度極慢,，在一般熱處理條件下轉(zhuǎn)變難以進行,，故稱為非活性共析型元素；反之,，硅,、銅、氫,、鎳,、銀等元素，共析轉(zhuǎn)變速度極快,，淬火也無法抑制其進行,，故不能將;相穩(wěn)定到室溫，稱為活性共析型元素,。鐵是最強的;穩(wěn)定元素之一,，但熱穩(wěn)定性不好，熔煉時易產(chǎn)生偏析,，因而應用較少,，某些低成本的鈦合金中可以添加鐵元素替代昂貴的釩。鉻是廣泛添加的元素之一,，加鉻的合金具有高的強度和好的塑性,，并可熱處理強化，但某些條件下會因析出化合物而降低塑性,。錳是早期合金設計廣泛使用的元素,，可提高強度和塑性，但某些條件下產(chǎn)生共析分解,，不穩(wěn)定,。硅是提高熱強性和耐熱性的重要微量元素之一，大多數(shù)高溫鈦合金中都會添加,，但一般不超過0.5%,。氫作為有害元素要嚴格控制，其主要原因是析出氫化物造成氫脆,。其他的元素銅,、鎳、銀等應用很少。

  中性元素  

對;轉(zhuǎn)變溫度的影響不大的元素稱為中性元素,，主要有鋯,、鉿和錫。鋯和鉿與鈦的性質(zhì)相似,，原子尺寸也十分接近,，能在相和;相中無限固溶。鋯的室溫強化作用弱,，但高溫強化作用強,，通常用于熱強鈦合金；錫的室溫強化更弱,，會發(fā)生共析反應,，但能提高熱強性。

雜質(zhì)元素對鈦和鈦合金的影響

鈦中的雜質(zhì)含量對鈦的力學性能影響很大,，雜質(zhì)含量增多,，可以提高其強度而降低塑性。氧,、碳,、氮是鈦中經(jīng)常存在的雜質(zhì)，它們能提高鈦的強度而降低其塑性,，其中氮的影響最大,，碳最小。

氫對鈦的力學性能的影響主要體現(xiàn)在氫脆上,。在鈦中,，氫的含量達到一定數(shù)值后，將大大提高鈦對缺口的敏感性,，從而急劇降低缺口試樣的沖擊韌性等性能,。一般認為，鈦中氫的質(zhì)量分數(shù)應低于0.007%~0.008%,，而不允許高于0.0125%~0.015%,，因為高于這個含量，在組織上將析出氫化物,，并出現(xiàn)明顯的氫脆現(xiàn)象,。

除氧、碳,、氮外,，對提高鈦的強度影響較大的元素是硼、鈹和鋁,。其他元素對鈦的強度影響不那么強烈，影響程度依次為：鉻、鈷,、鈮,、錳、鐵,、釩和錫,。