钛合金的优缺点(钛及钛合金的分类及缺优点)

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钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金.钛有两种同质异晶体；钛是同索异构体，熔点为1720°C在低于882°C时呈密排六方晶体格结构，称为a钛；在882°C以上呈体心立方品格结构，称为B钛，利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（itaniumalloys）。

钛合金—合金元素

钛合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：①稳定a相，提高相转变温度的元素为a稳定元素，有铝、镁、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度，降低比重、增加弹性摸量有明显效果。②稳定B相、降低相变温度的元素为B稳定元素。又可分同晶型和共析型二种，前者有钼、铌、钒等：后者有铬、锰、铜、硅等。③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。

钛合金—分类

a钛合金

它是a相固熔体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是a相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强，在500°C~600°C的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。

B钛合金

它是B相固熔体组成的单相合金，未热处理却具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372~1666MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。

a＋B钛合金

它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能能较好的进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%~100%；高温强度高，可在400°C~500°C的温度下长期工作。其热稳定性次于a钛合金。

三种钛合金中最常用的是a钛合金和a＋B钛合金；a钛合金的切割加工件最好，a＋B钛合金次之，B钛合金最差。a钛合金代号为TA，B钛合金代号为TB，a＋B钛合金代号为TC。钛合金按照用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金（钛-钼，钛-钯合金等）、低温合金以及特殊功能合金（钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金）等。典型合金的成分和性能。

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。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度；针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性；等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。

钛合金—性能

钛是一种新型金属，钛的性能与所含的碳、氢、氧等杂质有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。99.5%工业纯钛的性能为：密度P=4.5g/cm3，熔点为1800°C，导热系数λ=15.24W/(M.K),抗拉强度σ b=539MPa，伸长率:δ =25%，断面收缩率ψ=25%，弹性摸量E=1.078×105MPa，硬度HB195。

比强度高

钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60%，纯钛的强度接近普通钢的强度，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材料，可制出单位强度高、韧性好、质轻的零、部件、在飞机发动机结构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。

热强度高

使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度，可在450-500°C的温度下长期工作这两类钛合金在150°C-500°C范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150°C时比强度明显下降，钛合金的工作温度可达500°C，铝合金则在200°C以下。

抗蚀性好

钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其他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，硫酸等有优良的抗腐蚀能力，但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。

低温性好

钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能，低温性能好，间隙元素极低的钛合金，如TA7，在－253°C下还能保持一定的塑性，因此，钛合金业是一种重要的低温结构材料。

化学活性大

钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用会形成TiN硬质表层；

在600°C以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1-0.15mm，硬化程度为20%·30%。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生的黏附现象。

导热系数小、弹性摸量小

钛的导热系数λ=15.2W/（M,K)约为镍的1/4，铁的5/1，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%，钛合金的弹性摸量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切割时加工表面的回弹量大，约为不锈钢的2·3倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、黏附、粘结磨损。

钛合金具有强度高而密度小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在加热工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还是抗磨性差，生产工艺复杂，钛的工业生产是1948年开始的，航空工业发展的需要，使钛行业以平均每年约8%的增长速度发展。世界钛合金加工材料产量已达4万余吨，钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V（TC4），Ti-5Al-2.55n（TA7)和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）

钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业种应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器石油精炼和海水淡化的加热器以及环保污染控制控制装置等，钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。