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　　鈦合金出廠狀態、相關參數和注意事項

　　

　　以鈦為基加入適量其他合金元素組成的合金。耐海水腐蝕性優異。鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。20世紀50～60年代，主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金，70年代開發出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展。耐熱鈦合金的使用溫度已從50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出現，使鈦在發動機的使用部位正由發動機的冷端（風扇和壓氣機）向發動機的熱端（渦輪）方向推進。結構鈦合金向高強、高塑、高強高韌、高模量和高損傷容限方向發展。另外，20世紀70年代以來，還出現了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形狀記憶合金。

　　

　　個實用的鈦合金是1954年美國研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業中的王牌合金，該合金使用量已占全部鈦合金的75%～85%。其他許多鈦合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。

　　

　　目前，世界上已研制出的鈦合金有數百種，著名的合金有20～30種，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等

　　

　　鈦是同素異構體，熔點為1720℃，在低于882℃時呈密排六方晶格結構，稱為α鈦；在882℃以上呈體心立方晶格結構，稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點，添加適當的合金元素，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金（titaniumalloys）。室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類：α合金,(α+β)合金和β合金。中國分別以TA、TC、TB表示。

　　

　　α鈦合金它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實際應用溫度下，均是α相，組織穩定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強。在500℃～600℃的溫度下，仍保持其強度和抗蠕變性能，但不能進行熱處理強化，室溫強度不高。

　　

　　β鈦合金它是β相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強度，淬火、時效后合金得到進一步強化，室溫強度可達1372～1666MPa；但熱穩定性較差，不宜在高溫下使用。

　　

　　α+β鈦合金它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進行熱壓力加工，能進行淬火、時效使合金強化。熱處理后的強度約比退火狀態提高50%～100%；高溫強度高，可在400℃～500℃的溫度下長期工作，其熱穩定性次于α鈦合金。

　　

　　三種鈦合金中常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性好，α+β鈦合金次之，β鈦合金差。α鈦合金代號為TA，β鈦合金代號為TB，α+β鈦合金代號為TC。

　　

　　鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強合金、耐蝕合金（鈦-鉬，鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等。

　　

　　熱處理鈦合金通過調整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認為細小等軸組織具有較好的塑性、熱穩定性和疲勞強度；針狀組織具有較高的持久強度、蠕變強度和斷裂韌性；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。

　　

　　鈦是一種新型金屬，鈦的性能與所含碳、氮、氫、氧等雜質含量有關，純的碘化鈦雜質含量不超過0.1%，但其強度低、塑性高。

　　

　　強度高鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右，僅為鋼的60%，純鈦的強度才接近普通鋼的強度，一些高強度鈦合金超過了許多合金結構鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大于其他金屬結構材料。

　　

　　熱強度高使用溫度比鋁合金高幾百度，鈦合金的工作溫度可達500℃，鋁合金則在200℃以下。

　　

　　抗蝕性好鈦合金在潮濕的大氣和海水介質中工作，其抗蝕性遠優于不銹鋼；對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強；對堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優良的抗腐蝕能力，但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質的抗蝕性差。

　　

　　低溫性能好鈦合金在低溫和超低溫下，仍能保持其力學性能。低溫性能好,間隙元素極低的鈦合金,如TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性。因此，鈦合金也是一種重要的低溫結構材料。

　　

　　化學活性大鈦的化學親和性也大，易與摩擦表面產生粘附現象。

　　

　　導熱系數小、彈性模量小鈦的導熱系數λ=15.24W/（m.K）約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導熱系數比鈦的導熱系數約下降50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2，故其剛性差、易變形，不宜制作細長桿和薄壁件，切削時加工表面的回彈量很大，約為不銹鋼的2～3倍，造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結磨損。

　　

　　高溫鈦合金世界上個研制成功的高溫鈦合金是Ti-6Al-4V，使用溫度為300-350℃。隨后相繼研制出使用溫度達400℃的IMI550、BT3-1等合金，以及使用溫度為450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地應用在軍用和民用飛機發動機中的新型高溫鈦合金有.英國的IMI829、IMI834合金；美國的Ti-1100合金；俄羅斯的BT18Y、BT36合金等。表7為部分新型高溫鈦合金的高使用溫度。

　　

　　鈦鋁化合物為基的鈦合金與一般鈦合金相比，鈦鋁化合物為基鈉Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金屬間化合物的大優點是高溫性能好（高使用溫度分別為816和982℃）、抗氧化能力強、抗蠕變性能好和重量輕（密度僅為鎳基高溫合金的1/2），這些優點使其成為未來航空發動機及飛機結構件具競爭力的材料。

　　

　　高強高韌β型鈦合金β型鈦合金早是20世紀50年代中期由美國Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型鈦合金具有良好的冷熱加工性能，易鍛造，可軋制、焊接，可通過固溶-時效處理獲得較高的機械性能、良好的環境抗力及強度與斷裂韌性的很好配合。

　　

　　阻燃鈦合金常規鈦合金在特定的條件下有燃烷的傾向，這在很大程度上限制了其應用。針對這種情況，各國都展開了對阻燃鈦合金的研究并取得一定突破。

　　

　　醫用鈦合金鈦無毒、質輕、強度高且具有優良的生物相容性，是非常理想的醫用金屬材料，可用作植入人體的植入物等。

　　

　　鈦合金TC4材料的組成為Ti-6Al-4V，屬于(a+b)型鈦合金，具有良好的綜合力學機械性能。比強度大。

　　

　　目前國標的純鈦共有TA1,TA2,TA3,TA4這四種。對應的，TA2和Gr2，TC4和Gr5名義成分相同。

　　

　　一般來說，TA鈦合金，抗蠕變性能好，熱穩定好，可焊性好。但冷加工性能差。TB鈦合金，用途為廣泛，像耐高溫，高強度鈦合金都是屬于亞穩定?型。TC系列的熱加工性能好，各項性能比較中等，沒有明顯弱面。

　　

　　中國鈦合金的牌號及其名義成分

　　

　　牌號

　　

　　名義成分

　　

　　合金類型

　　

　　工作溫度（C）

　　

　　TA7

　　

　　Ti-5A-2.5Sn

　　

　　α

　　

　　500

　　

　　TC1

　　

　　Ti-2Al-1.5Mn

　　

　　近α

　　

　　350

　　

　　TC3

　　

　　Ti-5Al-4V

　　

　　α+?

　　

　　400

　　

　　TC4

　　

　　Ti-6Al-4V

　　

　　α+?

　　

　　400

　　

　　TC6

　　

　　Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si

　　

　　α+?

　　

　　450

　　

　　TC11

　　

　　Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si

　　

　　α+?

　　

　　500

　　

　　TB2

　　

　　Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al

　　

　　?

　　

　　300

　　

　　Ti-22

　　

　　Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al

　　

　　?

　　

　　300

　　

　　

　　

　　Ti-7Mo-10V-2Fe-1Zr-4Al

　　

　　?

　　

　　300

　　

　　ZTC4

　　

　　Ti-6Al-4V

　　

　　α+?

　　

　　350

　　

　　ZT3

　　

　　Ti-5Al-5Mo-2Sn-0.3Si-0.02Ce

　　

　　α+?

　　

　　500

　　

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