钛合金的组织与性能

一、钛合金材料的生产

钛及钛合金是由海绵钛或海绵抬价合金元素熔炼铸成钛锭，用塑性加工方法将铸锭制成各种加工材(板材、棒材、管材、丝材、型材和锻件等)，不仅使金属钛有了便于使用的形状，而且改善了组织，从而提高了性能。也可用铸造和粉末冶金等方法制成各种形状零部件。一般加工材的性能要比粉末冶金制品或铸件的性能好，但也可以采用热等静压处理技术改善性能，粉末冶金工艺却能生产出熔炼工艺难以生产的合金，如颗粒增强合金。

   钛加工材生产工艺流程见图

二、钛合金的组织与性能

   钛合金按组织分类只有三种类型,即a型、(a+β)型和β型。其中c型和β型钛合金加热、冷却后晶型不变,唯有在含一定范围合金元素的(a+β)型钛合金,加热温度高于相变温度(7B),快速冷却时β相具有马氏体转变,其转变开始温度用Ms、表示。由于加热温度不同,冷却速度不同,会获得各种不同的显微组织,因而具有不同的力学性能。这一点很重要,使用钛合金生产各种设备、零部件时,如有热影响,必须考虑合金中相转变问题。

合金加热、冷却过程的组织和力学性能变化举例如下:

1、TC4钛棒（Ti6AL-4V）合金

TC4合金加热到1020℃C,合金高温显微组织为单相B组成是固溶体。当以不同冷却速度,如水中淬火、空气中冷却和随炉冷却时,获得的显微组织见图：

   与上述情况相同,当加热到950℃和850℃时,不同冷却速度冷却后所获得的显微组织如图：

   TC4合金加热到1020℃、950℃和850℃后,以不同冷却速度冷却,其室温力学性能见表：

2、TA15钛棒(Ti-6.5A1-1Mo_lv_2zr)合金

TA15合金加热到1010℃和950℃，以不同冷却速度，如水中淬火、空气中冷却和随炉冷却，获得的显微组织如图：

TA15合金加热到1010℃帆和950℃后，以不同冷却速度冷却，其室温力学性能见表

    钛合金的强化热处理兼有钢和铝合金的强化热处理特点。 钛合金强化热处理主要用于α+β型和β型钛合金。β型钛合金的强化属于固溶强化, 加热时的β相在冷却过程中不形成马氏体, 时效时是靠平衡相弥散分布强化。 而α+β型钛合金的强化机制取决于淬火马氏体α' (或亚稳β相) 。 一般淬火后,合金获得α'+β或α+α'+β组织,时效时α不变,α'和β相发生转变,α' 分解为α+β,原淬火时的针状组织消失。淬火β相分解为α+β。