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鈦及鈦合金行業

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合金元素對鈦合金組織結構和性能的影響

   2019-09-27 IP屬地 陜西45950
   1.Al 鋁具有顯著的固溶強化作用,在 α-Ti 中的固溶度大于在 β-Ti 中的固溶度,提高 α / 相互轉變的溫度,擴大 β α相區,屬于 α穩定化元素。當合金中 Al 的質量分數在 7%一下時,隨含 Al 量的增加,合金的強度提高,塑性無明顯降低;當合金中 Al 的質量分數超過 7%時,合金組織中出現脆性 Ti3Al,塑性顯著降低。
  2.V(Mo、Nb、Ta) 屬于 β-Ti 同晶元素,具有 β穩定化作用,在 β-Ti 中無限固溶,在 α-Ti 中也有一定的固溶度。釩具有顯著的固溶強化作用,在提高合金強化的同時能保持良好的塑性。釩還能提高鈦合金的熱穩定性。
  3.Cu 銅屬于 β穩定化元素,合金中的銅一部分以固溶狀態存在,另一部分形成 Ti2Cu 或 TiCu2化合物, TiCu2 具有熱穩定性,起到提高合金熱強化性的作用。由于銅在 α相中的固溶度隨溫度的降低而顯著減少, 故可以通過時效沉淀強化來提高合金的強度。
  4.Si 硅的共析轉變溫度較高 (860℃),可改善合金的耐熱性能。 在耐熱合金中加入的硅量以不超過 α相最大固溶度為宜,一般為 0.25%左右。由于硅和鈦的原子尺寸差別較大,在固溶體中容易在位錯處偏聚, 阻止位錯運動,從而提高耐熱性。硅除了作為固溶元素固溶于基體, 還有一部分形成第二相沉淀析出, 擴大了馬氏體穩定存在溫度區間, 提高了合金硬度。 對于鈦鋁合金的定向凝固生長, 少量硅的加入可改善凝固組織的抗蠕變和氧化性能,但降低斷裂韌性。
  5.Zr、Sn 中性元素,在 α-Ti 和 β-Ti 中均有較大的溶解度,起補充強化作用。在耐熱合金中, 為保證合金組織以 α相為基,除鋁以外還需加和錫來進一步提高耐熱性,同時對塑性的不利影響比鋁小, 使合金具有良好的壓力加工性和焊接性能。鋁、鋯、錫都能抑制 ω 相的形成,并且錫能減少對氫脆的敏感性。在鈦錫系合金系中,當錫 >18.5%時,會形成有序相 Ti3Sn,降低了塑性和熱穩定性。
  6.Mn、Fe、Cr 強化效果大,穩定 β相能力強,密度比小,故應用較多,是高強亞穩定 β型鈦合金的主要添加劑。 但它們與鈦形成慢共析反應, 在高溫長期工作條件下,組織不穩定,蠕變抗力低。當添加 β同晶型元素,特別是鉬時,有抑制共析反應的作用。
  7.合金元素在鈦合金中的作用歸納:
  ①起固溶強化作用。提高室溫抗拉強度最顯著的是鐵、錳、、硅;其次為鋁、鉬、釩;而鋯、錫、強化效果差。
  ②升高或降低相變點,起穩定 α相或 β相的作用。
  ③添加 β穩定元素,增加合金的淬透性,從而增強熱處理強化效果。
  ④鋁、鋯、錫有防止 ω相的形成的作用;稀土可抑制 α2 相析出; β同晶元素有阻止 β相共析分解的作用。
  ⑤加鋁、硅、鋯、稀土元素可改善合金的耐熱性。
  ⑥加鈀、釕、鉑等提高合金的耐腐蝕性和擴大鈍化范圍。
  工業合金均采用多元組合復合強化, 除鋁外,還添加 β穩定元素組釩、 鉬等及中性元素錫、鋯,它們不僅增強了復相組織中 α、β相強度,而且改變了 β相分解動力學,提高實效組織的彌散度,顯著提高熱處理強化效果。
 
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