引言

钛脊合金拥有优良的综合机能
，在航空航天、石油化工、生物医学、环境
；さ攘煊虻睦枚己芸矸
，有较高的比强度
，优良的耐侵蚀、耐高温等机能
，在金属资料王国中被称为“全能金属”
，是继铁、铝之后极具发展远景的“第三金属”和“战术金属”[1] 
，作为高机能航空航天结构的关键资料
，其机能对飞行器结构、质量、效能、服役靠得住性和使用寿命都拥有沉要的作用。

作为飞机上沉要的结构资料和职能资料
，近十几年国内表关于钛合金资料的利用及钻研也越来越多。战斗机和轰炸机的用钛量在不休提高
，美国的 F-15
，从 20%升至 27%
，美国 F-22 战机的用钛量升为 41% [2] 。

1、钛合金的特点及利用

钛有两种晶格类型
，相互之间能够产生同素异构转变：温度在 882益以下时
，为 α-Ti （hpc）
，晶格结构为密排六方
，温度在 882益以上时
，为 β-Ti （bcc）
，晶格结构为体心立方。合金元素的分歧对相变温度的影响也很大
，可分为三类：

1）不变 α 相
，能提高相变温度的 α 不变元素有：Al、C、O、N 等
；

2）不变 β 相
，能降低相变温度的 β 不变元素有两类：同晶型 Mo、Nb、V 等
；共析型 Cr、Mn、Cu、Fe 等
；

3）中性元素
，其对相变温度的作用很。篫r、Sn 等。分歧元素对相变温度的作用分歧
，对应的温度变动如图1所示。

钛密度为 4.5g/cm³ 
，属于轻金属
，熔点为 1669℃
，化学活性大
，容易与空气中的氧产生反映天生致密的氧化膜
，阻止进一步氧化
，高温时
，反映剧烈
，氧化膜脱落会加快反映速度
，所以
，在钛合金的造备过程中
，真空或气体
；な羌缺匾。

钛合金作为利用宽泛的结构资料
，比铝、钢强度高
，并且在海水中有较好的抗侵蚀和耐低温的机能。目前
，飞机的机架、起落架、机身蒙皮以及发起机的叶片等造作资料的选择
，重要起源于钛合金及其复合伙料
，基于钛合金的发展水平
，能够作为判断先进水平检测的沉要指标 [4] 。随着钛合金用量的不休增长
，其利用也越来越宽泛。由于钛的无毒、质轻、耐侵蚀、强度高以及较好的生物相容性等特点
，能够作为植入人体的植入物和手术机械等资料
；鉴于其优良的结构弹性
，能够用来减轻设备的质量
，提高机能
，增长寿命。例如 Ti-6Al-4V 造作的榴弹炮座
，质量降低了31%
，选取钛合金包办轧造均质钢
，在造作坦克其它部件的过程中
，减沉可达 420kg 以上 [5] 。钛合金在航海领域也有很好的发展远景
，其耐蚀性、高比强度、无磁等个性使得其在发起机、螺旋桨、声纳系统等装置的利用极为宽泛。

2、钛合金的分类

钛会产生同素异构转变
，在低温时
，稳态的 α-Ti 是密排的晶格结构
；高温时
，β-Ti 的体心晶钛合金组织有 α 型、α+β 型、β 型三种结构
，对应的符号为 TA、TC、TB。

2.1 α 型钛合金

α 钛合金是单相合金
，其组织是 α 相固溶体
，符号用TA 暗示。合金的重要元素为中性元素或 α 不变元素
，例如 Al、Sn、Zr 等
，根基不含 β 不变元素。工业纯钛
，组织均为 α 相
，属于典型的 α 型钛合金。α 型钛合金的抗氧化能力和切削加工机能优良
，其强度和蠕变抗力在 500~600℃领域内仍可维持
，弊端是无法尝试热处置工艺进行强化
，室温的强度相对较低
，退火后的强度变动量很幼或根基无变动。

2.2 α+β 型钛合金

α+β 型钛合金的组织为 α 相、β 相的两相合金
，符号用 TC 暗示。它是双相合金
，α 相和 β 相的比例取决于合金的成分
，重要与 β 不变元素的含量有关
，β 相所占的比例约为 1/20~1/4。α+β 型合金有较好的组织与机能
，比力适合热处置强化
，热加工过程中最能体现合金的塑韧性和高温变形能力。这类合金最大的特点是能够通过分歧的热处置工艺
，获得分歧的组织状态如魏氏组织、网篮组织、双态组织和等轴组织
，进而得到分歧的合金机能。

2.3 β 型钛合金

β 钛合金是由 β 相组成的单相合金
，符号用 TB 暗示。其中
，β 不变元素的含量大于 17% [6] 
，β 单相组织的晶粒通常要大于等轴的 α 或 α+β 组织
，并且能够进行淬火、时效强化。强度高
，变形能力好
，但焊接机能和热不变性较差
，持久处于高温前提下会产生硬脆相
，因而不宜在高温下使用
，并且耐热性也不好。

3、钛合金的典型组织

TC4 是典型的 α+β 双相钛合金
，利益是能够进行热处置强化
，热处置工艺分歧
，合金的显微组织也分歧
，重要有以下四类
，其显微组织如图 3 所示 [7] ：

3.1 魏氏组织

第一类如图 3（a）所示为魏氏组织
，其组织特点是 β晶粒比力清澈且保留齐全
，晶界比力显著
，晶内 α 相呈层片状、粗针或细针状规定分列
，天生的前提是在 β 相区热加工或 β 相区退火
，且变形量幼于 50%
，从 β 转变温度以上缓慢冷却。冷却的快慢对 α 相的大幼影响很大
，快冷时
，得到的 α 相较窄
，缓慢冷却时
，获得的 α 相较宽
，急剧冷却时
，可能得到的针状的马氏体 α [8] 。魏氏组织有优良的断裂韧性
，原始 β 晶粒及齐全“晶界”的存在能够限度裂纹的扩大速度。由于没有其它相的牵造
，β 相的晶界容易迁徙
，造成晶粒长大
，因而合金塑性、委顿性较差
，拉伸机能不好
，所以在现实的工业出产中
，应该尽量避开这种组织的出现。

3.2 网篮组织

第二类如图 3（b）所示为网篮组织
，网篮组织是在 β相区加热
，并在 α+β 相区最终变形的了局
，变形量较大
，约莫为 0.5~0.8
，β 相及晶界的处 α 相被粉碎
，冷却后 α 束变细
，尺寸也变短幼
，且互订交错杂乱分列
，呈网篮状
，最后形成了网篮组织
；特点是 α、β 交错分列强度高
，但塑性差
，与魏氏组织相比
，其塑性
，委顿韧性比力高
，但断裂韧性低
，目前可包办魏氏组织利用于在高温前提下持久受力的零部件。

3.3 双态组织

第三类如图 3（c）所示为双态组织
，双态组织是在热处置温度低于 β 相变点较少加热或变形时获得的综合机能比力好的组织
，其组织特点是在转变 β 组织上散布肯定数量的等轴的初生 α 相。一种是片状 α 束域
，散布在 β 转变组织中
；另一种是散布在 β 转变组织间
，数量幼于 50%的 α相
，这种 α 相是等轴状。双态组织不仅有较高的委顿强度、塑性
，其蠕变机能、热不变机能及委顿机能也比力好。

3.4 等轴组织

第四类如图 3（d）所示为等轴组织
，等轴组织与双态组织一样
，都是初生的 α 相和 β 转变组织
，只是初生 α 相的含量有差距（大于 50%）。等轴组织加热属于 α+β 相区
，变形温度较高
，会产生再结晶
，获得齐全等轴的 α+β 组织
，若是变形温度较低时
，再结晶部门产生或者不产生时
，可进行再结晶退火
，仍可获得等轴组织
，钛合金中等轴 α相的含量影响合金的塑性
，含量越高
，塑性越好。其组织特点刚好与魏氏组织相反
，利益是优良的塑性、委顿强度及抗缺口敏感性
，弊端是断裂韧性
，蠕变机能相对较差。

4、瞻望

随着科技的进取和现代工业的发展
，钛合金在军工和民用领域的利用也越来越宽泛
，在汽车行业
，钛合金的利用不仅能减沉
，更能满足环保的要求
，未来航空航天和推力系统必要钛合金资料拥有更幼的密度
，更高的强度、工作温度和弹性模量
，对资料机能的要求也逐步提高
，高强度、高硬度、高耐热性的资料越来越受各领域的青睐
，优质轻型金属资料迪胙合金必将包办部门传统的资料
，既减轻质量
，又降低成本
，达到降低能源亏损的主张
，因而高机能钛合金的钻研已成为沉要的发展方向
，相信随着发展的必要
，钛合金在我国的市场远景会越来越好。

参考文件

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