TA3
0.30 0.08
TA4ELI 0.30 0.05
TA4
0.50 0.08
GB/T 3620.1—2007
化学成分，%
杂质，不大于
N
H
O
其他元素
单一
总和
0.012 0.008 0.10 0.05
0.20
0.03 0.015 0.18 0.10
0.40
0.03 0.003 0.12 -
0.10
0.03 0.008 0.10 0.05
பைடு நூலகம்
(5) 钛的力学性能
• 钛中的杂质含量对钛的力学性能影响很大，杂质含量增加，可 以提高其强度而降低塑性。
• 最纯的钛用碘化法或电解方法获得。氧、碳、氮是钛中普遍存 在的杂质，能提高钛的强度而降低其塑性。其中氮的影响最大， 碳最小，而氧居中。
高纯钛的基本力学性能
抗拉强度 屈服强度 延伸率 断面收缩率 HV
景看，它仅次于铁、铝而被誉为正在崛起的“第三金属”。 • 钛是一种对社会经济和国防具有重要战略意义的稀有金属。 • 钛具有许多重要的特性，如密度低、比强度高、耐腐蚀、
线膨胀系数低、导热率低、无磁性、生理相容性好、表面 可饰性强，具有储氢、超导、形状记忆、超弹和高阻尼等 特殊功能。它既是优质的轻型耐腐蚀的结构材料，又是新 型的功能材料以及重要的生物医用材料。
KβMo称为β稳定元素含量
各类钛合金的主要特征
以Ti-6Al-4V为准： ➢ 向右侧，随着β稳定元素的增加。合金的成形能力、应变速
率敏感性、热处理强化效果和室温强度不断提高； ➢ 向左侧，随着β稳定元素的减少，合金的β转变温度，流变应
力，可焊性和高温强度有所增加。
型和近型
GB/T 3620.1—2007
我国钛合金的状况
与俄、美相比，品种少、规格不全 大型主承力结构件用钛合金基本为空白； 缺少满足使用要求的厚板； 没有航母用高强(>1250MPa)、高韧、可焊、耐蚀的钛合金(国外21S合金)
✓我国：在武器装备上应用范围窄，用量小。歼8飞机上用Ti合金 量为2%，我国核潜艇上只有几吨。 ✓国外： 美国第三代战机钛合金用量达到20-25%，第四代战机约35%。 俄国阿尔法核潜艇的钛合金用量高达上千吨。 民用客机用钛合金不断增加，第四代B757和空客A320分别达到 6%和4.5%；第五代B777和空客A340分别达到7%和6%；新一代 B787和空客A380更分别达到15%和10%。
• (2) 近50年来，随着钛合金研究与应用的迅速发展，特别是热处 理强化的钛合金，经常遇到的是非平衡态的组织，因此按照亚稳 定状态的相组成进行钛合金的分类更为可取。
• 根据钛合金从β相区淬火后的相组成与β稳定元素含量关系，可以 将钛合金划分成以下六种类型：
型钛合金；近型钛合金；马氏体 +β型钛合金； 近亚稳定β型钛合金；亚稳定β型钛合金；稳定β型钛合金。
2. 产量与用量
世界海绵钛年产量多年来都在6-10万吨之间； 钛材的年产量多在5-6万吨之间
世界钛的主要应用领域 • 加工材多为板、棒、线、管和锻件
我国钛材产量及用途
• 我国钛资源已探明近10×108吨TiO2，居世界第一。 • 海绵钛产量超过4000吨/年，用量大于6000吨/年，属进口国
• 预计2010年达到2万吨的用量，成为世界第三(同美、日)
第七章 钛及钛合金
一、钛及钛合金的基本状况 二、钛的分类与牌号 三、钛的合金化 四、钛合金相变分析及热处理特点 五、工业钛合金 六、钛合金的发展
一、钛及钛合金的基本状况
• 1. 简介 • 2. 产量与用量 • 3. 基本性能
1. 简介
• 钛是20世纪50年代初走向工业化生产的一种重要金属。 • 钛性质优良，储量丰富。从工业价值和资源寿命的发展前
(3) 钛的热性能
• 钛和钛合金的线膨胀系数约为8.2～9.1×10-6K。 • 比热容比较低，其热导率大约只是铝及铝合金热导率的1
／15，是钢的1／5。
(4) 钛的化学及腐蚀性能
• 有很高的化学活性，并随温度升高而急剧增强。钛的活性表面 在室温就开始吸氢，在300℃时吸氢量加大。
• 钛氧开始明显发生作用的温度是600℃；而与氮发生作用的温 度高于700 ℃ 。
3. 基本性能
• (1) 钛的原子构造及晶体结构 • (2) 钛的电性能 • (3) 钛的热性能 • (4) 钛的化学及腐蚀性能 • (5) 钛的力学性能
两个最为显著的优点
• 两个最为显著的优点：比强度高和耐腐蚀性好。 • 使钛在空中、陆地、海洋和外层空间都有广泛的用途：包括航
空航天、常规兵器、舰艇及海洋工程、核电及火力发电、化工 与石油化工、冶金、建筑、交通、体育与生活用品等。 • 与钢铁及铝合金等量大面广的金属材料相比，钛及钛合金的生 产和应用的规模及发展依然存在一定的限制因素，最重要的是 制造加工过程比较复杂而成本价格偏高。
TA12-1 Ti-5.0Al-4Sn-2Zr-1.5Mo-1Nd-0.25Si TA10
TA19 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si
TA8
TA16 Ti-2Al-2.5Zr
TA8-1
TA23 Ti-2.5Al-2Zr-1Fe
TA9-1
TA23-1 Ti-2.5Al-2Zr-1Fe
TA13
淬火后的相组成与β稳定元素含量关系
1) 型钛合金：工业纯钛和 只含稳定元素
2) 近型钛合金：KβMo < c1 3) 马氏体+β型钛合金： c1 <KβMo < ck，简称 + β型 4) 近亚稳定β型钛合金 ： ck <KβMo < c3，简称近β型 5) 亚稳定β型钛合金： c3 <KβMo < cβ，简称β型 6) 稳定β型钛合金： KβMo >cβ，简称为全β型
(2) 钛的电性能
• 钛的过渡金属原子构造决定了它具有高电阻。 • 由于氧、氮、碳、铁等杂质对钛的电阻影响很大，所以钛的电
阻测定分散性较大。 • 纯度最高的碘法钛的电阻率0.45µΩ.m。随温度增高比电阻增
加。当发生β转变时，比电阻下降， β的平均比电阻率为 0.16µΩ.m 。 • 当温度接近绝对零度时，钛具有超导性，但因冷作硬化和微量 杂质的影响很大，故纯钛的超导物理数据的分散性较大。
合金牌号
TA11 TA15 TA15-1 TA15-2 TA22 TA22-1 TA24 TA24-1
名义化学成分
Ti-8Al-1Mo-1V Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr Ti-2.5Al-1Mo-1V-1.5Zr Ti-4Al-1Mo-1V-1.5Zr Ti-3Al-1Mo-1Ni-1Zr Ti-3Al-0.5Mo-0.5Ni-0.5Zr Ti-3Al-2Mo-2Zr Ti-2Al-1.5Mo-2Zr
• 通过真空退火，几乎可以完全除去氢，而氧、氮则不可能除去。 • 钛在空气介质中加热时，会在表面生或一种既薄、致密而稳定
的氧化膜，它具有保护作用。 • 钛在500℃以下的空气中是稳定的，在800 ℃ 以上时，氧化膜
要分解，氧原子会进入晶格从而使金属变脆。
• 工业纯钛在不同温度下的空气介质中，加热半小时后氧化 膜的厚度不同，会出现不同颜色。温度从低到高的顺序为： 银白、黄色、紫色(650℃)、红灰色、灰色。
TA27
TC20 Ti-6Al-7Nb
TA27-1
名义化学成分 Ti-1Al-1Mn Ti-2Al-1.5Mn Ti-4Al-1.5Mn
• 除氧、碳、氮外，对钛的强度影响较大的元素是硼、铍和铝。 • 其他元素对钛的强度影响不那么强烈，影响程度依次排列为铬、
钴、铌、锰、铁、钒和锡。
• 对钛及其合金来说，氢脆是一个重要问题。钛容易从酸洗 液、腐蚀液和热加工的高温气氛中吸氢。
• 氢脆表现为两种形式：对工业纯钛和合金，氢脆表现为 塑性降低，而强度稍有增加，同时在低于93℃时合金冲击 韧性降低；另一种形式则类似于钢的脆化，在恒载荷或持 续载荷下，进行慢速拉伸试验时出现的一种脆化现象。
(1) 钛的原子构造及晶体结构
• 原子序数22。外层电子为3d24s2，d电子层不充满，过渡金属。 • 钛的相对原子质量是47.90，其主要的同位素相对原于质量有
46，47，48，49，50，其相对原子质量为48的同位素在自然界 中的相对含量最高，达到73.45％。 • 纯钛的熔化温度为1640～1670℃。 • 钛有两种同素异晶体即和β，转变温度为882.5℃；低温为 相(hcp)，高温β相(bcc)。 • -Ti在25℃时的点阵常数为a=0.29503nm，c=0.46831nm， c/a=1.5873；β-Ti在25℃时的点阵常数为0.32320nm。 • 纯钛的密度为4.50g/cm3。
/ MPa /MPa /%
/%
250～300 140～190 50～70 76～88
/MPa 89～ 105
弹性模量
/GPa 108(25 ℃) 75(550℃)
• 氢脆：在钛中氢的含量达到一定数值后，将大大提高钛对缺口 的敏感性，而急剧降低缺口试样的冲击韧性等性能。
• 钛中氢的含量应低于0.007％～0.008％(质量分数)，而不允许 高于0.0125％～0.015％(质量分数)，高于这个含量，在组织上 将析出氢化物，并出现明显的氢脆现象。
• ELI (Eextra Low Interstitial grades) 表示“超低间隙杂质级”
工业纯钛的牌号与杂质含量
合金 牌号
Fe
C
TA1ELI 0.10 0.03
TA1
0.20 0.08
TA1-1 0.15 0.05
TA2ELI 0.20 0.05
TA2
0.30 0.08
TA3ELI 0.25 0.05