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2008-09-09
钛合金的分类
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2008-09-09
钛合金的分类
钛合金类型对性能的影响
α、 α +β、 β钛合金的性能差异
性能
α
β
α+β
性能
α
β
α+β
密度
+
+
-
腐蚀性能 ++
+
+/-
强度
-
+
++ 氧化性能 ++
+/-
-
塑性
-/+
+
+/-
可焊性
+
+/-
-
断裂韧性
+
-/+
+/- 冷成形性
--
-
-/+
提高强度，保持较高塑性，无共析或包析反应
Fe Mn： β共析元素，强化效果明显。
Cr Co 在α和β相中均有限溶解，在β中溶解度更大
Ni Cu 均存在共析反应，影响组织稳定和蠕变性能。
Si H 注意H的双重作用。.
2008-09-09
钛的主要合金元素
钛的合金化原理
3、 中性元素：对β转变温度无显著影响。
Kroll：镁还原 Hunter：钠还原
海绵钛
●海绵钛根据杂质 含量的不同，可分 为0级、1级、2级等 不同等级。0级海绵 钛杂质含量最低。
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2008-02-18
钛合金的生产流程
2 钛锭的熔炼及缺陷
惰 性 气 体 保 护 下 的 电 渣 重 熔 炉
VAR
飞机和发动机使用的 钛合金一般要经过2～3 次熔炼。（增加熔炼次 数可使成分均匀化）
1.7
35
17
7.5
4.8
将坯料浸入悬浮液内浸涂 护毛坯，防止氧化和气体污染
6
54
5
8.5
27.5
5
-
用刷子刷到坯料表面 ➢具有良好的隔热性能，使毛坯
从炉子转移到模具以及在变形
玻璃No.
玻璃润滑剂在下述温度下的黏度 800℃ 900℃ 1000℃ 1050℃ 1100℃
用喷雾器喷到坯料表面 过程中减少能量损失
润滑
玻璃粉编
氧化物含量
号
SiO2
Al2O2
B2O2
Na2O
CaO
1
57~61
-
17~18 18~20 4~5
MgO -
模锻钛合金用润滑剂的基本要求 2
61
3
1
15
6
-
3
40
5
35
5
5
-
➢在整个变形过程中能够形成牢
4
55
14
13
2
16
-
涂润滑剂的方法 固而连续的保护膜
5
➢在加热和变形过车工中能够保
34
在α和β中均有较大溶解度，固溶强化。
Zr Hf： Ti的同族元素，提高α强度和热强性，
强化效果低于Al，但对塑性的影响小。
Sn Mg：主要固溶强化α相，也可视为α 稳定元素。
Ce La：稀土元素，提高高温拉伸和热稳定性。
研究热点
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2008-09-09
4种基本类型
钛合金的典型组织
等轴组织
等轴初生α相和β转变 组织均匀分布。两相区 中部加热/变形所获得 的。强度、塑性、疲劳 性能突出。
蠕变强度
43;+ 好，+ 较好，-- 差，- 较差 钛合金的性能主要取决于两相的排列方式、体积分数以及各自的性能。
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2008-09-09
钛合金锻造基础
钛合金组织与变形温度、变形程度的关系
β 区变形
α+β 区变形
β → α+β 区变形
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2008-09-09
钛合金锻造基础
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2008-09-09
➢不与毛坯和模具的表面发生化
1
136400 5234
784
-
185
学作用 ➢容易涂到毛坯表面，并便于使
2
106795 0
50030
6507
-
1327
该工序机械化
3
437350 22690 3156
-
708
➢容易从锻件表面清除，能在较
4
-
100000 10000 7400
4500
长时间保持润滑性能
5
-
间隙元素偏析 低指A氧l、、氮V、偏碳析等间也隙元叫素软的偏富集析区，严重时形
成化合物，硬度高,危害大，也叫硬偏析、α偏
高硬表析度面。Al降或一偏低剖旦析，面发偏形现析成，区亮整为条炉等，报轴一废组般织单，件报α废相。增多。锻件
由于α稳定元素Al较多而形成的偏析。 200X 也形成亮条，硬度偏高。单件报废。
700
1200
1700
Temperature (ºC)
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2008-09-09
钛合金相图
钛的合金化原理
中性型 Zr Hf Sn
α稳定化型
Al Ga Ge ON C
β同晶型
β共析型
β稳定化型
Mo V Nb Ta
.
Fe Mn Cr Co Ni Cu Si H
2008-02-18
钛的合金化原理
完整的 Ti-Al合金相图
30
15
12
-
6
-
1000
80
50
-
注：玻璃润.滑剂是由玻璃粉、稳定剂、固结剂以及水构成的悬浮液
2008-09-09
钛合金锻造基础
锻造设备类型与应变速率的关系
锻 造 设 备
液压
慢速液压
10-2~ 1
锻锤 机械压力 （快速）
10~ 200
1~ 30
10-4~ 10-2
平均应变速率/s-1
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2008-09-09
酸洗
清除α壳层
表 溶液成分及有关参数
熔盐除锈 溶清液号除氧化皮溶，液并类型随之酸洗溶去液成除分α壳层 操作温度/℃
时间/min
熔盐除锈 1号溶液
清洗
中和酸洗 122号溶液
3
60%～
90%N2OH，其
余N2NO3和
除锈 中和
清洗15%NHa5N2%CO3O～3溶号3酸于溶洗液
425～清510洗
室温
酸洗
进刀量mm/周 0.2~0.3
扒皮去α层
15000~20000
无α层
适于切割直径小于60mm的棒材，切割效率高，但砂
片Ra=寿0.6命3~较2.5短
0.08~0.1
mm
）
50
棒材直径（mm）
Ra=1.25~5
Ra=2.5~10
.
0.1~0.2 0.3~0.4
注：Ra：表面粗糙度。车削加工时必须使用润滑冷却液，供给12~010.58m-0P9a-压09力
2008-09-09
钛合金的典型组织
显微组织对钛合金性能的影响
细小
粗大
性能
片层状
等轴状
○
○
弹性模量
○
+/-（织构）
+
-
强度
-
+
+
-
塑性
-
+
-
+
断裂韧性
+
-
+
-
疲劳裂纹萌生
-
+
-
+
疲劳裂纹扩展
+
-
-
+
蠕变强度
+
-
+
-
超塑性
-
+
+
-
氧化性能
+
-
注： ○ 无影响，+ 性能提高，- 性能降低 钛合金的显微组织以α和β相的尺寸（细小、粗大）及排列方式（片层 状、等轴状）来描述。
钛合金锻造基础
圆盘锯切割 阳极切割
圆盘锯片厚度2~8mm，适宜切割较大棒料，进刀量小， 能获得较洁净的端面
切口宽度不超过3mm，切耗少、生产率低
锤上或水压机切割 需将棒料预热，工业纯钛可冷态剪切
车床上切割
去 除
表5
层 挤压棒材
厚3 度 2 锻棒
（
钛合金砂车轮切 切割
车切速度mm/min 25000~30000
O N C: 间隙元素，强度提高，塑性下降。脆性威胁，
严格控制含量。
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2008-09-09
钛的主要合金元素
钛的合金化原理
2、β稳定元素：降低β转变温度，扩大β相区。
固溶强化，提高淬透性和热处理强化效果。
V Mo：β同晶元素，靠近Ti，晶格类型与β-Ti相同。
Nb Ta 与β相无限互溶，在α相中有限溶解。
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2008-09-09
钛合金的常用术语
原始β晶粒
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α集束
2008-09-09
钛合金的常用术语
其他术语参见GB8755-1988
谢谢！
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2008-09-09
钛合金锻造基础
钛合金加热的两个特点：
1）钛低温导热率低，采用表面加热方法时，加热时间相当长 2）提高加热温度时，钛合金会与空气发生强烈反映，在 还原性气氛的油炉中加热时，吸氢强烈
采用分段加热，缩短坯料高温停留时间 电炉加热（或微氧化性气氛下火焰加热），炉底加垫不锈钢钢板
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2008-09-09
钛合金锻造基础
钛合金锻造基础