神奇的钛合金课件.ppt

1、神奇的钛合金神奇的钛合金主主 要要 内内 容容一、钛合金及其应用简介一、钛合金及其应用简介 二、纯钛的物理化学性质二、纯钛的物理化学性质 三、海绵钛及钛合金制备三、海绵钛及钛合金制备四、合金元素及常用牌号四、合金元素及常用牌号五、我们钛合金研究近况五、我们钛合金研究近况 钛钛 Titanium元素周期表：#22，原子量 47.880 IVB 族1791年:英国化学家 格雷戈尔 钛铁矿和金红石1795年:德国化学家 克拉普罗特 匈牙利产的金红石 格雷戈尔和克拉普罗特:钛是粉末状的二氧化钛1910年:美国化学家 亨特 99.9%的金属钛合金特点：钛合金特点：密度小，密度小，比钢轻比钢轻1/3比强度

2、高比强度高耐高温耐高温耐腐蚀耐腐蚀生物相容生物相容航天航空航天航空能源能源生物学生物学TiAlTiAl合金在飞机上的应用合金在飞机上的应用TiAlTiAl基高温合金叶片有基高温合金叶片有效的提高飞机推动效率效的提高飞机推动效率和降低飞行过程能耗和降低飞行过程能耗药物传递植入药物传递植入外科微创组件外科微创组件种植体种植体骨科脊椎植入物骨科脊椎植入物心血管器心血管器泌尿学泌尿学人体医用骨架人体医用骨架如果上述部件全部采用钛合金，汽车能减重如果上述部件全部采用钛合金，汽车能减重200kg 节能节能 10-15%奔驰百年款钛合金分裂式奔驰百年款钛合金分裂式5幅条灰色轮毂幅条灰色轮毂 日本的汽车中钛合

3、金应用现状；德国 欧洲 世界趋势 钛合金及其应用简介钛合金及其应用简介 2000年以来中国钛加工材产量年以来中国钛加工材产量钛合金及其应用简介钛合金及其应用简介 钛合金及其应用简介钛合金及其应用简介 钛合金及其应用简介钛合金及其应用简介 通过下列步骤，钛矿石(主要为金红石，TiO2)转变为海绵钛：Cl2 与矿石中的TiO2反应，形成TiCl4；TiCl4经分级蒸馏而净化；在Ar保护下，液态TiCl4 与 Mg 或Na 反应，获得海绵钛。钛的提取生产过程：钛铁矿或金红石高纯度四氯化钛镁还原四氯化钛海绵钛钛材和钛粉。主主 要要 内内 容容一、钛合金及其应用简介一、钛合金及其应用简介 二、纯钛的物理

4、化学性质二、纯钛的物理化学性质 三、海绵钛及钛合金制备三、海绵钛及钛合金制备四、合金元素及常用牌号四、合金元素及常用牌号 五、我们钛合金研究近况五、我们钛合金研究近况 物理性能：属B族元素，原子序数为22，原子量为47.9。有两种同素异晶体，其转变温度为882.5。低于882.5，为密排六方-Ti：点阵常数(20)为：a0.295111 nm，c0.468433nm，ca=1.5873 882.5熔点，为体心立方-Ti：点阵常数在25时，a=0.3282nm；900 时a=0.33065nm。密度为4.5。钛的弹性模量低，只有铁的一半。熔点1668，导电性较差（仅为铜的3.1%），导热系数（铁

5、的六分之一）和线胀系数（与玻璃的相近）均较低。钛无磁性，在强磁场下也不会磁化，用钛制人造骨和关节植入人体内不会受雷雨天气的影响。钛阻尼性低，适宜做共振材料。当温度低于0.49K时，钛呈现超导特性，经过适当合金化，超导温度可提高到910K。纯钛的物理化学性质纯钛的物理化学性质化学性质：化学性质：室温下钛比较稳定，高温下很活泼，熔化态能与绝大室温下钛比较稳定，高温下很活泼，熔化态能与绝大多数坩埚或造型材料发生作用。多数坩埚或造型材料发生作用。高温下与卤素、氧、硫、碳、氮等进行强烈反应。高温下与卤素、氧、硫、碳、氮等进行强烈反应。钛在真空或惰性气氛下熔炼，如真空自耗电弧炉、电钛在真空或惰性气氛下熔炼

6、，如真空自耗电弧炉、电子束炉、等离子熔炉等设备中熔炼。子束炉、等离子熔炉等设备中熔炼。钛在氮气中加热即能发生燃烧，钛尘在空气中有爆炸钛在氮气中加热即能发生燃烧，钛尘在空气中有爆炸危险，所以钛材加热和焊接宜用氩气作保护气体。危险，所以钛材加热和焊接宜用氩气作保护气体。钛在室温可吸收氢气，在钛在室温可吸收氢气，在500以上吸气能力尤为强烈，以上吸气能力尤为强烈，故可作为高真空电子仪器的脱气剂；利用钛吸氢和放故可作为高真空电子仪器的脱气剂；利用钛吸氢和放氢的特性，可以作储氢材料。氢的特性，可以作储氢材料。纯钛的物理化学性质纯钛的物理化学性质纯钛的物理化学性质纯钛的物理化学性质耐蚀性能：钛的标准电极电

7、位很低(E=1.63V)，但钛的致钝电位亦低，故钛容易钝化。常温下钛表面极易形成由氧化物和氮化物组成的钝化膜，它在大气及许多浸蚀性介质中非常稳定，具有很好的抗蚀性。在大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和大多数有机酸中，其抗蚀性相当于或超过不锈钢，在海水中耐蚀性极强，可与白金相比，是海洋开发工程理想的材料。钛与生物体有很好相容性，而且无毒，适做生物工程材料。钛在还原性酸(浓硫酸、盐酸、正磷酸)、氢氟酸、氯气、热强碱、某些热浓有机酸及氧化铝溶液中不稳定，会发生强烈腐蚀。另外，钛合金有热盐应力腐蚀倾向。钛在550以下能与氧形成致密的氧化膜，具有良好的保护作用。在538以下，钛的氧化符

8、合抛物线规律。但在800以上，氧化膜会分解，氧原子以氧化膜为转换层进入金属晶格，此时氧化膜已失去保护作用，使钛很快氧化。真空电弧熔炼制备钛铸件真空电弧熔炼制备钛铸件熔化熔化浇铸浇铸成型成型这种名为“激光立体成形(Laser Additive Manufacturing)”的3D打印技术通过激光融化金属粉末，几乎可以“打印”任何形状的产品。其最大的特点是，使用的材料为金属，“打印”的产品具有极高的力学性能，能满足航空航天、模具、汽车、医学、齿科、工艺品等不同行业的需求。歼歼-16-16原型机原型机3D3D打印机打印机方坯作为电极，其一端位于交流电加热的电渣熔池中；熔融金属与高温电渣反应，电渣中还

9、可加入合金元素用以调整合金成分；已熔化金属流经熔渣进入熔池而被提纯，最终凝固成电渣精炼铸锭；精炼时，非金属杂质和熔渣发生反应，熔融金属中的夹杂物被电渣吸收去除。属于非直接结晶，消除了中心结晶孔，提高了均匀性。电渣精炼法在水冷铜坩埚中熔化金属；所用热源为等离子枪或电子束；与坩埚壁接触的金属液形成凝固壳层(凝固的钛)，而熔融的钛合金浮于壳层上部，阻止坩埚污染钛合金熔体；大密度夹杂物沉积到坩埚底部而去除。等离子弧熔炼(PAM)它是对真空电弧熔炼的改进电子束熔炼由炉壁侧底面加入要熔化的材料，熔化热源为电子束。金属液体位于坩埚上部，这样就获得了优质铸锭。水冷铜坩埚可避免炉衬材料的污染；装入坩埚中的金属受

10、感应电源的磁场作用而熔化；熔化的金属液体在坩埚底、侧壁凝固形成壳层；生产低成本、高质量钛合金。感应凝壳熔炼法主主 要要 内内 容容一、钛合金及其应用简介一、钛合金及其应用简介 二、纯钛的物理化学性质二、纯钛的物理化学性质 三、海绵钛及钛合金制备三、海绵钛及钛合金制备四、合金元素及常用牌号四、合金元素及常用牌号 五、我们钛合金研究近况五、我们钛合金研究近况 合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 锆、铪与钛同族，具有相似的外层电子构造，相同的晶体结构和原子半径，均有同素异晶转变，与-Ti及-Ti形成连续固溶体。合金元素与、均形成连续固溶体相图合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 钼、钒、钽、铌 都

11、为体心立方结构，与为体心立方结构，与-Ti同晶同晶，称为同晶元素。降低相变点，稳定相。组元达到一定浓度值后，高温相可稳定到室温，对应这一浓度值称为临界浓度临界浓度Ck。Ck反映合金元素稳定相能力大小，其值越小稳定相能力就越大。稳定相能力按钼钼钒钒 钽钽 铌铌次序递减。加入这类元素的钛合金组织稳定性好，不会发生共析转变或包析转变，同时能强化相，并保持良好的塑性。合金元素与合金元素与-Ti-Ti无限互溶，与无限互溶，与-Ti-Ti有限溶解的相图有限溶解的相图 CrCr、MnMn、FeFe、CoCo、NiNi、CuCu、SiSi、BiBi、W W、H H 在-Ti中溶解度比在-Ti中大，降低(+)/

12、相变温度，其稳定相的能力比同晶元素要大。这类元素与钛易形成化合物，如Ti-Mn系中形成TiMn()等化合物，含有这类元素的合金从相区冷到共析温度时，相发生共析分解，这类元素称为共析元素共析元素。铬、钨铬、钨：与-Ti完全互溶，但因原子尺寸或电化学性质与钛相差较大，在固态还有共析转变，因此归入共析元素。Ti-Cr系共析转变产物为+TiCr2。Ti-W系为+富钨固溶体2。锰、铁、钴锰、铁、钴：共析转变速度极慢，热处理条件下难以进行共析转变，称为慢共析元素慢共析元素(非活性共析元素)；镍、铜、硅、银、氢等镍、铜、硅、银、氢等：共析转变极快，淬火也不能抑制其转变，称为快共析元素快共析元素(活性共析元素

13、)。与、钛均有限互溶，并具有共析转变的相图 除锡对相变点影响不大，归为中性元素外，其它元素都提高相变点，扩大相区，称为稳定元素。这类元素为强化相的主要元素，其中铝和锡应用较多。与和钛均有限溶解，并有包析反应的相图：铝、镓、锡、硼、碳、氮、氧 钛合金中的常加入的合金元素：铝、锡、锆、钼、钒、铬、铁、硅、铜、稀土铝、锡、锆、钼、钒、铬、铁、硅、铜、稀土，其中应用最多的是铝铝。铝：除工业纯钛外，各类钛合金中几乎都添加铝，铝主要起固溶强化作用，每添加1Al，室温抗拉强度增加50MPa。铝在钛中的极限溶解度为7.5；超过极限溶解度后，组织中出现有序相Ti3Al(2)，对合金的塑性、韧性及应力腐蚀不利，故

14、一般加铝量不超过7。铝改善抗氧化性，铝比钛还轻，能减小合金密度，并显著提高再结晶温度，如添加5Al可使再结晶温度从纯钛600提高到800。铝提高钛固溶体中原子间结合力，从而改善热强性。在可热处理合金中，加入约3的铝，可防止由亚稳定相分解产生的相而引起的脆性。铝还提高氢在-Ti中的溶解度，减少由氢化物引起氢脆的敏感性。钛合金钛合金中常见合金元素的作用中常见合金元素的作用合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 锡和锆：属中性元素，在-Ti和-Ti中均有较大溶解度，常与其他元素同时加入，起补充强化作用。为保证耐热合金获得单相组织，除铝以外，还加入锆和锡进一步提高耐热性；同时对塑性不利影响比铝小，使合金

15、具有良好的压力加工性和焊接性能。锡能减少对氢脆的敏感性。钛锡系合金中，锡超过一定浓度后形成有序相Ti3Sn，降低塑性和热稳定性。为了防止有序相Ti3X(2相)的出现，考虑到铝和其它元素对2相析出的影响，Rosenberg提出铝当量公式。*%1/3%1/6%1/2%10%8 9%AlAlSnZrGaO只要铝当量89，就不出现2相。合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 钼、钒：稳定元素中应用最多，固溶强化相，并显著降低相变点、增加淬透性，从而增强热处理强化效果。含钒或钼的钛合金不发生共析反应，在高温下组织稳定性好；但单独加钒，合金耐热性不高，其蠕变抗力只能维持到400；钼提高蠕变抗力的效果比钒高，

16、但密度大；钼还改善合金的耐蚀性，尤其是提高合金在氯化物溶液中抗缝隙腐蚀能力。合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 锰、铬：强化效果大，稳定相能力强，密度比钼、钨等小，故应用较多，是高强亚稳定型钛合金的主要加入元素。但它们与钛形成慢共析反应，在高温长期工作时，组织不稳定，蠕变抗力低；当同时添加同晶型元素，特别是钼 时，有抑制共析反应的作用。硅硅：共析转变温度较高(860)，加硅可改善合金的耐热性能，因此在耐热合金中常添加适量硅，加入硅量以不超过相最大固溶度为宜，一般为0.25左右。由于硅与钛的原子尺寸差别较大，在固溶体中容易在位错处偏聚，阻止位错运动，从而提高耐热性。合金元素及常用牌号合金元素及

17、常用牌号 稀土稀土：提高合金耐热性和热稳定性。稀土的内氧化作用，形成了细小稳定的RExOv颗粒，产生弥散强化。由于内氧化降低了基体中的氧浓度，并促使合金中的锡转移到稀土氧化物中，这有利于抑止脆性2相析出。此外，稀土还有强烈抑制晶粒长大和细化晶粒的作用，因而改善合金的综合性能。小结：合金元素的作用：固溶强化：提高室温强度最显著的元素为铁、锰，铬、硅，其次为铝、钼、钒，而锆、锡、钽、铌强化效果差。稳定相或相：合金元素提高或降低相变点。增强热处理强化效果：稳定元素增加合金淬透性。消除有害作用：铝、锡防止相，稀土抑制2相析出，同晶元素阻制相共析分解。改善合金的耐热性：加入铝、硅、锆，稀士等。提高合金的

18、耐蚀性和扩大钝化范围：加钯、钌、铂，钼等。合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 各类合金元素对钛合金常规力学性能的影响：稳定元素：铝的固溶强化效果最大，锆、锡次之。锆、锡一般不单独加入，而是与其它元素复合加入。同晶元素：合金元素浓度超过相极限溶解度时，将进入+相区，此时合金元素优先溶于相，因而相具有更高的强度和硬度，合金强度将随组织中相所占比例增加而提高，大约至相和相各占50时强度达到峰值。再增加相数量，强度反而有所下降。强化作用按钼、钒、钽、铌次序递减。共析型稳定元素：对合金性能的影晌规律和同晶型元素相似，特别是非活性共析元素铬、锰、铁在一般生产和热处理条件下，共析转变并不发生，因此可将钼、

19、钒等组元同等对待，退火组织仍为+相。但在高温长期使用的耐热合金，非活性共析元素的存在，将降低材料的热稳定性。合金元素对性能的影响合金元素对性能的影响 合金耐热性取决于金属基体键合能力、原子扩散过程及组织稳定性。钛合金耐热性与相图类型及成分的关系为：单相固溶体的耐热性随溶解度增加而提高，当组织中出现第二相时则有所下降；因+两相组织在加热时发生转变，相界附近原子扩散，且原子在相中的扩散比相快，这导致耐热性下降。所以，耐热合金以单相组织为宜，常用型或近型钛合金作为高温材料。提高钛合金固态相变温度的合金元素，可改善耐热性。在相变温度附近，组织稳定性下降，原子活性增加，从而金属软化。因此，耐热合金的合金

20、化应以稳定元素(如铝)和中性元素(锡、锆)为主；稳定化元素中，只有钼、钨（强烈提高钛原子键合能力）及硅、铜（提高共析转变温度）等元素，在适当浓度范围内可有效地增加合金的热强性。某些金属间化合物的耐热性高，如Ti-Al系中Ti3Al(2相、TiAl()。共析转变温度低的合金在高温易软化，耐热性差，如Ti-Mn、Ti-Fe合金。按组织类型分：（用用TA表示表示）：）：全全、近、近和和+化合物合金化合物合金。以铝、锡、锆为主要合金元素，在近型钛合金中还添加少量稳定化元素，如钼、钒、钽、铌、钨、铜、硅等 （用用TB表示表示）：）：热力学稳定型热力学稳定型合金、亚稳定合金、亚稳定型合金和近型合金和近型合

21、金型合金 （用用TC表示表示）：）：以以Ti-Al为基再加适量为基再加适量稳定元素稳定元素 TA4 Ti-3Al TA7 Ti-5Al-2.5Sn TA8 Ti-5Al-2.5Sn-3Cu-1.5Zr TC1 Ti-2Al-1.5Mn TC3 Ti-4Al-4V TC4 Ti-6Al-4V TC6 Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si TB2 Ti-5Mo-5V-3Cr-3Al TA表示组织为表示组织为的钛合金的钛合金包括全包括全、近、近和和+化合物合金化合物合金 铝、锡、锆为主要合金元素，近型钛合金中还添加少量稳定化元素，如钼、钒、钽、铌、钨、铜、硅等 共共33个牌号

22、。个牌号。合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 TB表示组织为的钛合金包括热力学稳定型合金、亚稳定型合金和近型合金主要加入的合金元素：Mo、V合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 TC表示组织为的钛合金：以Ti-Al为基再加适量稳定元素合金类型 Rel/MPaRm/MPaA/%特点型型200500250550152599%纯钛，性能随氧含量变化近近型型850100095011001215有一定的蠕变抗力，少量（杂质Fe的稳定作用）可细化晶粒；焊接性能好，可进行锻造。型型9001200100013001015低温到400范围内均有较好的性能；通过热机械处理很容易改变晶粒结构。型型11001300

23、 12501400610可时效热处理；时效前的成形性能优良。典型钛合金：典型钛合金：TA7合金合金 为型钛合金，属Ti-Al-Sn系(Ti-5Al-2.5Sn)合金元素作用：铝和锡起稳定和固溶强化作用。性能特点：具有中等强度和较高的耐热性，可在具有中等强度和较高的耐热性，可在400下长期工作下长期工作。具有良好的低温性能和焊接性能具有良好的低温性能和焊接性能。随温度降低，强度升高，塑性略有下降。间隙元素含量低的合金，在250时仍保持良好的塑性，用于超低温高压容器，多以管材供应。冷热加工性较差冷热加工性较差。轧制工艺对热成型影响较大，轧制温度为750左右，具有较好的热成型性，高温轧制塑性反而降低

24、，原因是晶粒粗化，但通过交叉轧制改善组织，可提高热塑性。合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 TC4(Ti-6Al-4V)：+型合金，国际上一种通用型钛合金，其用量占钛合金总消耗量50左右。在航空工业上多用于做压气机叶片，盘和紧固件等；当间隙元素含量低时，具有良好的低温性能，可制作在196下使用的低温容器。合金成分特点：铝：基本组元，用以保证合金在常温及高温下的性能。钒：赋予合金热处理强化能力，可改善塑性；同晶型元素，不存在共析反应，故组织稳定性较好，长期使用温度可达350；可减少Ti-Al系合金形成相的危险以及减轻铝的偏析。TC4合金处于+相区，转变温度为996。在平衡条件下，相约占7l0。

25、合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 组织与性能特点 TC4合金平衡组织为+，其形态为魏氏+和等轴+。热加工后组织取决于变形温度、变形量及随后热处理工艺。如在两相区加工，变形量小于50，不能将粗大组织破碎，只有增大变形量才能将原晶界、和条破碎；热轧温度提高，组织由等轴状变为网篮状和粗大魏氏组织，同时屈服强度略有下降，断裂韧性明显提高。950以下加热，冷却方式对性能的影响较小，合金具有较高的综合性能；950以上加热，合金强度随冷却速度增加而提高，但塑性、韧性下降，故TC4合金热处理温度不应越过950。合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 热处理：退火和淬火时效 普通退火：75080012 h空冷

26、，得到不完全再结晶组织，故又称不完全退火。再结晶退火：930950加热，以保证相发生充分再结晶，随炉冷至540以下空冷。淬火时效工艺：930950水冷54048 h。性能特点：TC4合金综合性能良好，使用温度范围宽(400-196)，合金组织和性能稳定，合金化简单，工艺易掌握，适合大规模生产（棒料、锻件和中厚板材）。当合金组织为细小等轴+组织，在 800925范围内，以一定变形速率进行拉伸，合金呈现超塑性。据此可生产出精密的复杂锻件和钣金件，以减少工序，降低成本。性能不足：如冷变形性能差，难于轧制成薄板和薄壁管材；淬透性低(小于25mm)，限制了时效强化的应用。合金元素及常用牌号合金元素及常用

27、牌号 TB2(Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al)亚稳定型合金，在固溶状态下有良好的冷成型性，时效后抗拉强度为13231363MPa，延伸率保持在78。用它冷镦成铆钉和螺栓用于飞机上，用箔材(0.150.25mm)吹塑成型制成的高强度高刚度波纹壳体用于卫星上。TB2合金相变点750760，时效强化效果随固溶温度升高而增加；且水冷强化效果比空冷大，在接近T 点时强度达到最大值。故固溶温度常选在稍高于T(800)，水淬后在5008h。TB3(Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al)亚稳定型合金，固溶态下有良好的塑性和冷成型性，尤其是冷铆工艺性好，能进行冷手铆和冷压铆，可获得1400MPa以上的强

28、度。弹性极限e高和弹性模量E低，故有高的弹性(eE)和高的弹性比功(e22E)，且在20300范围内弹性稳定，弹性后效值只有铜基、铁基、铍青铜的50，用来代替Cr 17Ni2制作YCB-10D应变压力传感器膜片。合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 TB5（Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al）高韧性合金，冷成型性能优异，薄板、带材和箔材。固溶时效处理后其强度可超过TC4合金约50，性能均匀。如在B1轰炸机上用它制作的零件达250个，用它取代强度较低的TA7和必须热成型的TC4合金。合金的冷成型性能优良、各向异性较小，适于钣金成型。TB5合金具有很好的超塑性，在680900下拉伸，当变形速率=

29、104 108s-1时，延伸率可达400490，应变速率敏感系数m=0.350.40，适于航空部门制造形状复杂的零件和蜂窝结构。TB5合金的T为7605。加热到800水冷或空冷，得到最低的屈强比和较高的塑性，固溶处理后的组织为单相，这对于冷成型十分有利。固溶温度过低(如700)或过高(如900)，因组织中存在较多的相或晶粒粗大，均会提高屈强比和降低塑性，对冷成型不利。合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 TB6（Ti-10V-2Fe-3Al）近型高强高韧合金，具有高淬透性和优良成型性，适用于做航空锻件。b1105MPa时，K1c60MPa m-0.5。该合金已用于波音757客机 和F-18战斗

30、机等，用该合金代替TC4合金可以减重20，用它代替30CrMnSiA时，可减重40。T800810，加热到T以上淬火，相处于机械不稳定状态，Ms点低于室温，但形变诱发马氏体转变点Ms高于室温，在淬火应力作用下，发生应力诱发马氏体转变，形成少量，并且发生转变，故淬火得到+m。两相区加热淬火，组织中还存在初生相。该合金淬火时效工艺为7402h水淬5208h空冷。在区锻造后直接进行时效(5008h)可获得更高的综合性能：b=1184MPa，5=14.6，=48.5，K1c=101.8MPa m-0.5；普通固溶时效后的性能：b=1125MPa，5=12.3，=39.1，K1c=68.8 MPa m-

31、0.5。合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 TB6在+区轧制或区轧制状态下，具有优良超塑性，在750、变形速率1.710-4S-1时，延伸率可达650。合金中稳定化元素含量高，特别是含有共析元素铁，很容易形成铁偏析。在富铁区因转变温度下降而形成一种不含相或相稀少的区域，即所谓斑点。严重的斑点会降低合金的塑性和低周疲劳性能。常规锻造或近锻造对改善斑点无效，因为和两相存在时，铁的扩散受到相界阻碍。锻造和锻后水冷有利减轻斑点，因为锻后水冷储存的畸变能有利于铁的扩散。减少铁偏析有效方法是使电极中铁分布均匀和控制二次熔炼电流大小，如用铁粉代替V-Fe中间合金加入。可使37mm铸锭截面上铁偏差小于0.0

32、8。纵询偏差仅为0.15。合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 高温钛合金：高温钛合金：可在400以上长期工作的钛合金。主要用于航空发动机的压气机盘和叶片等，用它代替部分钢，可使发动机减重，提高推重比。高温钛合金主要性能指标：高温强度、蠕变强度和高温热稳定性。后者是指合金在一定温度下，对于应力或非应力状态暴露后保持塑性和韧性的能力。通常用暴露前后断面收缩率或断裂韧性K1c的变化来衡量。高温暴露后的室温大于未暴露时的60，则为热稳定，否则是不稳定。影响热稳定性的主要因素有两个。一个是高温长期暴露过程中内部组织的变化，如出现有序相Ti3Al、剩余相分解、硅化物的沉淀和聚集等；另一个是氧的渗入形成污

33、染层，使合金变脆。而表面污染层比内部组织变化对热稳定的影响更大。合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 高温钛合金成分特点：组元多，合金元素有铝、锡、锆、钼、硅、铌、稀土等。硅对耐热性有利作用是肯定的，硅和钼共存时作用更显著。铝、锡、锆固溶强化相，可改善室温和高温性能。稀土能阻止晶粒长大，细化晶粒，并提高热稳定性和耐热性。大多数高温钛合金成分为Ti-A1-Sn-Zr-Si系合金，我国还添加了稀土(Ce、Y、Nd、Gd)。高温钛合金组织特点：以相为基体加上少量相，即近合金。它保留合金耐热性和热稳定性高的优点，同时兼有+型合金强度高和塑性好的特点。为获得最佳的蠕变性能，近合金使用状态最好是片状组织，

34、但室温塑性和疲劳性能不如等轴组织好。如果加工工艺能保证得到细小晶粒和细片尺寸的魏氏组织，就可以获得满意的综合性能，如IMI685合金已采用了加工和热处理，得到针状组织，改善了耐热性能。TC6和TC9合金：名义成分为Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe和Ti-6A1-2Sn-3Mo-O.3Si。组织上属+型合金，但以相为基，与近型耐热合金在合金化、组织和性能上是颇为相似，只是稳定元素含量略高，致使相数量稍增多。TC6：含有共析元素铬和铁，在长期加热条件下，因发生共析分解会使合金脆化，为此加入2Mo，以延缓共析分解，改善热稳定性，它适合在350450下工作。TC6合金热处理工艺用双重退火(880l

35、h，空冷+550 25 h，空冷)及淬火时效(850lh，水冷+500时效5 h)。TC9：加入硅，同时合金化程度较高，故热强性和热稳定性比TC6高，使用温度可达500。TC9合金热处理工艺也是采用双重退火(95014h，空冷+5306h，空冷)及淬火时效(925水冷+500时效l6h)。双重退火比普通退火更能保证组织的稳定性。淬火时效可提高室温强度lO20，但这种强化效果只能维持到450500。合金元素及常用牌号合金元素及常用牌号 实实 验验 条条 件件建有建有 500M2 钛合金研究室钛合金研究室 多功能钛合金制备平台多功能钛合金制备平台水冷坩埚炉水冷坩埚炉超高温烧结炉超高温烧结炉我们钛合

36、金研究近况我们钛合金研究近况 耐火材料的设计和合成耐火材料的设计和合成完成相关复合氧化物相图的热力学评估和计算 高温固相法合成了新型特种耐火材料 HIP+高温烧结工艺制备了实验室用坩埚 TKx(CaO)400900140019002400290034000.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 x(CaO)TKZrO2CaOLiquidHCaO+CaZrO3CssMss+CaZrO3PHI2+Mss00.10.20.30.40.50.60.70.80.9140090014001900240029003400前期工作进展前期工作进展我们钛合金研究近况

37、我们钛合金研究近况 实验室低能耗实验室低能耗Ti合金熔炼制备已初步成功合金熔炼制备已初步成功前期工作进展前期工作进展新技术效果新技术效果我们钛合金研究近况我们钛合金研究近况 我们钛合金研究近况我们钛合金研究近况 改性改性CaOCaZrO3SrZrO3BaZrO325Kg级级BaZrO3改性改性CaO0.00.51.01.52.00.1110PH2/1105 Pa/%sample 1#sample 2#absorption plateau cuve desorption plateau cuve抗水化性能TiFe界面分析熔炼后合金式样储氢性能CaZrO3CaZrTiNiA-45.1454.86B

38、18.4724.3247.659.57C33.2966.71-ABCSrZrO3 PositionMole fraction,x%SrZrTiNiA37.0458.511.912.02B13.9123.2932.8429.96C47.4652.54BaZrO3TiAlTi6Al4VTiNiTiFe纯钛Ti6Al4VTiNi TiAl+220304050607080902 TiAl Ti3Al BaZrOTiAlA-35.6064.40B-2.79-79.9517.26AB用Y2O3和BaZrO3坩埚熔炼TiAl 合金比较25Kg级级BaZrO3TiNiTi6Al4VTiFe熔炼后坩埚内表面熔炼

39、后坩埚内表面装料装料我们钛合金研究近况我们钛合金研究近况 ZL200520058677.7一种钛及钛合金熔炼用的坩埚内衬ZL200520058676.2一种钛及钛合金熔炼用的复合坩埚ZL200610032633.6一种钛及钛合金熔炼坩埚ZL200620053250.2一种钛及钛合金熔炼坩埚ZL200620053249.x组合式热解氮化硼坩埚内衬ZL200610030744.3钛或钛合金熔液脱氧净化的方法ZL200620045458.x水平连铸中间包与结晶器之间连接管的加热装置ZL200620045459.4真空熔炼水平连铸中间包与结晶器的压紧系统ZL200610117321.5钛及钛合金熔模精

40、密铸造用氮化硼复合涂料ZL200720076706.1热型连铸工艺中的金属液位控制装置ZL200720076705.7设有凝固界面位置在线检测装置的热型连铸系统ZL200820054547.x钛镍合金连铸用复合结晶器装置申请相关专利申请相关专利 2020 项，授权项，授权 1212 项项我们钛合金研究近况我们钛合金研究近况 ZL200520058677.7一种钛及钛合金熔炼用的坩埚内衬ZL200520058676.2一种钛及钛合金熔炼用的复合坩埚ZL200610032633.6一种钛及钛合金熔炼坩埚ZL200620053250.2一种钛及钛合金熔炼坩埚ZL200620053249.x组合式热解氮化硼坩埚内衬ZL200610030744.3钛或钛合金熔液脱氧净化的方法ZL200620045458.x水平连铸中间包与结晶器之间连接管的加热装置ZL200620045459.4真空熔炼水平连铸中间包与结晶器的压紧系统ZL200610117321.5钛及钛合金熔模精密铸造用氮化硼复合涂料ZL200720076706.1热型连铸工艺中的金属液位控制装置ZL200720076705.7设有凝固界面位置在线检测装置的热型连铸系统ZL200820054547.x钛镍合金连铸用复合结晶器装置申请相关专利申请相关专利 2020 项，授权项，授权 1212 项项我们钛合金研究近况我们钛合金研究近况