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钛及钛合金的二元相图的四种类型

发布日期:2019-09-18  浏览次数:78
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   (1)第一种类型与α和 β均形成连续互溶的相图。只有2个即 Ti-Zr 和 Ti-Hf系。是同族元素,其原子外层电子构造一样,点阵类型相同,原子半径相近。这两元素在α钛和β钛中溶解能力相同,对α相和 β相的稳定性能影响不大。温度高时,锆的强化作用较强,因此锆常作为热强钛合金的组元。
  (2)第二种类型 β是连续固溶体,α是有限固溶体。有 4 个:Ti-V Ti-Nb Ti-TaTi-Mo系。V、Nb、Ta、Mo 四种金属只有一种一种体心立方,所以它们与具有相同晶型的 β-Ti 形成连续固溶体,而与密排六方点阵的 α-Ti 形成有限固溶体。V 属于稳定 β相的元素,并且随着浓度的提高, 它急剧降低钛的同素异晶转变温度。V 含量大于 15%时,通过淬火可将β相固定到室温。 对于工业钛合金来说,V在α钛中有较大的浓度( >3%),这样可以得到将单相 α合金的优点(良好的焊接性)和两相合金的有点(能热处理强化,比 α合金的工艺塑性好)结合在一起的合金。 Ti-V系中无共析反应和金属化合物。Nb 在 α钛中溶解度大致和V相同(约 4%),但作为 β稳定剂的效应低很多。Nb 含量大于 37%时,可淬火成全 β组织。Mo 在 α钛中的溶解度不超过 1%,而 β稳定化效应最大。 Mo 含量大于 1%时,可淬火成全 β组织.Mo 的添加有效地提高了室温和高温的强度。 Mo 室温一个缺点是熔点高,与钛不易形成均匀的合金。加入 Mo 时,一般是以 Mo-Al 中间合金形式(通过氧化物的铝热还原过程制得)加入。
  (3)第三种类型 与 α、β均有限溶解,并且有包析反应的相图。 Ti-Al 、Ti-Sn、Ti-Ca、Ti-B、Ti-C、Ti-N 、Ti-O 等。5%~25% Al 浓度范围内的相区范围内存在有序化的 α2(Ti 3X)相 ,它会使合金的性能下降。铝当量 Al *=Al% +1/3Sn%+1/6Zr% + 1/2Ga% + 10[O]% ≤ 8%~9% 。只要铝当量低于 8%~9%,就不会出现α2 相。Sn 是相当弱的强化剂,但能显著提高热强性,以锡合金化时,其室温塑性不降低而热强性增加。微量的B可细化钛及其合金的大晶粒, Ga 可以与钛良好溶合,并显著提高钛合金的热强性。氧是较 “软”的强化剂,在含量允许的范围内时,不仅可保证所需的强度水平,而且可以保证足够高的塑性。
  (4)第四种类型 与 α、β均有限溶解,并且有共析分解的相图,有 Ti-Cr、Ti-Mn 、Ti-Fe、Ti-Co、Ti-Ni 、Ti-Cu、Ti-Si、Ti-Bi 、Ti-W、Ti-H。Ti-Cr 系中,形成的Ti2Cr 化合物有两种同素异晶形式,其固溶体以 δ和 γ表示。Cr 属于 β稳定元素,在 α钛中的溶解度不超过 0.5%。Cr 含量大于 9%时,通过淬火可将 β相固定到室温。 Cr 可以使钛合金有好的室温塑性并有高的强度,同时可保证有高的热处理强化效应。Ti-W系中,会产生偏析转变: β′? α + 。偏析反应温度较高, β′′ Ti-W 系的热稳定性比 Ti-Cr 合金高的多。 W 在 α钛中的溶解度不高。W含量大于25%时,通过淬火可将 β相固定到室温。氢降低钛的同素异晶转变温度,形成共析反应,从而使 β固溶体分解而形成α相和钛的氢化物,在共析温度下氢在 α钛中的溶解度为 0.18%。氢组成间隙型固溶体,属于有害杂质,会引起钛合金的氢脆。在非合金化钛和以α组织为基的单相钛合金中,氢脆的主要原因是脆性氢化物相的析出,急剧降低断裂强度。在两相合金中,不形成氢化物,但形成氢的过饱和固溶体区,在低速变形时引起脆性断裂。在 β相含量小的合金中, 这两种产生联合作用。纯钛和近α组织的钛合金对氢脆最敏感。随着合金中β相含量增加,其氢脆敏感性减弱。
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