鈦合金的組織與性能

一、鈦合金材料的生產

鈦及鈦合金是由海綿鈦或海綿抬價合金元素熔煉鑄成鈦錠，用塑性加工方法將鑄錠制成各種加工材(板材、棒材、管材、絲材、型材和鍛件等)，不僅使金屬鈦有了便于使用的形狀，而且改善了組織，從而提高了性能。也可用鑄造和粉末冶金等方法制成各種形狀零部件。一般加工材的性能要比粉末冶金制品或鑄件的性能好，但也可以采用熱等靜壓處理技術改善性能，粉末冶金工藝卻能生產出熔煉工藝難以生產的合金，如顆粒增強合金。

   鈦加工材生產工藝流程見圖

二、鈦合金的組織與性能

   鈦合金按組織分類只有三種類型,即a型、(a+β)型和β型。其中c型和β型鈦合金加熱、冷卻后晶型不變,唯有在含一定范圍合金元素的(a+β)型鈦合金,加熱溫度高于相變溫度(7B),快速冷卻時β相具有馬氏體轉變,其轉變開始溫度用Ms、表示。由于加熱溫度不同,冷卻速度不同,會獲得各種不同的顯微組織,因而具有不同的力學性能。這一點很重要,使用鈦合金生產各種設備、零部件時,如有熱影響,必須考慮合金中相轉變問題。

合金加熱、冷卻過程的組織和力學性能變化舉例如下:

1、TC4鈦棒（Ti6AL-4V）合金

TC4合金加熱到1020℃C,合金高溫顯微組織為單相B組成是固溶體。當以不同冷卻速度,如水中淬火、空氣中冷卻和隨爐冷卻時,獲得的顯微組織見圖：

   與上述情況相同,當加熱到950℃和850℃時,不同冷卻速度冷卻后所獲得的顯微組織如圖：

   TC4合金加熱到1020℃、950℃和850℃后,以不同冷卻速度冷卻,其室溫力學性能見表：

2、TA15鈦棒(Ti-6.5A1-1Mo_lv_2zr)合金

TA15合金加熱到1010℃和950℃，以不同冷卻速度，如水中淬火、空氣中冷卻和隨爐冷卻，獲得的顯微組織如圖：

TA15合金加熱到1010℃帆和950℃后，以不同冷卻速度冷卻，其室溫力學性能見表

    鈦合金的強化熱處理兼有鋼和鋁合金的強化熱處理特點。 鈦合金強化熱處理主要用于α+β型和β型鈦合金。β型鈦合金的強化屬于固溶強化, 加熱時的β相在冷卻過程中不形成馬氏體, 時效時是靠平衡相彌散分布強化。 而α+β型鈦合金的強化機制取決于淬火馬氏體α' (或亞穩β相) 。 一般淬火后,合金獲得α'+β或α+α'+β組織,時效時α不變,α'和β相發生轉變,α' 分解為α+β,原淬火時的針狀組織消失。淬火β相分解為α+β。