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鈦及鈦合金的二元相圖的四種類型

發布日期:2019-09-18  瀏覽次數:129
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   (1)第一種類型與α和 β均形成連續互溶的相圖。只有2個即 Ti-Zr 和 Ti-Hf系。是同族元素,其原子外層電子構造一樣,點陣類型相同,原子半徑相近。這兩元素在α鈦和β鈦中溶解能力相同,對α相和 β相的穩定性能影響不大。溫度高時,鋯的強化作用較強,因此鋯常作為熱強鈦合金的組元。
  (2)第二種類型 β是連續固溶體,α是有限固溶體。有 4 個:Ti-V Ti-Nb Ti-TaTi-Mo系。V、Nb、Ta、Mo 四種金屬只有一種一種體心立方,所以它們與具有相同晶型的 β-Ti 形成連續固溶體,而與密排六方點陣的 α-Ti 形成有限固溶體。V 屬于穩定 β相的元素,并且隨著濃度的提高, 它急劇降低鈦的同素異晶轉變溫度。V 含量大于 15%時,通過淬火可將β相固定到室溫。 對于工業鈦合金來說,V在α鈦中有較大的濃度( >3%),這樣可以得到將單相 α合金的優點(良好的焊接性)和兩相合金的有點(能熱處理強化,比 α合金的工藝塑性好)結合在一起的合金。 Ti-V系中無共析反應和金屬化合物。Nb 在 α鈦中溶解度大致和V相同(約 4%),但作為 β穩定劑的效應低很多。Nb 含量大于 37%時,可淬火成全 β組織。Mo 在 α鈦中的溶解度不超過 1%,而 β穩定化效應最大。 Mo 含量大于 1%時,可淬火成全 β組織.Mo 的添加有效地提高了室溫和高溫的強度。 Mo 室溫一個缺點是熔點高,與鈦不易形成均勻的合金。加入 Mo 時,一般是以 Mo-Al 中間合金形式(通過氧化物的鋁熱還原過程制得)加入。
  (3)第三種類型 與 α、β均有限溶解,并且有包析反應的相圖。 Ti-Al 、Ti-Sn、Ti-Ca、Ti-B、Ti-C、Ti-N 、Ti-O 等。5%~25% Al 濃度范圍內的相區范圍內存在有序化的 α2(Ti 3X)相 ,它會使合金的性能下降。鋁當量 Al *=Al% +1/3Sn%+1/6Zr% + 1/2Ga% + 10[O]% ≤ 8%~9% 。只要鋁當量低于 8%~9%,就不會出現α2 相。Sn 是相當弱的強化劑,但能顯著提高熱強性,以錫合金化時,其室溫塑性不降低而熱強性增加。微量的B可細化鈦及其合金的大晶粒, Ga 可以與鈦良好溶合,并顯著提高鈦合金的熱強性。氧是較 “軟”的強化劑,在含量允許的范圍內時,不僅可保證所需的強度水平,而且可以保證足夠高的塑性。
  (4)第四種類型 與 α、β均有限溶解,并且有共析分解的相圖,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 化合物有兩種同素異晶形式,其固溶體以 δ和 γ表示。Cr 屬于 β穩定元素,在 α鈦中的溶解度不超過 0.5%。Cr 含量大于 9%時,通過淬火可將 β相固定到室溫。 Cr 可以使鈦合金有好的室溫塑性并有高的強度,同時可保證有高的熱處理強化效應。Ti-W系中,會產生偏析轉變: β′? α + 。偏析反應溫度較高, β′′ Ti-W 系的熱穩定性比 Ti-Cr 合金高的多。 W 在 α鈦中的溶解度不高。W含量大于25%時,通過淬火可將 β相固定到室溫。氫降低鈦的同素異晶轉變溫度,形成共析反應,從而使 β固溶體分解而形成α相和鈦的氫化物,在共析溫度下氫在 α鈦中的溶解度為 0.18%。氫組成間隙型固溶體,屬于有害雜質,會引起鈦合金的氫脆。在非合金化鈦和以α組織為基的單相鈦合金中,氫脆的主要原因是脆性氫化物相的析出,急劇降低斷裂強度。在兩相合金中,不形成氫化物,但形成氫的過飽和固溶體區,在低速變形時引起脆性斷裂。在 β相含量小的合金中, 這兩種產生聯合作用。純鈦和近α組織的鈦合金對氫脆最敏感。隨著合金中β相含量增加,其氫脆敏感性減弱。
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