鈦合金按組織可分三類.(1鈦中加入鋁和錫元素.2鈦中加入鋁鉻鉬釩等合金元素.3鈦中加入鋁和釩等元素.)鈦合金具有強(qiáng)度高而密度又小,機(jī)械性能好,韌性和抗蝕性能很好.另外:鈦合金的工藝性能差,切削加工困難.在熱加工中,非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì).還有抗磨性差,生產(chǎn)工藝復(fù)雜.
以鈦為基加入其他元素組成的合金。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開(kāi)始的。航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以平均每年約 8%的增長(zhǎng)速度發(fā)展。目前世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬(wàn)余噸,鈦合金牌號(hào)近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦(TA1、TA2和TA3)。
鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用，用于制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。
中國(guó)于1956年開(kāi)始鈦和鈦合金研究;60年代中期開(kāi)始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。
特點(diǎn) 鈦合金與其他金屬材料相比,有下列優(yōu)點(diǎn):
①比強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度/密度)高(見(jiàn)圖),抗拉強(qiáng)度可達(dá)100～140kgf/mm2，而密度僅為鋼的60%。
②中溫強(qiáng)度好,使用溫度比鋁合金高幾百度，在中等溫度下仍能保持所要求的強(qiáng)度,可在450～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作。
③耐蝕性好,在大氣中鈦表面立即形成一層均勻致密的氧化膜，有抵抗多種介質(zhì)侵蝕的能力。通常鈦在氧化性和中性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，在海水、濕氯氣和氯化物溶液中的耐蝕性能更為優(yōu)異。但在還原性介質(zhì)，如鹽酸等溶液中，鈦的耐蝕性能較差。
④低溫性能好,間隙元素極低的鈦合金,如TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性。
⑤彈性模量低,熱導(dǎo)率小，無(wú)鐵磁性。
合金元素 鈦有兩種同質(zhì)異晶體:882℃以下為密排六方結(jié)構(gòu)α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦。合金元素根據(jù)它們對(duì)相變溫度的影響可分為三類:
①穩(wěn)定α相、提高相轉(zhuǎn)變溫度的元素為α穩(wěn)定元素,有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對(duì)提高合金的常溫和高溫強(qiáng)度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。
②穩(wěn)定β相、降低相變溫度的元素為β穩(wěn)定元素，又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等;后者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。
③對(duì)相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯、錫等。
氧、氮、碳和氫是鈦合金的主要雜質(zhì)。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對(duì)鈦合金有顯著強(qiáng)化效果,但卻使塑性下降。通常規(guī)定鈦中氧和氮的含量分別在0.15～0.2%和0.04～0.05%以下。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過(guò)多的氫會(huì)產(chǎn)生氫化物，使合金變脆。通常鈦合金中氫含量控制在 0.015%以下。氫在鈦中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。
類別 鈦合金根據(jù)相的組成可分為三類:α合金,(α+β)合金和β合金,中國(guó)分別以TA、TC、TB表示。
① α合金含一定量的穩(wěn)定α相的元素，平衡狀態(tài)下主要由α相組成。α合金比重小，熱強(qiáng)性好、具有良好的焊接性和優(yōu)異的耐蝕性,缺點(diǎn)是室溫強(qiáng)度低,通常用作耐熱材料和耐蝕材料。α合金通常又可分為全α合金(TA7)、近α合金 (Ti-8Al-1Mo-1V)和有少量化合物的α合金(Ti-2.5Cu)。 ② (α+β)合金含一定量的穩(wěn)定α相和β相的元素，平衡狀態(tài)下合金的組織為α相和β相。(α+β)合金有中等強(qiáng)度、并可熱處理強(qiáng)化，但焊接性能較差。(α+β)合金應(yīng)用廣泛,其中Ti-6Al-4V合金的產(chǎn)量在全部鈦材中占一半以上。
③ β合金含大量穩(wěn)定β相的元素，可將高溫β相全部保留到室溫。β合金通常又可分為可熱處理β合金(亞穩(wěn)定β合金和近亞穩(wěn)定β合金)和熱穩(wěn)定β合金。可熱處理β合金在淬火狀態(tài)下有優(yōu)異的塑性，并能通過(guò)時(shí)效處理使抗拉強(qiáng)度達(dá)到130～140kgf/mm2。β合金通常作高強(qiáng)度高韌性材料使用。缺點(diǎn)是比重大，成本高，焊接性能差，切削加工困難。
鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金(鈦-鉬，鈦-鈀合金等)、低溫合金以及特殊功能合金(鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金)等。典型合金的成分和性能見(jiàn)表。
熱處理 鈦合金通過(guò)調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認(rèn)為細(xì)小等軸組織具有較好的塑性、熱穩(wěn)定性和疲勞強(qiáng)度;針狀組織具有較高的持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性;等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。
常用的熱處理方法有退火、固溶和時(shí)效處理。退火是為了消除內(nèi)應(yīng)力、提高塑性和組織穩(wěn)定性，以獲得較好的綜合性能。通常α合金和(α+β)合金退火溫度選在(α+β)—→β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下120～200℃;固溶和時(shí)效處理是從高溫區(qū)快冷,以得到馬氏體α′相和亞穩(wěn)定的β相,然后在中溫區(qū)保溫使這些亞穩(wěn)定相分解，得到α相或化合物等細(xì)小彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)，達(dá)到使合金強(qiáng)化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)—→β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下40～100℃進(jìn)行，亞穩(wěn)定β合金淬火在(α+β)—→β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上40～80℃進(jìn)行。時(shí)效處理溫度一般為450～550℃。此外,為了滿足工件的特殊要求，工業(yè)上還采用雙重退火、等溫退火、β熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝。