钛合金的特性及未来发展趋势

扬春晖等钛舍金的特性及未来发展趋势

钛合金的特性及未来发展趋势P r o p e r t i e s o f T i t a n i u m A l l o y a n d t h e De w e l o p me n t T r e n d i n t h e F u t u r e

杨春晖王举李楠(沈阳产品质量监督检验院，辽宁沈阳 1 1 0 0 2 2 )摘要：本文通过总结钛合金的分类及特征，分析了未来钛合金研究的发展趋势。

关键词：钛合金；特性；趋势

1钛合金概述

素，目前最常用的稳定 a的元素为， 在钛中作用同 C 在钢中的作用一样重要， A l所起的作用主要是限制 J 3相区，提高 p相的转变温度，增加 J 3稳定元素在 a相中的溶解度，但铝合金不能过高，否则会形成 T i A 1等金属间化合物，严重降低合金的塑性， S n和 z r等元素偏多也会产生脆性，人们引入了 A l当量公式。铝当量 A l *含量应控制小于 8~9 (质量百分含量 )。A 2 *=A l+( S n/ 3 )+( Z r/ 6 )+1 0 ( O+C+2 N) ( 1 )

钛合金是 2 O世纪 5 O年代发展起来的一种重要的金

属结构材料，钛及其合金因其比强度高，耐高温，使用温度范围宽 (一2 6 9~6 0 0℃)而成为宇航工业的理想材料，

钛合金因其形状记忆功能 (如r r i—N i, T i—N i—F e等),也可用于卫星和飞船的天线、宇航系统的油管密封和其他

自控装置，目前航空航天领域用钛合金占据了钛合金 5 0%的市场份额；钛合金因其良好的耐腐蚀性，又是航海，石油，化工，医药等行业的理想材料；在医疗领域，钛合金因抗蚀和生物相容性好、无磁性等特点而用于制作义齿支架、冠桥、人体骨骼；在化工领域，钛及钛合金主要用于制造含有腐蚀媒介的交换器、化工容器和管道；在体育用品领域，钛合金广泛的应用于制造高尔夫球头，它的质量轻、强度高，可以制作打击面和容积更大的球头，因

为衡量钛合金中8相的稳定程度或 p稳定元素的作用， 并便于钛合金的分类，提出了 8稳定系数邸的概念，它是指钛合金中 G稳定元素浓度与各自的临界浓

度的比值。,、,、,、

=

+K1

+2 u K3

+

( 2 )

式中： 一B稳定系数； C 一各 l 3稳定元素的浓度；一

此球打得更远、更准。由于钛合金具有良好的工艺塑性和超塑性，适合于各种压力加工成形，有优异的综合性

为J 3稳定元素的临界浓度。

能，在航空和航天工业中获得了最广泛的应用。目前对钛合金的研究在各个发达国家越来越受到重视，尤其是在宇航和军事工业中。

2钛合金的分类目前国内外生产的钛合金中常用的合金元素有： A l, s n, Z r, Mo, V, M n, F e, C r, C u, S i等，而合金元素的种类和含量对钛合金中 a相和 8相的数量及稳定程度有直接的关系， z r与T i同族，具有相同的外层电子结构和晶格类型，低温为密排六方，高温为体心立方，且原子半径相近，可在 a钛和 l 3钛中无限互溶，同S n一样对 a和 p相稳定性影响不大，属于中性元素，但可以固溶强化 a相。而

按照钛合金值和其在平衡和亚稳定状态的相组成，钛合金可以划分为 a型、近a型、 a+B型和型四类。 其基本介绍和性能如下：( 1 ) a型钛合金： 接近零，几乎不含 J 3稳定元素，铝

当量为 5%~6%,我国 a型钛合金牌号开头以 T A表示， 不能热处理化，主要优点是组织稳定，耐腐蚀，易于焊接。

缺点是强度低，压力加工性较差。主要用作飞机上受力不大的板或管材结构件。。 a钛合金包括工业纯钛、 T i— A l 系合金、 T i—A l—s n系合金，以及 T i—c u、 T i—P d系合金等。

Mo和 v为体心立方晶格，可与 l 3钛无限互溶，能够稳定 l 3 相，使( a+p ) 相变温度降低，称为 p稳定元素，它们可以防止共析或包析反应，减小钛合金在一定条件下的脆化， Mn, F e, C o, N i, C u, S i在a钛和 p钛均有限溶解，但在 p

( 2 )近a型钛合金： <0 . 2 3,主要靠 a稳定元素固溶强化，另加少量口稳定元素，以使其退火组织中有少量

的 P相，改善压力加工性，并使合金具有一定的热处理强化效果，也可抑

制 C t 2相的析出。低铝近 C t合金具有与工业纯钛相似的焊接性和热稳定性，但强度较低，不能热处

钛中的溶解度相对偏大，稳定 8相能力较强，同时降低 ( a+8 ) 相变温度，也属于 B稳定元素。A l, C a, C, N, 0起

理强化，适合制造形状复杂的板材冲压及焊接件。高铝近a合金具有比其他钛合金高的抗蠕变能力，热稳定性

稳定 a相的作用，提高( a+p ) 相变温度，称为 a稳定元

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