1.钛合金的概述

1.1钛合金的分类

钢和铝金属材料早已被广泛应用于各领域，但是，随着时代的发展，人们的需求的日益提高，我们需要性能更加优越的材料，正是在这种情况下，钛合金出现并迅速引起了研究热潮，在20世纪50-60年代，主要研发航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出耐蚀钛合金，80年代以后，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金具有许多独特的优点，如强度高、耐热、耐低温、抗腐蚀性能好、导热系数小、无磁性等。钛合金按退火组织可分为α钛合金、β钛合金和(α β)钛合金，分别以TA、TB和TC表示。三大类的钛合金各有其特点，α钛合金高温性能好，组织稳定，焊接性好，但常温强度低，塑性不好；(α β)钛合金可以用热处理进行强化，常温强度高，中等温度的耐热性良好，但组织不够稳定，焊接性差；β钛合金的加工性好，当合金浓度适合时，可通过热处理获得高的常温力学性能，但组织也不稳定，冶炼工艺复杂。所以，目前应用较多的是(α β)钛合金。

1.2钛合金典型组织及其性能

钛合金常见的显微平衡组织如图1所示有4种^[1]：等轴组织(a)、双态组织(b)、网篮组织(c)、魏氏体组织(d)。等轴组织特点是初生α相分布较均匀，含量50%以上，伴有一定数量的β相。其室温塑性、冲击韧性、疲劳极限和热稳定性较好。双态组织的特点是初生α相含量小于50%，原始β相晶粒有一定程度的破碎。其具有良好的塑性和疲劳强度，但加工性较差。网篮组织的特点是细条状组织相互交叉，似网篮。其塑性、疲劳性能、蠕变抗力和高温持久强度好，但断裂韧性低。魏氏体组织的特点是粗大的β相晶粒中有许多平行的层片状的α相。其室温下抗拉强度、断裂韧性、蠕变抗力较好，但是塑性、疲劳强度、冲击韧性差。

2.钛合金中合金元素作用

2.1 铝元素的作用

Al是钛中最重要的固溶强化元素，属于置换固溶体强化，可提高材料的室温和高温强度、相变温度、再结晶温度、弹性模量和比电阻^[2]。Al元素是α稳定元素，还具有细化晶粒的作用。加入Al后，合金的强度随着Al含量的增加而提高，但量多会使合金热加工变困难，所以工业上一般不超过6%。在500℃以下，Al能提高合金的耐热性。

2.2 铁元素的作用

Fe元素比V元素便宜，生产成本低，Fe的熔点比V低，有利于制备。Fe元素能显著降低钛合金的马氏体转变温度，Fe与Ti的共析分解反应为：β→α TiFe，因为这个过程进行慢，因此，Fe是β钛合金的慢共析元素，是β相稳定元素。Fe还能显著提高钛合金的淬透性，随着Fe元素的含量的升高，合金力学性能会随之提高，但Fe元素容易在合金中偏析形成α相，会降低合金的耐蚀性^[3]。