使用还原粉后的钛材金相结构对比图

干货丨高清金相图谱之钛及钛合金来源：材易通。

初生α相(primary α)从α+β相区上部加热保留下来的α相。

一般初生α相多呈等轴状，而等轴状的α相几乎都是初生α相。

次生α相(secondary α)从α+β相区上部加热，冷却和时效过程中β相分解产生的α相。

一般次生α相多呈片层状，长宽比较大。

原始β晶粒(prior β grain)最后一次进入到β相区时形成的β晶粒，这些晶粒可能会在β转变点以下的加工时变形。

转变β组织(transformed β structure)从β转变点以上或α+β相区保温冷却过程中β相分解所形成的混合组织，通常由片状α和β交替排列组成。

集束(colonies)β在原始β晶粒内，α片取向几乎相同的区域。

不同方向的集束相互交错，构成了β转变组织。

α'相(α prime/hexagonal martensite phase)β相以非扩散转变形成的过饱和非平衡六方晶格α相。

形态为针状，长宽比高。

由于其形核不依赖于位置，形成的马氏体针常常交错排布，终止于晶界。

α'相(α double prime/orthorhombic martensite phase)由β相以非扩散转变形成的过包和非平衡斜方相，也可能是由于加工应变而引起的。

一般认为α'相是β相向α'相转变的过渡相，退火时效过程中，可以发生α'相向α'相的转变。

ω相(ω phase)在β相分解过程中，通过形核长大的一种非平衡显微相，是β相向α相转变的过渡相。

淬火、时效都可以形成ω相，淬火形成的是无热ω相，时效形成的是等温ω相。

有资料认为，应力应变也可以引发β相向ω相的相变。

ω相引起合金强度升高，塑韧性严重降低。

β'相(β' phase)溶质富化型亚稳定β钛合金中β相通过相分离反应形成的一种浓度较低的亚稳相，此时ω相形成受到抑制，和调幅分解的主要区别在于调幅分解没有形核，而β'相的生成是通过形核长大过程实现的。

到α’＋ 残余β相组织。
当含量达到C2时，马氏体转变完全被抑 制，只有残留β相（机械不稳定，在应力 作用下分解）存在。 当含量≥C3时，为机械稳定β相（非热力
学稳定，回火时分解）。
当元素含量超过C4时才得到室温热力学 稳定的β相。
β相稳定元素含量与淬火快冷 组织关系示意图
气体杂质元素的分类与作用
第十一章
钛合金
序
发现于18世纪末。
言
但由于化学活性高，提取困难，直到1910年金属钛才被 美国科学家用钠还原法(亨特法)提炼出来。 1936年卢森堡科学家克劳尔用镁还原法(克劳尔法)还原 TiCl4，制得海绵钛，奠定了金属钛生产的工业基础。其
技术转让到美国，1948年在美国首先开始海绵钛的工业
控制第二相的数量、大小和分布。
典型合金Ti-13V-11Cr-3Al，经固溶淬火冷成形及时效处理，可获得高强
度。该合金已成功制作SR-71飞机的蒙皮。
要进一步提高强度，先要解决韧性低问题。 细化β晶粒可以提高塑性，但不能提高断裂韧性；通过形变热处理改善
断裂韧性。
钛合金的发展趋势
全世界已研制了几百种钛合金，但投入工业生产的不到100种。我国研制 的钛合金有近60种。列入国家标准的已有40余种。 目前钛合金发展的趋势是发展竞争力更强的钛合金，实现高性能化、多 功能化和低成本化。
钛合金的分类
按其成分和室温下的组织分为三类：
α-钛合金 ：显微组织是α相，含有α相稳定元素及一些中性强
化元素。主要元素是铝、锆、锡等。典型合金有Ti-8Al-1Mo-1V。
α+β钛合金 ：显微组织是α+β相，含有较多的α相稳定元素
和β相稳定元素。

粉末冶金零件的金相制样除铸造、机械成形与机械加工等技术外，粉末冶金（P/M）技术也是制造金属零件的重要方法之一。

该技术可极大减少钢锭金属的不良性能，通过混合不同金属粉末、或金属与非金属粉末，可以达到预期理想的金属性能，而采用其它方法，这些金属通常不易熔成合金。

粉末加工、将其压制为有用形状、以及烧结的过程费用很高，但与锻件或铸件相比，采用这种方法最终制成的零件具有某些无可比拟的优点。

主要优点包括：- 可生成精细均质晶粒结构- 可形成复杂形状，尺寸公差精密- 制成品表面光洁度性能优良与其它成形方法相比，花费很高的机械加工过程可得以缩减或直接除去，于是减小了碎屑损失。

因此，对于小型、形状复杂，和精密零件（如齿轮、链环等）的大批量生产而言，粉末冶金技术是最经济有效的方法。

而且，通过该加工技术，可制造大量特种合金，这些合金具有完全不同材料性能，如高温刚度与硬度。

由碳化钨粉末烧结而成的高速切割刀具正是这样一个实例：采用粉末冶金加工技术获得许多独特的金属性能。

烧结压制零件的密度影响强度、韧性、硬度等重要性能，因此，达到特定的孔隙度至关重要。

为了进行工艺流程控制，需应用金相学知识以检验孔隙度、非金属杂质、以及交叉污染等。

在研究与失效分析中，金相学也是一个主要工具，用于开发新产品，改进加工工艺。

除化学分析外，质量控制还包括一些物理方法，以检验密度、尺寸变化、流率等。

金相制样困难之处研磨与抛光下图表示正确、典型孔隙度。

解决方案：足够长时间抛光粉末冶金零件制备制造为了达到粉末金属零件的理想构造与近净成形，需对以下生产程序进行严格工艺流程控制：- 制备粉末- 将粉末与添加剂（如：润滑剂、碳、和合金元素）混合- 在硬质合金模具中压制粉末- 在保护性气体环境下高温烧结（1100℃-1200℃）化学方法与雾化法是粉末制备中两种最常用的方法。

化学方法将金属在低于熔点的温度下从矿石氧化物直接转变为金属粉末。

例如，铁粉末制备如下：首先，直接从铁矿中提炼出海绵铁，然后，通过机械加工，将海绵铁压碎为粉末，再通过降低温度退火进一步精炼得到纯铁粉末。

硬质合金η相金相形貌
王元瑞
(上海材料研究所检测中心 200437)
材料：YG10圆棒
处理情况：挤压→脱脂→烧结→加压
浸蚀剂：新配20%铁氰化钾和20%氢氧化钾水溶液，浅浸蚀5s
图1 放大倍数：100× 图2 放大倍数：1000×
组织说明：显微η相，显微镜下观察呈红褐色。

图3 放大倍数：100× 图4 放大倍数：1500×组织说明：点状η相，显微镜下观察呈红褐色，为一种贫碳或称为脱碳相，性脆且硬。

图5 放大倍数：100× 图6 放大倍数：50×
图7为图6中η相放大放大倍数：200× 图8为图6中η相放大放大倍数：500×
组织说明：图中出现两部分η相，密布小块状η相出现在圆棒的表面，此系原始W粉已氧化，经混粉时碳含量配比未达到规定要求，烧结时出现η相。

稍向里W粉局部氧化，使η相呈深色长条形和星形，表面原始W粉已经氧化严重、混粉，烧结时缺碳严重，以致形成这种严重的η相缺陷。