钛及钛合金金相组织图片(1)

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。

钛合金的固体相变（整理版）钛的主要相及其结构纯钛在固态下有两种同素异构体，常温下以密排六方(hcp)晶格结构存在，称之为α钛。

hcp单元晶胞如图1-1左图所示，在室温下点阵常数a=0.295nm，c=0.468nm。

纯钛的c/a=1.587，小于理想hcp结构的c/a值1.663，(0001)是称为底面(basal plane)，为密排面；(1010)称为棱柱面，(1011)称为棱锥面；a1、a2、a3轴是密排方向，即<1120>方向。

当温度升到882.5℃以上时，变成体心立方(bcc)晶格结构，称之为β钛。

bcc单元晶胞如图1-1右图所示，(110)为密排面，密排方向为<111>，900℃时，点阵常数a=0.332nm。

图1-1 α钛和β钛的原子结构示意图钛合金两相间的具体的转变温度会受间隙和置换元素含量的强烈影响，所以钛的合金元素被分为α稳定元素、中性元素和β稳定元素，如图所示：α稳定元素提高α/β转变温度，置换式的Al和间隙式的C、N、O都是强α稳定元素，这些元素含量越多，则钛合金的α/β转变温度越高。

Zr，Hf和Sn 等属于中性元素，因为它们含量很低时略微降低α/β相变温度，当们含量增加时，又会提高α/β相变温度。

β稳定元素能够降低钛的同素异型转变温度，扩大β相区并增加β相在热力学上的稳定性，这类元素包括间隙式的H和大量的置换式元素，其中置换式β稳定元素又分为β同晶元素和β共析元素，这取决于所产生的二元相图的细节。

钛合金的相变钛合金热处理是钛合金学科领域内一个重要的分枝。

其典型特征为: 淬火过程中发生了马氏体相变，或保留高温组织，合金的塑性韧性稍有升高，强度硬度稍有降低。

在随后时效过程中，由于亚稳定相和中间相的生成，合金硬度、强度升高，塑性、韧性降低。

对过渡阶段的每一种亚稳相和中间相都有其产生的条件和相应的性质，钛合金热处理的研究实际上就是对其淬火和时效过程中中间相的研究。

典型钛及钛合金的组织与性能综述Newly compiled on November 23, 2020典型钛合金的组织与性能文献查阅总结1.α型钛合金α型钛合金中又分为全α型钛合金和近α型钛合金，工业纯钛属于α型钛合金，此外一般α合金含有6%左右的Al和少量中性元素，退火后几乎全部是α相，典型合金包括TA1~TA7合金等；近α型钛合金中除了含有Al 和少量中性元素外，还有少量（不超过4%）的稳定元素，如TA15、TA16、TA17等。

工业纯钛工业纯钛按杂质元素含量分为TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2、TA2ELI、TA3、TA3ELI、TA4、TA4ELI9个牌号，相变点大约为900℃。

工业纯钛具有高塑性、适当的强度、良好地耐蚀性以及优良的焊接性能等特点，广泛应用于化工设备、滨海发电装置、海水淡化装置、舰船零部件等，其冷热加工性能好，可生产各种规格的板材、棒材、型材、带材、管材和丝材，一般在退火状态下交货使用。

典型的工业纯钛显微组织如图1-3所示：图1 TA1板材650℃/1h退火态组织：等轴α+少量晶间β图2 TA2大规格棒材600℃/1h退火态组织：等轴α图3 TA3板材800℃/1h退火态组织：等轴α+含有针状α转变的βTA1钛管的组织与性能[][]庞继明，李明利，李明强等. 退火温度对TA1钛管材组织和性能的影响[J]. 钛工业进展. 2011, 28(2): 26-28研究方法：TA1铸锭经过2500t水压机开坯锻造和1600t卧式挤压机热挤压，最终获得φ45×7mm的管坯。

管坯经两辊和三辊管材冷轧机轧制成φ12×的管材。

将管材置于真空热处理炉中，分别加热至450，475，490，500，550，600，650，700℃，保温90min，随炉冷却。

a）TA1钛管的显微组织图1为冷加工态及不同的温度热处理后的TA1管材横向显微组织。

可以看出，冷加工态的TA1管材组织混乱且有部分晶粒破碎不完全；700℃下的组织已完全再结晶、等轴化，与650℃的相比晶粒已明显长大。

三元合金的显微组织-材料科学基础-实验-05三元合金是由三种不同元素组成的金属合金。

由于其独特的化学组成，三元合金具有很好的耐腐蚀性、高温强度和热处理性能，被广泛应用于航空、航天、能源等领域。

在理解三元合金的性能和应用方面，了解其显微组织结构是非常重要的。

显微组织是指材料的微观结构，是由其晶体结构和晶粒大小、相的数量和大小、缺陷和原位反应等因素确定的。

本实验通过金相显微镜观察不同三元合金的显微组织结构，了解其相组成、晶粒大小和分布规律，掌握材料的宏观性能与显微组织的相互关系。

实验过程中使用的样品为三元合金钛合金（TiAlV）、铬钴钨合金（CrCoW）和铝镁合金（AlMg）。

首先，用机械切割机将样品切成长方形条形，经过打磨、抛光等处理后，获得相对平滑的表面。

然后，将样品进行腐蚀处理。

腐蚀液的组成和浓度需要根据不同材料的化学成分和结构进行选择。

本实验中，使用的腐蚀液为1%的HF和4%的HNO3混合液，对应的腐蚀时间为5分钟、10分钟和20分钟。

腐蚀完成后，将样品用去离子水彻底冲洗干净，然后进行金相制备。

金相制备主要是将样品固定在支架上，然后进行研磨、抛光、腐蚀等处理，获得透明的样品表面。

最后，用金相显微镜观察样品的显微组织。

观察时需要注意调整显微镜的放大倍率、聚焦、亮度和对比度等参数，以便获得清晰的图像。

观察不同三元合金的显微组织，可以得到以下结论：1. 钛合金（TiAlV）的显微组织为α相和β相交替分布的层状结构。

α相是一种体心立方晶体，颜色为浅等榫色，晶粒大小为10-20μm。

而β相是一种面心立方晶体，颜色为深等榫色，晶粒大小为20-40μm。

相间界面比较清晰，但微观缺陷存在较多，晶粒大小的分布范围较广。