解读钛和钛合金原理及分类

钛及钛合金的分类及特性。

钛是一种非磁性材料，具有密度小（4.5g/cm3）、强度高（比铁约高1倍）、较好的高温强度和低温韧性以及良好的耐腐蚀性等特点。

钛在885℃以下时，具有密集六方晶格称为α钛。

在885℃产生同素异晶转变，晶格变为体心立方晶格称为β钛。

钛长时间在高温停留，晶粒容易长大，快速冷却时，容易生成不稳定的针状α钛组织称为“钛马氏体”，其强度较高，塑性较低。

钛加入合金元素后可改善加工性能和力学性能，常加的合金元素有Al、V、Mn、Cr、Mo等，按照成分和在室温时的组织不同，钛和钛合金可分为：
⑴工业纯钛按其纯度可分为TA1、TA2、TA3等牌号，其中TA1的杂质最少，少量杂质将使强度增高、塑性降低，故TA1的强度最低（σb为300～500MPa）、塑性最好（δ为30%）。

工业纯钛有良好的焊接性。

⑵α钛合金钛中加入了Al、Sn等元素，牌号为TA6、TA7，有良好的高温强度和抗氧化性。

α钛合金有良好的焊接性。

⑶β钛合金钛中加入了Mn、V、Mo、Cr等元素，牌号为TB1、TB2。

热处理后强度较高（TB1的σb为700MPa），
塑性也较好，而且具有良好的加工性，但耐热性稍差，体积质量大、成本高。

β钛合金的焊接性不良。

⑷α+β钛合金钛中加入了Al、Se、Mo、Mn、Cr等元素，牌号为TC1、TC2。

可通过热处理如化，加工性能良好，但高温强度低于α钛合金。

α+β钛合金焊接性很差，很少用于焊接结构。

钛及钛合金的分类市场供货的钛产品主要有工业纯钛和钛合金两大类：一.工业纯钛：钛属于多晶型金属，在低于882℃为a晶型，原子结构呈密排六方晶格，从882℃至熔点都是B晶型，呈体心立方晶格。

工业纯钛在金相组织上呈现a相，如果退火完全的话，是大小基本相等等轴状单项晶格。

由于存在着杂质，所以工业纯钛中也存在着少量的B相。

基本上是沿着晶界分布。

工业纯钛按GB/T3620.1—2007新标准共有九个牌号，TA1类型的有三个，TA2—TA4每个类型的各有两个，它们的差别就是纯度的不同。

从表中我们可以看出，从TA1—TA4每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，这个ELI是英文低间隙元素的缩写，也就是高纯度的意思。

由于Fe，C, N, H, O在a—Ti 中是以间隙元素存在的，它们的含量多少对工业纯钛的耐腐蚀性能以及力学性能产生很大的影响，C,N,O固溶于钛中可以使钛的晶格产生很大的畸变，使钛的被强烈的强化和脆化。

这些杂质的存在是生产过程中由生产原料带入的，主要是海绵钛的质量。

要是想生产高纯度的工业纯钛钛锭，就得使用高纯度的海绵钛。

在标准中，带ELI的牌号在这6个元素含量的最高值均低于不带ELI的牌号。

这些标准的修改是参照国际上或者说是西方国家的标准（我们国家的标准正在努力向西方国家靠拢，因为我们国家的很多基础工业还是比他们落后一些，很多老标准都是沿袭前苏联的），特别是在杂质的含量以及室温力学性能上各牌号的指标和国际上，以及西方国家基本上保持一致。

这个新标准主要是参照ISO（国际标准）外科植入物和美国ASTM材料标准（B265, B338, B348, B381, B861, B862, B863这七个标准）。

并且与ISO和美国的ASTM标准相对应，例如TA1对应Gr1, TA2对应Gr2, TA3对应Gr3, TA4对应Gr4。

这样有利于各个行业在选材和应用上明晰各国标准的参照，也有利于在技术和商贸上与国际上的交流。

钛及钛合金的研究1.引言钛是 20 世纪 50 年代发展起来的一种重要的结构金属，因其具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁等一系列优良性能，以及形状记忆、超导、储氢、生物相容性四大独特功能，被广泛应用在航空航天、舰船、军工、冶金、化工、海水淡化、轻工、环境保护、医疗器械等领域，并创造了巨大的经济和社会效益，在国民经济发展和国防中占有重要的地位和作用。

钛是金属材料王国中“全能的金属”、“海洋金属”、“太空的金属”，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛被视为继铁、铝之后处于发展中的“第三金属”和“战略金属”。

根据在钛中加入β稳定元素的多少及退火后的组织，钛合金可分为α、近α、α+β、近β和β钛合金。

美、日、俄罗斯以及中国等许多国家都高度重视钛合金的发展，各国根据不同国情和需求进行了各自的研发，现已得到了广泛的应用[1~3]。

2.钛及钛合金的特点钛及钛合金具有许多优良特性,主要体现在如下几个方面：(1)比强度高。

钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686~1 176 MPa,而密度仅为钢的60%左右,所以比强度很高。

(2)硬度较高。

钛合金(退火态)的硬度HRC为32~38。

(3)弹性模量低。

钛合金(退火态)的弹性模量为1.078@105~1.176@105MPa,约为钢和不锈钢的一半。

(4)高温和低温性能优良。

在高温下,钛合金仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽,目前新型耐热钛合金的工作温度可达550~600e;在低温下,钛合金的强度反而比在常温时增加,且具有良好的韧性,低温钛合金在-253e时还能保持良好的韧性。

(5)钛的抗腐蚀性强。

钛在550e以下的空气中,表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中,其耐蚀性优于大多数不锈钢。

此外,钛还具有形状记忆、吸氢、超导、无磁、低阻尼等优良特性。

纯钛及钛合金与其他材料有关性能的对比见表1。

3.钛及钛合金的研究进展1954 年美国成功研制出第一个实用钛合金Ti-6Al-4V，由于其具有优异的综合性能，成为钛合金中的王牌合金[1]。

钛及钛合金的分类市场供货的钛产品主要有工业纯钛和钛合金两大类：一.工业纯钛：钛属于多晶型金属，在低于882℃为a晶型，原子结构呈密排六方晶格，从882℃至熔点都是B晶型，呈体心立方晶格。

工业纯钛在金相组织上呈现a相，如果退火完全的话，是大小基本相等等轴状单项晶格。

由于存在着杂质，所以工业纯钛中也存在着少量的B相。

基本上是沿着晶界分布。

工业纯钛按GB/T3620.1—2007新标准共有九个牌号，TA1类型的有三个，TA2—TA4每个类型的各有两个，它们的差别就是纯度的不同。

从表中我们可以看出，从TA1—TA4每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，这个ELI是英文低间隙元素的缩写，也就是高纯度的意思。

由于Fe，C, N, H, O在a—Ti 中是以间隙元素存在的，它们的含量多少对工业纯钛的耐腐蚀性能以及力学性能产生很大的影响，C,N,O固溶于钛中可以使钛的晶格产生很大的畸变，使钛的被强烈的强化和脆化。

这些杂质的存在是生产过程中由生产原料带入的，主要是海绵钛的质量。

要是想生产高纯度的工业纯钛钛锭，就得使用高纯度的海绵钛。

在标准中，带ELI的牌号在这6个元素含量的最高值均低于不带ELI的牌号。

这些标准的修改是参照国际上或者说是西方国家的标准（我们国家的标准正在努力向西方国家靠拢，因为我们国家的很多基础工业还是比他们落后一些，很多老标准都是沿袭前苏联的），特别是在杂质的含量以及室温力学性能上各牌号的指标和国际上，以及西方国家基本上保持一致。

这个新标准主要是参照ISO（国际标准）外科植入物和美国ASTM材料标准（B265, B338, B348, B381, B861, B862, B863这七个标准）。

并且与ISO和美国的ASTM标准相对应，例如TA1对应Gr1, TA2对应Gr2, TA3对应Gr3, TA4对应Gr4。

这样有利于各个行业在选材和应用上明晰各国标准的参照，也有利于在技术和商贸上与国际上的交流。

第三章钛合金及合金化原理3.1钛合金相图类型及合金元素分类1.钛合金的二元相图（1）第一种类型与α和β均形成连续互溶的相图。

只有2个即Ti-Zr和Ti-Hf 系。

钛、锆、铪是同族元素，其原子外层电子构造一样，点阵类型相同，原子半径相近。

这两元素在α钛和β钛中溶解能力相同，对α相和β相的稳定性能影响不大。

温度高时，锆的强化作用较强，因此锆常作为热强钛合金的组元。

（2）第二种类型β是连续固溶体，α是有限固溶体。

有4个：Ti-V Ti-Nb Ti-Ta Ti-Mo系。

V、Nb、Ta、Mo四种金属只有一种一种体心立方，所以它们与具有相同晶型的β-Ti形成连续固溶体，而与密排六方点阵的α-Ti形成有限固溶体。

V属于稳定β相的元素，并且随着浓度的提高，它急剧降低钛的同素异晶转变温度。

V含量大于15%时，通过淬火可将β相固定到室温。

对于工业钛合金来说，V在α钛中有较大的浓度（>3%），这样可以得到将单相α合金的优点（良好的焊接性）和两相合金的有点（能热处理强化，比α合金的工艺塑性好）结合在一起的合金。

Ti-V系中无共析反应和金属化合物。

Nb在α钛中溶解度大致和V相同（约4%），但作为β稳定剂的效应低很多。

Nb含量大于37%时，可淬火成全β组织。

Mo在α钛中的溶解度不超过1%，而β稳定化效应最大。

Mo含量大于1%时，可淬火成全β组织.Mo的添加有效地提高了室温和高温的强度。

Mo室温一个缺点是熔点高，与钛不易形成均匀的合金。

加入Mo时，一般是以Mo-Al中间合金形式（通过钼氧化物的铝热还原过程制得）加入。

（3）第三种类型与α、β均有限溶解，并且有包析反应的相图。

Ti-Al、Ti-Sn、Ti-Ca、Ti-B、Ti-C、Ti-N、Ti-O等。

5%～25% Al浓度范围内的相区范围内存在有序化的α2（Ti3X）相,它会使合金的性能下降。

铝当量Al*=Al% +1/3Sn%+ 1/6Zr% + 1/2Ga% + 10[O]% ≤ 8%～9% 。

钛和钛合金的介绍
钛，是一种金属元素，它的化学符号是Ti，原子序数是17。

它和其他金属元素相比，既不能像铁那样形成金属间化合物（如TiC），也不能像钛那样形成氧化物（如TiO）。

因此，钛在工业
上被广泛用于制造火箭的推进系统、化工设备、飞机发动机、医
疗器械和军事上的防辐射设备等。

钛合金是一种比强度很高的材料，在航空航天领域中应用广泛。

它是一种比较难熔的金属，熔点和沸点都很低，在空气中不
易氧化。

钛合金的强度很高，比强度一般在35以上。

但它的延
展性和耐热性差，受高温作用容易被氧化而失去强度。

钛合金分为两大类：一类是普通钛合金；另一类是超低钛合
金（一般为Ti-6Al-4V）。

普通钛合金是由钛、铜、铝等元素组成的铁基和铝基合金。

超低钛合金由钛、镍、铁和铜组成。

目前，
美国已将镍和铁等元素掺入超低钛合金中，提高了超低钛合金的
强度和韧性。

钛及钛合金在常温下具有很好的强度和韧性，但在高温下强
度和韧性急剧下降。

—— 1 —1 —。

纯钛，钛合⾦，钛钢，钛⾦它们的区别是什么？
通常⼤家都会时不时的提到纯钛，钛合⾦，钛钢，钛⾦等材料，哪么他们中都含有⼀个钛
字，到底区别在哪⾥了？不少⼈都没有⼀个统⼀的认识，哪么我们就具体说说他们的区别吧。

1、纯钛:纯钛是钛含量在99.%以上的钛，不掺有任何⾦属，耐⾼低温、耐腐蚀、密度⼩、
⾼强度等优点
2、钛合⾦:合⾦是钛掺有⼀部分其他⾦属，称为合⾦，硬度稍⼤，但防腐及保健等性能⽅⾯
没纯钛好；
3、钛钢：不是钛，是不锈钢，型号为304和316L，为吸引⼈通常称为钛钢；其中没有含有
任何钛元素，请谨慎以防受骗。

4、镀钛也叫钛⾦是在其他⾦属上镀上⼀层钛⽔，此⽅法时间长了会掉⾊。

钛合金合金化原理强韧化机制及其应用前言钛发现于18世纪末，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生产。

中国继美、日、前苏联之后，于1958年开始钛的生产。

一钛合金的合金化原理1 将钛的合金元素分成三类：α相稳定元素，能提高α→β相的转变温度，扩大α相区，如铝和氧、氮等；中性元素，在α相和β相中均有较大固溶度，对α⇔β相变温度影响不大，如锡、锆等。

β相稳定元素，一般是降低β相的转变温度，扩大β相区，它又可分两小类。

产生β相共析分解的元素，如Cr、Mn、Fe、Cu、Ni、Co、W等。

随温度降低，β相发生共析分解，析出α相及金属间化合物（图c）。

二元相图上不产生β相共析分解，但慢冷时析出α相，快冷时有α’马氏体相变，包括Mo、V、Nb、Ta等。

稳定β相的能力是Mo＞V＞Nb＞Ta。

2 β相稳定元素含量与淬火快冷组织关系当β相稳定元素含量较低时，β发生马氏体相变，形成α’相。

当含量达到C1之前，β相发生完全的马氏体相变；在C1到C2区间，可以有部分β相残留，得到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。

3 气体杂质元素的分类与作用氧稳定α相元素，提高α→β相转变温度。

占据八面体间隙位置，产生点阵畸变，提高强度、降低塑性。

氮与氧类似，是强稳定α相元素，提高α→β相转变温度，强烈提高强度而降低塑性。

氢稳定β相，降低塑性和韧性。

钛中的氢很容易引起“氢脆”。

335℃时氢在α-Ti中的溶解度为0.18%，并随温度降低而迅速下降，从钛固溶体中析出氢化钛而引起的脆性。

第二讲钛的合金化原理1、钛的固态相变钛的两种同素异体结构密排六方（HCP）——α相，低温相，难变形。

体心立方（BCC）——β相，高温相，易变形。

纯钛的相变点882℃相变会使晶胞体积、变形能力、塑性、扩散系数等发生重大改变。

2、合金元素与钛的相互作用由于合金元素原子结构、原子尺寸和晶体结构三者的差异，合金元素与钛的作用分四类：第一类：形成离子化合物的元素；O、C1、F，与提取冶金、化工关系大。

第二类：形成有限固溶体和金属间化合物的元素；A1、C、N、B。

第三类：形成无限固溶体的元素；Zr、Hf与α、β相均形成无限固溶。

Mo、V、Cr、Ta、Nb，只在β-Ti 中无限固溶，在α-Ti中为有限固溶。

第四类：与Ti基本不反应或完全不反应的元素，包括：惰性气体、Na、K、稀土（钪除外）微量稀土可细化晶粒。

3、相——相图相——物质体系中物理和化学都均匀的部分，它是描述物质状态的一个概念，如水的固相、液相、气相。

相图——表征合金相组成与合金元素含量、温度三者关系的图形。

4、Ti-A1二元相图铝是钛合金最重要的合金元素，它质轻、价廉、合金化效果好，应用最广。

Ti-A1相图最有代表性与基础性。

从Ti-A1相图可以看出：①Ti与A1相互作用，可形成4个相。

α相（HCP），A1≤7%~11%，无序固溶体，低塑性相。

β相（BCC），无序固溶体，高塑性相。

α2相（正方），A1＞11%，Ti3A1有序金属间化合物，脆性相。

γ相（六方）A1＞50%，TiA1有序金属间化合物，晶型，脆性相。

②α2相和γ相结构③常用钛合金（低A1合金）：含α相、β相超轻型耐热钛合金（高A1合金），含α2或r相组成，可在650-900℃下使用。

④A1提高α/β相变点。

A1提高再结晶开始温度，提高强度（30-50MPa/1%A1）A1降低塑性与韧性。

A1超过溶解度极限8%，导致α2（TiA1）相析出，合金脆化。

4、合金元素的分类按照元素对钛α/β相变点影响，分三类：①α稳定元素：升高相变点，扩大α相区，如A1、O、C、N、B，较多溶于α相。

钛及钛合金分类钛是一种具有广泛应用前景的金属材料，它具有低密度、高强度、优异的耐腐蚀性能等特点，因此被广泛应用于航空航天、汽车、化工等众多领域。

钛的分类主要基于其合金成分、晶体结构和加工工艺等方面的不同。

本文将介绍钛及钛合金的分类，并对每一类进行详细的描述。

一、钛的分类1.按合金成分分类根据合金中所包含的元素种类和含量不同，钛可以分为纯钛和合金钛两类。

纯钛: 纯钛是指含有至少99.5%纯度的钛。

它具有优良的耐腐蚀性、低密度、高强度和良好的可锻性。

纯钛广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。

合金钛: 合金钛是指将其他金属元素合金化到钛中，以改变钛的物理和化学性质。

常见的合金钛包括钛铝合金、钛镁合金、钛锆合金等。

2.按晶体结构分类钛及钛合金可分为α型钛合金、β型钛合金、α-β型钛合金和亚共析钛合金等几种晶体结构分类。

α型钛合金: α型钛合金主要是由α相组成，具有良好的可塑性和焊接性能，在航空航天和海洋工程等领域有广泛应用。

β型钛合金: β型钛合金主要由β相组成，具有高强度和优异的耐热性能。

它被广泛应用于航空发动机和高温设备等领域。

α-β型钛合金: α-β型钛合金同时包含α相和β相，具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，在制造航空器结构材料和骨科植入材料方面具有重要应用价值。

亚共析钛合金: 亚共析钛合金是指在合金中含有亚共析相，具有良好的耐腐蚀性和高温强度，被广泛应用于核工业和航空航天工业等领域。

二、钛合金的分类1.按合金元素分类根据合金中所添加的元素种类和含量不同，钛合金可以分为钛铝合金、钛镁合金、钛锆合金等。

钛铝合金: 钛铝合金以铝作为主要合金元素，并添加其他元素如钼、锡等，具有高强度和良好的热处理性能。

钛镁合金: 钛镁合金以镁作为主要合金元素，并添加少量的锆、铝等元素，具有轻质和高强度的特点。

钛锆合金: 钛锆合金以锆作为主要合金元素，并添加小量的铁、铬等元素，具有良好的耐腐蚀性和高温强度。

2.按应用领域分类根据钛合金在不同领域的应用特点，钛合金可以分为航空航天钛合金、生物医用钛合金、汽车用钛合金等。

钛和钛合金成分《钛和钛合金成分大揭秘》嘿，大家好呀！不知道你们有没有注意过身边那些看起来很酷炫的钛制品呢？我就有一次特别的经历，有回看到朋友戴着一款超酷的钛合金手链，我一下子就被吸引住了。

从那时候起，我就对钛和钛合金的成分产生了浓厚的兴趣，今天就来给大家好好分析分析。

先来说说钛吧，这可是钛合金的主要成分之一哦。

钛呢，它是从矿石中提炼出来的，就像是从石头里蹦出来的“孙悟空”一样神奇。

钛的作用可大啦，它让钛合金变得特别坚固和耐用。

想象一下，要是没有钛，那些精美的钛合金制品可能就没那么结实啦。

而且钛还有个优点，就是相对比较轻，戴在身上不会觉得沉甸甸的。

不过呢，钛也不是完美的，它的成本可不低哦。

然后就是其他合金成分啦，这些成分和钛一起合作，让钛合金拥有了各种出色的性能。

它们就像是钛的好伙伴，一起为我们带来了好用的产品。

这些成分对我们的使用效果影响可不小呢。

比如让制品更加坚固，不容易损坏；还能让外观更加漂亮，吸引人的眼球。

我就感觉戴着钛合金饰品会特别有范儿。

再来说说安全性吧。

一般来说，钛和钛合金成分是很安全的啦，没听说过有啥大的副作用。

不过呢，就像人无完人一样，也可能会有极少数人对它有点小敏感。

总结一下哈，钛和钛合金成分各有特点，它们一起打造出了好多优秀的产品。

大家在选择的时候呢，要根据自己的需求来。

要是你喜欢轻便又结实的东西，那钛合金制品可能就很适合你哦。

不同肤质的人可能感受也会不一样，所以多试试，找到最适合自己的那一款。

我呢，就准备再去淘一些好看的钛合金小物件啦，让我的生活更加丰富多彩！怎么样，你们是不是也对钛和钛合金成分有了更深入的了解呢？。