钛的分类

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电镜类型
类型
光学显微镜 Optical Microscopy
扫描电子显微镜 Scanning Electron Microscopy (SEM) 透射电子显微镜 Transmission Electron Microscopy (TEM) 聚焦离子束 Focused Ion Beam (FIB) 扫描隧道显微镜 Scanning Tunneling Microscopy (STM)
• 根据惯析面可分为334型和344型
斜方马氏体（α’’)
• 晶格结构为斜方结构 • 出现于含有较高β稳定元素的二元
合金中
• 相比α’强度更低，塑性更好
板条马氏体
• 电镜下成板条状 • 亚结构为位错
针状马氏体
• 在合金浓度较高时成针状 • 亚结构为孪晶
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7
片层组织（魏氏组织）
形成途径 • 在β相区进行热加工或者在β相区退火。
等轴组织
形成途径 • 在α＋β相区热加工时， α相和β发生了再结晶， 获得了完全等轴的α＋β
主要特征
• 多角或类似球形的显微组织，个方向具有大 致相同的尺寸
性能特性
• 塑性、疲劳强度、抗缺口敏感性和热稳定性好 • 断裂韧性、持久疲劳强度和蠕变前度差一些
等轴组织
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总结
性能 拉伸强度 拉伸塑性 冲击韧性 疲劳强度 断裂韧性 蠕变抗力
1入射电子和原子核碰撞
弹性 非弹性
背散射
2入射电子和核外电子碰撞
价电子 芯电子
二次电子 伴生
特征X射线 俄歇电子
高的分辨率，1nm左右 很大的景深 制样简单
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透射电子显微镜（TEM）源自16X射线衍射17
谢谢观看！ 2020

材料科学前沿
钛及钛合金
Titanium and Titanium Alloy
内容提要
一、 简介 二、纯钛 三、钛合金物理冶金基础
四、钛合金的发展与应用
一 、 简介
简介
1791年，英国牧师格累高尔发现了一种新元素。 1795年，法国化学家克拉普罗特以日耳曼神话中 女神坦的名字为它命名“Titanium”，译成中文就 是“钛”。从此，钛便进入了科学家的实验室。
仍保持良好的塑性及韧性)
➢耐腐蚀性(钝化层（TiO2）,纳米尺度，室温下长大极慢) ➢吸气性能（储气、干燥）
纯钛特点
纯钛：一种银白色的金属
特点：
是很活泼的元素。
有很好的钝化性能，钝化膜很稳定，在许多环境中表现出 很好的耐蚀性。有“耐海水腐蚀之王”之称。
高温下，钛的化学活性很高，能与卤素、氧、氮、碳、硫 等元素发生剧烈反应。
α+β型钛合金的退火组织为α+β，以TC加顺序号表示其合金
的牌号。 合金同时含有β相稳定元素和α相稳定元素。组织以α相为主，β 相的数量通常不超过30%。 合金可通过淬火及时效进行强化，多在退火状态下使用。α+β型 钛合金的室温强度和塑性高于α型钛合金，生产工艺比较简单，通 过改变成分和选择热处理制度又能在很宽的范围内改变合金的性 能，应用比较广泛，尤以TC4用途最广，用量最多。
钛合金的分类
β型钛合金: 合金加入了大量的多组元β相稳定元素，同时还
加入α相稳定元素Al。应用的β型钛合金主要为亚稳定的β钛 合金，退火状态为α+β两相组织，将其加热到β单相区后淬火， 因α相来不及析出而得到的过饱和的β相，称为亚稳β相。
该类合金塑性好，易于冷加工成形，成形后可通过时 效处理，使强度提高；

医用钛合金标准随着医学技术的不断发展，医用钛合金作为一种理想的外科植入材料，被广泛应用于骨科、牙科和心血管等领域。

为了确保医用钛合金的安全性和可靠性，各国纷纷制定了相关的标准，以规范其生产、加工和应用。

本文将介绍医用钛合金的标准要求及其在临床应用中的重要性。

一、医用钛合金的分类和标准要求1. 医用钛合金的分类根据其化学成分和机械特性的不同，医用钛合金可分为纯钛合金和合金钛合金两大类。

纯钛合金主要由纯度达到99%以上的钛元素组成，其具有良好的生物相容性和低密度等特点。

合金钛合金则是将纯钛与其他金属元素（如铝、锌、铌等）进行合金化处理而得到的，以提高其抗腐蚀性和力学性能。

2. 医用钛合金的标准要求（1）化学成分要求：医用钛合金应符合国际标准组织（ISO）和相关行业协会规定的化学成分标准。

例如，纯钛合金的含氧量应小于0.18%，含碳量应小于0.08%，而合金钛合金中各元素的含量和比例要符合特定的要求。

（2）力学性能要求：医用钛合金的力学性能是其在临床应用中非常重要的指标。

根据不同的应用需求，医用钛合金应具备合适的强度、韧度、塑性和延展性。

一般来说，其抗拉强度应在800 MPa以上，屈服强度应在700 MPa以上，延伸率应在10%以上。

（3）生物相容性要求：由于医用钛合金常常作为植入材料用于人体内，其生物相容性对于患者的健康至关重要。

医用钛合金应符合ISO 10993等相关标准要求，具备良好的生物相容性和低的毒性。

二、医用钛合金标准在临床应用中的重要性医用钛合金的标准对于确保其质量和安全性具有重要意义，其主要体现在以下几个方面：1. 产品质量控制：通过制定医用钛合金的标准，可以规范生产厂商的生产过程和质量控制体系，确保生产的钛合金材料符合规定的要求。

这样可以降低产品质量的差异性，提高产品质量的稳定性和可靠性。

2. 材料选择指南：医用钛合金的标准为临床医生提供了一份可靠的材料选择指南。

医生可以根据患者的具体情况和手术需求，选择符合标准要求的医用钛合金材料，以确保手术的成功和患者的安全。

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。

钛材料的分类钛是一种具有轻质、高强度、耐腐蚀等优异性能的金属材料，广泛用于航空、航天、医疗、化工等领域。

钛材料可以根据其组成、制备工艺和用途的不同，分为不同的分类，主要包括：1.纯钛（Pure Titanium）：纯钛是最基本的钛合金，主要由钛元素组成，具有良好的耐腐蚀性、强度和轻质的特点。

纯钛主要用于一些对腐蚀性要求极高的环境，如医疗器械、海洋工程等。

2.α-β型钛合金（Alpha-Beta Titanium Alloy）：这类合金是由α相和β相两种钛的晶体结构组成，具有较高的强度和良好的塑性。

常见的α-β型钛合金包括Ti-6Al-4V（钛-6%铝-4%钒）等，广泛应用于航空、航天、汽车和医疗等领域。

3.α型钛合金（Alpha Titanium Alloy）：该类合金主要由α相的钛组成，具有良好的耐高温性能，适用于高温环境下的应用。

其中Ti-5Al-2.5Sn（钛-5%铝-2.5%锡）是一种常见的α型钛合金。

4.β型钛合金（Beta Titanium Alloy）：β型钛合金主要由β相的钛组成，具有低密度、高强度和优异的热加工性能。

其中Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo（钛-3%铝-8%钒-6%铬-4%锆-4%钼）是一种典型的β型钛合金。

5.高温钛合金（High-Temperature Titanium Alloy）：高温钛合金具有优异的高温强度和抗氧化性能，适用于航空发动机、航天器件等高温环境。

常见的高温钛合金包括Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo（钛-6%铝-2%锡-4%锆-2%钼）等。

6.超强度钛合金（Super Titanium Alloy）：这类合金通常采用先进的合金设计和制备工艺，以实现更高的强度和优越的性能。

超强度钛合金常用于一些对轻质高强度要求极高的领域，如航空航天。

7.医用钛合金（Medical Titanium Alloy）：医用钛合金主要用于制造人体植入物，如骨板、关节置换等。

金属钛分类
金属钛分类
一、按压痕硬度分类
1、金属钛硬度表：
等级特性压痕硬度（HRB）
T0 易磨损、可用于电镀 40
T1 较高硬度、适用于镀层 80
T2 高硬度、适合加工 100
T3 超高硬度，可做轴承 160
2、根据钛的特性和表面硬度，可将钛分为以下几类：
（1）低硬度钛：压痕硬度为HRB 40及以下，特点是易磨损，可用于电镀。

（2）中硬度钛：压痕硬度为HRB 80-100，特点是较高硬度，适合于表面处理和镀层。

（3）高硬度钛：压痕硬度为HRB 160，特点是超高硬度，可做轴承。

二、按钛物理性质分类
按钛的物理性质可将钛分为以下几类：
（1）低密度、高强度的金属钛：由于其低密度和高强度，可用于制造航空航天部件以及其他用途的结构件。

（2）耐腐蚀性好的金属钛：具有优异的耐腐蚀性，可用于制造耐酸碱介质的装备，以及游泳池、海洋等腐蚀性环境的设备。

（3）耐温、耐热的金属钛：具有优秀的耐温性、耐热性及良好的电学性能，可用于制造热交换器、蒸汽清洗器等设备。

（4）耐冲击性好的金属钛：具有优异的延展应变性能，可用于制造冲击高的装备，如刀具、锤子等。

钛合金的组织和分类
嘿，朋友们！今天咱们要来好好聊聊钛合金的组织和分类，这可真是个超级有趣的话题呢！
想象一下，钛合金就像是一个神秘的宝藏世界，里面有着各种各样奇妙的组织。

比如说，等轴组织，这就像是一群整齐排列的小士兵，坚守着自己的岗位，让钛合金有着稳定的性能。

再看看魏氏组织，哇哦，那简直就像一幅独特的画作，有着别样的美感和特点。

钛合金的分类也特别丰富多样呢！有α型钛合金呀，它就像是一位温柔而坚定的伙伴，有着很好的耐腐蚀性和高温稳定性。

这不就像我们身边那些总是很可靠的朋友嘛！还有β型钛合金，它呀，活力满满，有着超强的强度和韧性，这不就是那个随时都能爆发小宇宙的厉害角色嘛！
咱就说，在航空航天领域，钛合金可是大显身手呢！那些酷炫的飞机、火箭，要是没有钛合金，怎么能飞得那么高、那么快呢？这就好像没有翅膀的鸟儿怎么能翱翔天空呢！在医疗领域，钛合金也发挥着重要作用，用于制作各种医疗器械和植入物，帮助人们恢复健康，多了不起呀！
咱好好想想，要是没有钛合金的这些组织和分类，我们的生活得失去多
少精彩呀！钛合金真的是太神奇、太重要啦！所以说呀，我们要好好去了解它、研究它，让它为我们创造更多的奇迹和美好！
我的观点就是，钛合金的组织和分类是非常值得我们深入探索和研究的，它们有着巨大的应用潜力和价值，能给我们的生活带来更多的改变和进步！。

• 工业纯ห้องสมุดไป่ตู้是一个典型的α合金，α-钛合金中 的主要元素是Al、Zr、Sn等。
• 当加入少量β相稳定元素时，可以得到近α钛合金，显微组织上除α相基体外，还有少 量β相。典型的钛合金有Ti-8Al-1Mo-1V等。
（3）性能：高温性能好（<500℃），组织 稳定性好，焊接性好，是耐热钛合金的主 要组成部分；但α钛合金是单相合金，不能 热处理强化，常温强度低，塑性不够高
（3）用途：适用于制造螺栓、铆钉、冷轧板 材、带材等，用于宇航工业的结构材料。
钛的特性及钛冶金基础
一、钛的基本性质 1、钛存在两种同素异构体α及β。 • α-Ti在882℃以下稳定，具有h.c.p.结构。 • β-Ti稳定于882℃~熔点1678℃，具有体心
立方结构。 • 铝的熔点660℃，镁651℃，铁1535℃，镍
1445℃。
2、钛的密度小(4.51g／cm3)，比强度高，熔 点高，塑性好，虽然其强度随温度升高而 下降，但其比强度高的特性仍可保持到 550-600℃。与高强合金相比，相同强度水 平可降低重量40%以上，因此在宇航上有 巨大应用潜力。
同，分为三个牌号：
• TA1：杂质元素O，N，H，C，Fe较少，σb = 350-500 MPa ，δ=30-40%
• TA2：杂质元素稍多，σb =450-600 MPa，δ=2530%
• TA3：杂质元素较多，σb =550-700 MPa。δ= 2025%
• 高纯钛TA0： Ti>99.90% ， σb =300-350 MPa， δ=40-45%
• 碘化法：分解TiI4生产的钛，纯度可达 99.9%。原理是利用金属碘化物的高温分解 温度不同的特性来提纯，杂质含量降至很 低水平。

钛材料分类与用途
邹建新
从矿物材料到最终的民用、军用材料，钛材料可分为10多种：
※钛精矿
※高钛型炉渣
※天然金红石
※人造金红石
※高钛渣（酸渣、氯化渣）
※ TiCl
4
※钛白粉（锐钛型和金红石型）
※海绵钛（金属钛）
※钛合金
※钛的精细化工产品
等。

其中主要的有钛精矿、高钛渣、钛白粉、海绵钛、钛合金材料。

金属钛、钛合金：用于航空航天及民用产品；
钛矿：生产钛渣、人造金红石、钛白粉；
、钛白粉；
钛渣：生产TiCl
4
TiCl
：生产海绵钛、氯化钛白粉；
4
海绵钛：用于生产金属钛或钛材。

最终产品主要是钛白、钛材。

其它钛化工产品可用作颜料和催化剂。

渣
47%
其它用途1%
硫酸颜料
10%合成金红
石
19%
图 根据最终用途分类的总钛铁矿需求
——《钒钛产品生产工艺与设备》，化工出版社，2014.01。

第3章钛及钛合金3.1 概述3.2 纯钛3.3 钛合金3.4 钛合金的应用3.1 概述1791年英国化学家格雷戈尔研究钛铁矿和金红石时发现了钛。

1795年，德国化学家克拉普罗特在分析匈牙利产的金红石时也发现了这种元素。

格雷戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛，而不是金属钛。

到1910年美国化学家亨特第一次制得纯度达99.9%的金属钛。

钛在地壳中的丰度占第七位，0.42%，金属占第四位（铝、铁、镁、钛）。

以钛铁矿或金红石为原料生产出高纯度四氯化钛，再用镁作为还原剂将四氯化钛中的钛还原出来，由于还原后得到钛类似海绵状所以称为海绵钛，最后以海绵钛为原料生产出钛材和钛粉。

1947年才开始冶炼，当年产量只有2吨。

1955年产量2万吨。

1975年产量7万吨。

2006年产量14万吨钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同体积钢铁的一半，钛虽然比铝重，它的硬度却比铝大2倍。

在宇宙火箭和导弹中，已大量用钛代替钢铁。

极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。

3.2 纯钛⑴密度小，比强度高：钛密度为4.51g/cm3，约为钢或镍合金的一半。

比强度高于铝合金及高合金钢。

⑵导热系数小：钛的导热系数小，是低碳钢的五分之一，铜的二十五分之一。

⑶无磁性，无毒：钛是无磁性金属，在很大的磁场中不被磁化，无毒且与人体组织及血液有很好的相容性。

⑷抗阻尼性能强：钛受到机械振动及电振动后，与钢、铜相比，其自身振动衰减时间最长。

⑸耐热性强：因熔点高，使得钛被列为耐高温金属。

⑹耐低温：可在低温下保持良好的韧性及塑性，是低温容器的理想材料。

⑺吸气性能高：钛的化学性质非常活泼，在高温下容易与碳、氢、氮及氧发生反应。

⑻耐腐蚀性佳：在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附著力强、惰性大的氧化膜，保护钛基体不被腐蚀。

物理性能：属第四副族ⅣB族元素，原子序数为22，原子量为47.9。

有两种同素异晶体，其转变温度为882.5℃。

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。

钛及钛合金的焊接工艺一、常用钛及钛合金及其分类钛是一种活性金属，常温下能与氧生成致密的氧化膜而保持高的稳定性和耐腐蚀性。

钛及钛合金的最大优点是比强度大，综合性能优越。

钛合金首先在航空工业中得到应用，钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性能；在化工、海水淡化、电站冷凝器等方面成功应用。

钛及钛合金按其退火态的组织分为α钛合金、β钛合金、α＋β钛合金三类，分别用TA、TB和TC表示。

在压力容器制作中，牌号为TA2的工业纯钛使用居多，使用状态一般为退火态。

二、钛及钛合金的焊接性1、间隙元素沾污引起脆化由于钛的活性强，高温下钛与氧、氮、氢反应速度很快。

氧和氮固溶于钛中，使钛晶格畸变，强度硬度增加，塑性韧性降低；而氢含量增加，焊缝金属的冲击韧性急剧降低，塑性下降较少；碳以间隙形式固溶于钛中，使强度提高，塑性下降，作用不如氮、氧显著，但碳量超过溶解度时，易于引起裂纹，因此钛及钛合金焊接时必须进行有效的保护。

2、焊接相变引起的性能变化对于常用的工业纯钛，其组织为α合金，这类合金的焊接性最好。

在用钨极氩弧焊填加同质焊丝或不加焊丝，在保护良好的条件下焊接接头强度可与母材等强度，接头塑性较差。

焊接接头塑性降低的主要原因有：①焊缝为铸造组织，它比轧制状态塑性低；②焊接时由于导热性差、比热小、高温停留时间长、冷却速度慢，易形成粗晶；③若采用加速冷却，又易产生针状α组织，也会使塑性下降。

3、裂纹由于钛及钛合金中杂质很少，因此很少出现热裂纹，只有当焊丝或母材质量有问题时才可能产生热裂纹。

由氢引起的冷裂纹是钛合金焊接时应注意防止的，例如选用氢含量低的焊接材料和母材，注意焊前清理，在可能的条件下，焊后进行真空去氢处理等。

4、气孔气孔是钛及钛合金焊接时最常见的焊接缺陷。

在焊接热输入较大时，气孔一般位于熔合线附近；而焊接热输入较小时，气孔则位于焊缝中部。

气孔主要降低焊接接头的疲劳强度，能使疲劳强度降低一半甚至四分之三。

影响气孔的主要因素是焊丝和坡口表面的清洁度，焊丝表面的润滑剂、打磨时残留在坡口表面的磨粒、薄板剪切时形成的粗糙的端面等等都可能使焊缝产生气孔。

钛合金分类和牌号用途嘿，朋友们！今天咱来聊聊钛合金那些事儿。

钛合金啊，就像是一个神奇的材料宝库，里面有着各种各样不同的分类和牌号，每一种都有着独特的“本领”呢！先说α型钛合金吧，这就好比是一群慢性子的“老实人”，稳定性那是杠杠的。

它们在高温环境下依然能稳稳地发挥作用，就像夏日里的一股清凉，让人安心。

航空航天领域里可少不了它们的身影，那些在天空中翱翔的飞机呀，说不定就有它们在默默贡献力量呢！然后呢，是β型钛合金，这可是一群充满活力的“小伙子”呀！它们有着超强的韧性和可塑性，就像一块可以随意揉捏的橡皮泥，能变成各种你想要的形状。

在医疗器械领域，它们可大显身手啦，制造出各种精致的医疗器械，帮助医生们更好地救治病人，你说厉害不厉害？还有α+β型钛合金呀，这就像是一个集两家之长的“全能选手”。

既有α型钛合金的稳定，又有β型钛合金的韧性，那可真是左右逢源呀！在汽车制造领域，它们能让车子既坚固又轻巧，跑得更快还更省油呢，这难道不是超棒的吗？咱再说说牌号。

每个牌号都像是钛合金家族里的一个独特成员，有着自己的个性和用途。

就拿 TA15 来说吧，它在航空发动机上可是立下了汗马功劳呢！就像一个英勇的战士，在高温高压的环境下冲锋陷阵。

还有 TC4 啊，那可是个多面手，既能在航空领域大展拳脚，又能在化工行业发挥重要作用。

这不就像是一个能文能武的全才嘛！你说钛合金神奇不神奇？它们在我们的生活中无处不在，从天上飞的到地上跑的，从医疗设备到日常用品，都有它们的参与。

这就好像我们身边有一群默默奉献的小天使，虽然我们可能不太注意到它们，但它们却一直在为我们的生活变得更美好而努力着。

所以啊，朋友们，当你下次看到一架飞机飞过头顶，或者使用一件医疗器械的时候，不妨想想，这里面是不是就有钛合金的功劳呢？它们虽然不显眼，但却是我们现代生活不可或缺的一部分啊！这就是钛合金，一个充满魅力和神秘的材料世界，等待着我们去探索和发现呢！。

2、钛及钛合金焊接特点
焊接裂纹： 熔点高，热容量大，导热性差，形成的熔池大，焊缝和热影响区金属 高温停留时间长，晶粒长大，降低接头塑性和韧性，易于产生焊接裂 纹。 O、H、N多时，焊缝和HAZ变脆，易于产生冷裂纹，延迟裂纹 焊缝气孔： 氩气、母材、焊丝中O2、N2、H2、CO2、H2O都可以引起气孔 其中H是形成气孔的组要气体。 措施：加强清理（机械清理和化学清理），缩短焊接时间，良好的焊接 工艺等。
2、钛及钛合金焊接特点
国外在20 世纪50年代就开始进行研究. 美国在1956 年第一次对钛与钢直接进行点焊,由于接头发脆没有成功。 一般认为铁在α-Ti 中溶解度极小,这样在钛-铁焊缝中除了有铁在α-Ti 中的固溶体外,还形成了脆性的TiFe 型-金属间化合物,这些相的硬度 达Hv600 ,有的甚至到Hv800～1050 ,致使焊缝发脆,在冷却过程中形 成裂纹,TiFe 型及TiC 等脆性相是导致焊缝开裂的主要原因。 为使钛与铁能焊在一起,必须在焊接过程中避免产生这些脆性相,解决 这个问题的途径可以归纳为以下几种: (1) 用一种与钛、铁两元素能形成连续的或宽范围固溶体的金属来直接 进行焊接; (2) 用一种或两种与钛、铁两元素有好的可焊性的金属作为中间填料, 使钛与钢间接地焊接起来; (3) 采用低于钛、铁熔点的焊接方法。
1、钛合金特点、分类及性能 钛合金
钛合金：加入Al、稳定相，中性元素Sn、Zr。 加入Al 5％，再结晶温度600 ——800 ，耐热性提高，减少H的敏感性， 过多（7％），Ti3Al相——脆性。 钛合金高温强度高、韧性好，抗氧化能力强，焊接性好，组织稳定， 但加工性比钛合金和＋钛合金差，不同进行热处理强化，只是 600 ℃——700 ℃退火消除加工硬化， 500 ℃——600 ℃不完全退火消除 焊接残余应力。 钛合金：含有稳定元素，含Mo、V、Cr。通过时效热处理，单一 相加工性能良好，但高温性能差，焊接性很差，易于形成冷裂纹，焊接 结构中很少用。

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二、纯钛
6
纯钛
Ti：
ρ: 4.507 g/cm3 Tm：1688℃ 具有同素异构转变: ≤882.5℃为密排六方结构的α相
≥882.5℃体心立方结构的β相
钛在氮气中加热可发生燃烧，因此钛在加热和焊接时应采 用氩气保护。
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钛的十大性能
密度小,比强度高(比强度高的特性仍可保持到550～600 ℃。
材料科学前沿
钛及钛合金
Titanium and Titanium Alloy
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内容提要
一、 简介 二、纯钛 三、钛合金物理冶金基础
四、钛合金的发展与应用
2
一 、 简介
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简介
1791年，英国牧师格累高尔发现了一种新元素。 1795年，法国化学家克拉普罗特以日耳曼神话中 女神坦的名字为它命名“Titanium”，译成中文 就是“钛”。从此，钛便进入了科学家的实验室。
该类合金的淬透性高；
化学成分偏析严重，这种类型的合金只有两个牌号， 实际获得应用的仅有TB2一种。
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钛的主要合金元素
现有钛合金中的主要合金元素有钒、铌、钼、铬、锰、镍、铜、 锡及钽等，可分为三类：
第一类是α 相稳定元素，提高α →β 转变温度。铝是最常见、最 有效的α强化元素，有效提高低温和高温（550 ℃ 以下） 的强度，同时铝的密度小，因此铝是钛合金中的一个基本 合金元素。
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钛合金的分类
钛合金按退火状态下的相组成，分为 α 型钛合金、以TA后加顺序号表示其牌号 β型钛合金，以TB后加顺序号表示其牌号 和α +β 型钛合金，以TC后加顺序号表示其牌号。
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钛合金的分类
α 型钛合金主要加入元素是Al，其次是中性元素Sn和Zr，起

钛合金的分类经典的钛合金分类方法是麦克格维伦于1956年提出的退火状态相组成分类的方法。

即：α型、α+β型和β型。

当时α型、α+β型钛合金刚开始在普通退火状态下使用，而β型正处于实验室研究阶段。

经过近半个世纪的发展，各种不同特性的钛合金越来越多。

各种不同方式的热处理日益获得了实际应用。

随着钛合金的研究与应用的迅速发展，麦克格维伦分类方法的局限性越来越明显。

首先，它将成份、组织、性能差异很大的合金划入了同一类。

例如α+β型，既包括了β稳定元素很少的类似α合金的近α钛合金；也包括铝含量高的热强钛合金，以及可热处理强化的β稳定元素含量很高的合金。

其次，这类方法不能完全反映实际生产和应用中遇到的现有钛合金，特别是对热处理强化状态下使用的钛合金的相组成和性能特征。

第三，这类分类方法还缺乏明确的分类界限，不同的学者经常将同一成分的合金划入不同的合金类型，以致造成了许多概念上的混乱。

作为一种合理的钛合金分类方法，应当适用于在研究、生产、使用中遇到的所有钛合金。

有明确的分类依据和界限，每类合金应有自己独特的组织与性能特点，以便为合金设计制造选材时提供科学的基础，按照亚稳定状态相组成进行钛合金分类的方法，是一种比较科学的分类方法。

2.1 β稳定系数钛合金中β相的数量及稳定程度与β稳定元素含量有直接关系。

为了衡量钛合金中的β相的稳定程度或β稳定元素的作用,并便于钛合金分类，提出了β稳定系数的概念。

β稳定系数是指钛合金中各β稳定元素浓度与各自的临界浓度比值之和,即：K β=C1/CK1 +C2/CK2+C3/CK3 +…+Cn/CKn常用β稳定元素的临界浓度合金元素Mo V Nb Ta Mn Fe Cr Co Cu Ni WCk% 重量10 15 36 40 6.4 5 7 7 13 9 222.2 工业钛合金的分类根据Kβ值的大小及退火后的组织,可大致将工业钛合金分为α、近α、α＋β、及β型四大类。

2.2.1 α钛合金Kβ接近0的合金为α钛合金，这类合金几乎不含β稳定元素。

钛的等级分类钛是一种常见的金属元素，具有优异的物理和化学性质，广泛应用于各个领域。

根据钛的等级分类，可以分为工业纯钛、航空级钛和医用钛。

本文将从这三个等级分类来介绍钛的特点和应用。

一、工业纯钛工业纯钛是指纯度达到99.5%以上的钛材料。

它具有密度低、强度高、耐腐蚀等特点，是一种理想的结构材料。

工业纯钛广泛应用于船舶、化工、电子、纺织、冶金等行业。

例如，在船舶制造中，工业纯钛可以用于制造船体结构，提高船舶的抗腐蚀性能和强度。

在化工领域，工业纯钛可以用于制造反应器、换热器等设备，耐腐蚀性能优异。

此外，工业纯钛还可以用于制造电子产品、纺织设备和高温炉具等。

二、航空级钛航空级钛是指用于航空航天领域的钛材料，纯度要求更高，一般要求达到99.9%以上。

航空级钛具有高强度、低密度、良好的耐腐蚀性和高温性能。

因此，航空级钛广泛应用于航空航天领域。

例如，在航空航天器制造中，航空级钛可以用于制造发动机零件、机身结构和航空器外壳等。

航空级钛的应用可以减轻飞机的重量，提高燃油效率和飞行性能。

此外，航空级钛还可以用于制造导弹、卫星和航天器等。

三、医用钛医用钛是指用于医疗领域的钛材料，纯度要求更高，一般要求达到99.95%以上。

医用钛具有生物相容性好、低密度、高强度和良好的耐腐蚀性。

因此，医用钛广泛应用于人工骨骼、人工关节、牙科种植和外科器械等。

例如，在人工关节制造中，医用钛可以用于制造髋关节、膝关节和肩关节等，可以与人体组织良好结合，减少排异反应。

在牙科种植中，医用钛可以用于制作种植体，可以与牙龈和骨组织良好结合，恢复牙齿功能。

总结起来，钛的等级分类包括工业纯钛、航空级钛和医用钛。

不同等级的钛具有不同的纯度要求和应用领域。

工业纯钛广泛应用于船舶、化工、电子和纺织等行业；航空级钛主要应用于航空航天领域，用于制造飞机零件和航天器；医用钛主要应用于医疗领域，用于制造人工骨骼、人工关节和牙科种植等。

这些钛材料的应用，不仅提高了产品的性能和质量，也推动了相关行业的发展。