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钛合金及其热处理工艺简述杨＊*林摘要：本文对钛及其合金的基本信息进行了简要介绍，对钛的几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。
重点概述了钛合金的热处理类型及工艺,为之后生产实习中对钛合金的热处理工艺认识提供指导.关键词：钛合金，热处理1 引言钛在地壳中的蕴藏量位于结构金属的第四位，但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。
钛合金中溶解的少量氧、氮、碳、氢等杂质元素，使其产生脆性,从而妨碍了早期人们对钛合金的开发和利用。
直至二十世纪四五十年代，随着英、美及苏联等国钛合金熔炼技术的改进和提高,钛合金的应用才逐渐开展［5］.纯钛的熔点为1668℃，高于铁的熔点。
钛在固态下具有同素异构转变，在882.5℃以上为体心立方晶格的β相,在882.5℃以下为密排六方晶格的α相。
钛合金根据其退火后的室温组织类型进行分类,退火组织为α相的钛合金记为TAX,也称为α型钛合金;退火组织为β相的钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相的钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金，其中的“X”为顺序号.我国目前的钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上，TC型15个以上［5］。
钛合金具有如下特点:（1)与其他的合金相比，钛合金的屈强比很高，屈服强度与抗拉强度极为接近；（2）钛合金的密度为4g/cm3,大约为钢的一半,因此,它具有较高的比强度; (3）钛合金的耐腐蚀性能优良，在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好；（4）钛合金的导热系数小，摩擦系数大，因而机械加工性不好；(5）在焊接时，钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染，使接头性能变坏.在熔炼和各种加工过程完成之后,为了消除材料中的加工应力，达到使用要求的性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学处理过程中增加的有害元素(例如氢）等，往往要通过热处理工艺来实现。
钛合金热处理工艺大体可分为退火、固溶处理和时效处理三个类型。
TC21合金在形变热处理工艺下的组织特征王政;董洪波;凌志伟【摘要】对TC21钛合金在不同条件下超塑拉伸后，进行双重退火热处理，研究热加工工艺对TC21合金显微组织演变的影响。
结果表明，当变形温度在890～960℃时，TC21合金的伸长率随变形温度的增加先增加后减少，最佳超塑性变形温度为910℃；TC21合金在α＋β相区超塑变形，然后在α＋β相区双重退火处理后得到双态组织；在β区进行超塑变形、α＋β相区双重退火处理后得到网篮组织。
%After superplastic tensile forming and double annealing heat treatment at different conditions, the effect of hot working technology on microstructure evolution of TC21 titanium alloy was investigated. The results show that at the tempera ture of 890-960 ℃, the elongation ofTC21 alloy firstly increases and then decreases with the increase of deformation tempera-ture. The optimal superplastic deformation temperature is 910 ~C. After superplastic deformation and double annealing treat-ment in α+β phase zone, the microstructure of TC21 alloy is duplex structure, After superplastic deformation in β phase zone and double annealing treatment in α+β phase zone,the microstructure of TC21 alloy is basketweave structure.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】4页(P38-40,70)【关键词】TC21合金;超塑拉伸;双重退火【作者】王政;董洪波;凌志伟【作者单位】南昌航空大学航空制造工程学院,南昌330063;南昌航空大学航空制造工程学院,南昌330063;南昌航空大学航空制造工程学院,南昌330063【正文语种】中文【中图分类】TG156.21;TG146.23TC21钛合金是由西北有色金属研究院研制的一种高强高韧高损伤容限钛合金［1］，它属于 Ti－Al－Sn－Zr－Mo－Cr－Nb（－Ni－Si）系两相钛合金，具有良好的强度、塑性、断裂韧性和较低的裂纹扩展速率［2－4］。
第42卷 第8期2021年 8月
材 料 热 处 理 学 报
TRANSACTIONSOFMATERIALSANDHEATTREATMENTVol.42 No.8
August2021
DOI:10.13289/j.issn.1009-6264.2021-0122TA15钛合金双道次热压缩变形软化行为及等轴α相组织演变规律马 庆, 魏 科, 唐海兵, 董显娟(南昌航空大学航空制造工程学院,江西南昌 330063)
摘 要:对TA15钛合金进行了双道次热压缩实验,研究了该合金在变形温度910、940和970℃,应变速率0.01、0.1和1s-1及
道次间隙保温时间600、1000、1400、1800和2200s等不同变形参数下的软化行为,定量计算了相应的等轴α晶粒尺寸及其含量。
结果表明:TA15钛合金在双道次热压缩过程中,较高的变形温度和较小的应变速率会促使变形过程中的流动应力减小;在道次间隙保温过程中,材料呈现出了静态软化现象,其静态软化率随着变形温度的升高、应变速率的增大及道次间隙保温时间的延长而增加,且受应变速率的影响程度最大;此外,从合金的微观组织中观察到等轴α相晶粒在道次间隙保温过程中得到了明显的细化,且细化程度与其静态软化呈正相关性。关键词:TA15钛合金; 双道次热压缩; 软化行为; 等轴α晶粒尺寸中图分类号:TG146.2 文献标志码:A 文章编号:1009-6264(2021)08-0040-08SofteningbehaviorandequiaxedαphasemicrostructureevolutionofTA15
titaniumalloyduringdouble-passhotcompressiondeformationMAQing, WEIKe, TANGHai-bing, DONGXian-juan(SchoolofAeronauticalManufacturingEngineering,NanchangHangkongUniversity,Nanchang330063,China)Abstract:Double-passhotcompressionexperimentsonTA15titaniumalloywerecarriedout,andsofteningbehaviorofthealloyunderdifferentdeformationparameters,suchasdeformationtemperatureof910℃,940℃and970℃,strainrateof0.01s-1,0.1s-1and1s-1,andholdingtimeoftheinter-passof600s,1000s,1400s,1800sand2200s,wasstudied,andgrainsizeandvolumefractionsofequiaxedαgrainwerequantitativelycalculated.TheresultsshowthatthehigherdeformationtemperatureandlowerstrainratecanreducetheflowstressoftheTA15alloyduringhotcompression.Thephenomenonofthestaticsofteningcanbeobservedduringtheholdingprocessoftheinter-pass,andthestaticsofteningrateincreaseswiththeincreaseofdeformationtemperature,strainrateandholdingtime,andismostaffectedbystrainrate.Inaddition,itisobservedfromthemicrostructureofthealloythattheequiaxedαphasegrainsaresignificantlyrefinedduringtheholdingprocessoftheinter-pass,andthedegreeofrefinementispositivelycorrelatedwithitsstaticsoftening.Keywords:TA15titaniumalloy;double-passhotcompression;softeningbehavior;equiaxedαphasegrainsize
1.A、F、K、非K形成合金元素。
A形成元素：1.完全固溶。
Mn、Co、Ni（Mn脆Co贵都少见，Ni有工业价值）（fcc）；2.部分固溶。
Cu、C、N（C、N间隙，有工业价值，Cu 置换）。
F形成元素：1.完全固溶体（无限置换固溶体）：Cr、V（bcc）；2.有限互溶：Ti、Mo、W、Al、P、Sn、Sb、As等。
K形成元素：1.强K：Ti、Zr、Nb、V，熔点3000℃左右，一般热处理工艺中不熔化；2.中强K：W、Mo、Cr，熔点1500℃左右；3.弱K：Mn、Fe。
非K 形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、P、S等。
2.为什么要在钢中加入合金元素？对相图的影响？对C曲线的影响？相图：①改变A相区位置。
A形成元素使A存在区域扩大，其中开启γ相区的元素如Ni、Mn含量较多时，可使钢在室温下得到单相A组织；F 形成元素均使A存在区域减小，其中封闭γ相区的元素如Cr、Ti、Si等超过一定含量时，可使钢在室温获得单相F组织。
②改变共析转变温度。
扩大γ相区元素使铁碳相图中的共析转变温度下降，缩小γ相区的元素则使其升高。
③改变S和E等临界点的含碳量。
几乎所有合金元素都使共析点（S）和共晶点（E）的含碳量下降。
即使S和E点左移。
C曲线：①除Co外，几乎所有合金元素都增加A的稳定性，推迟A向P组织的转变。
使C曲线右移，提高了钢的淬透性。
②非K形成元素Ni、Si和弱K形成元素Mn，大致保持碳钢C曲线形状，只是使其向右作不同程度的移动。
③非K形成元素Co，不改变C曲线形状，使其左移。
④K形成元素不仅使C曲线右移，并且改变其形状。
因对P和B转变推迟作用的影响不同，产生两个“鼻子”，C曲线分成上下两条，两个相区完全分开。
(机械性能：①对退火下的机械性能无明显影响；②对正火、淬火、回火状态下钢的强化作用明显，提高强度、回火稳定性，有些可提高高温性能。
工艺性能：①对铸造性能取决于对Fe-Fe3C相图的影响:固、液相的温度差下降，性能提高,共晶成分处最好；能形成强K的元素，会降低流动性，恶化铸造性能。
热加工条件下Ti60高温钛合金的本构关系孙二举;边丽虹;刘东;焦园;张睿【摘要】通过等温恒应变速率压缩试验研究了热加工条件下热力参数对Ti60合金高温变形行为的影响.结果表明:随着温度的升高和应变速率的降低,Ti60合金流动应力显著减小,表现为较强的应变速率敏感性和温度敏感性.以幂函数型Arrhenius方程为基础,引入Z-H参数的多项式建立了Ti60合金的本构关系.误差分析结果表明,流动应力计算值与试验值之间的相对误差小于10％,所建立的本构关系能够比较精确地描述Ti60合金热加工过程中的流动行为.%The effects of thermomechanical parameters on the flow stress of Ti60 alloy were investigated based on the results of the isothermal constant strain rate compression tests. The results show that the flow stress of Ti60 alloy reduces with the increasement of temperature and decreasement of strain rate, which presents strong strain rate sensitivity and temperature sensitivity. The constitutive equation of Ti60 alloy was obtained on power function equation and Z-H parameter. The results of error analysis show the relative error between the calculated and experimental flow stress is less than 10% . The constitutive equation can describe the flow behavior of Ti60 alloy during hot-working exactly.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2012(032)003【总页数】6页(P40-45)【关键词】Ti60合金;本构关系;高温变形行为;热模拟【作者】孙二举;边丽虹;刘东;焦园;张睿【作者单位】西北工业大学,西安710072;中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司,沈阳110043;西北工业大学,西安710072;西北工业大学,西安710072;西北工业大学,西安710072【正文语种】中文【中图分类】TG316钛合金因其低密度、高强度、耐热性好等特点［1］，是航空发动机中的关键结构材料［2］。
钛的性质及应用１．钛的物理性质：钛是一种金属元素，灰色，钛没有磁性，原子序数22，相对原子质量47.87，能在氮气中燃烧，熔点高。
钛的密度为4.506～4.516克/立方厘米（20℃），高于铝而低于铁、铜、镍。
但比强度位于金属之首，是不锈钢的3倍，是铝合金的1.3倍。
熔点1668±4℃，熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子，沸点3260±20℃，汽化潜热102.5～112.5千卡/克原子，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。
钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为0.38～0.4K。
在25℃时，钛的热容为0.126卡/克原子·度，热焓1149卡/克原子，熵为7.33卡/克原子·度，金属钛是顺磁性物质，导磁率为1.00004。
钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工业和航海工业。
地球表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多61倍，在地壳中的含量排第十位（地壳中元素排行：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛）。
钛属于稀有金属，用于冶炼钛的矿物主要有钛铁矿（FeTiO3）、金红石（TiO2）和钙钛矿等。
矿石经处理得到易挥发的四氯化钛，再用镁还原而制得纯钛。
２．钛的化学性质：常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜，这层氧化膜常温下不与绝大多数强酸、强碱反应，包括酸中之王——王水。
它只与氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸反应，因此钛体现了抗腐蚀性。
钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。
各种元素，按其与钛发生不同反应可分为四类：第一类：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物；第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体；第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体；第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外），锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。
