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钛合金中常见合金元素的作用

2016/11/8 8:23:18点击:
钛合金中的常加入的合金元素:铝、锡、、铁、硅、铜、稀土,其中应用最多的是铝。  铝:
  除工业纯外,各类钛合金中几乎都添加铝,铝主要起固溶强化作用,每添加1%Al,室温抗拉强度增加50MPa。
  铝在钛中的极限溶解度为7.5%;超过极限溶解度后,组织中出现有序相Ti3Al(α2),对合金的塑性、韧性及应力腐蚀不利,故一般加铝量不超过7%。
  铝改善抗氧化性,铝比钛还轻,能减小合金密度,并显著提高再结晶温度,如添加5%Al可使再结晶温度从纯钛600℃提高到800℃。铝提高钛固溶体中原子间结合力,从而改善热强性。在可热处理β合金中,加入约3%的铝,可防止由亚稳定β相分解产生的ω相而引起的脆性。铝还提高氢在α-Ti中的溶解度,减少由氢化物引起氢脆的敏感性。 锡和锆:
  属中性元素,在α-Ti和β-Ti中均有较大溶解度,常与其他元素同时加入,起补充强化作用。
  为保证耐热合金获得单相α组织,除铝以外,还加入锆和锡进一步提高耐热性;同时对塑性不利影响比铝小,使合金具有良好的压力加工性和焊接性能。
  锡能减少对氢脆的敏感性。钛锡系合金中,锡超过一定浓度后形成有序相Ti3Sn,降低塑性和热稳定性。
  为了防止有序相Ti3X(α2相)的出现,考虑到铝和其它元素对α2相析出的影响,Rosenberg提出铝当量公式。
  只要铝当量<8~9%,就不出现α2相
  钼、钒:
  β稳定元素中应用最多,固溶强化β相,并显著降低相变点、增加淬透性,从而增强热处理强化效果。含钒或钼的钛合金不发生共析反应,在高温下组织稳定性好;但单独加钒,合金耐热性不高,其蠕变抗力只能维持到400℃;钼提高蠕变抗力的效果比钒高,但密度大;钼还改善合金的耐蚀性,尤其是提高合金在氯化物溶液中抗缝隙腐蚀能力。 锰、铬:
  强化效果大,稳定β相能力强,密度比钼、等小,故应用较多,是高强亚稳定β型钛合金的主要加入元素。但它们与钛形成慢共析反应,在高温长期工作时,组织不稳定,蠕变抗力低;当同时添加β同晶型元素,特别是钼 时,有抑制共析反应的作用。  硅:
  共析转变温度较高(860℃),加硅可改善合金的耐热性能,因此在耐热合金中常添加适量硅,加入硅量以不超过α相最大固溶度为宜,一般为0.25%左右。由于硅与钛的原子尺寸差别较大,在固溶体中容易在位错处偏聚,阻止位错运动,从而提高耐热性。 稀土:
  提高合金耐热性和热稳定性。稀土的内氧化作用,形成了细小稳定的RExOv颗粒,产生弥散强化。由于内氧化降低了基体中的氧浓度,并促使合金中的锡转移到稀土氧化物中,这有利于抑止脆性α2相析出。此外,稀土还有强烈抑制β晶粒长大和细化晶粒的作用,因而改善合金的综合性能。
  小结:合金元素的作用:
  ⑴固溶强化:提高室温强度最显著的元素为铁、锰,铬、硅,其次为铝、钼、钒,而锆、锡、强化效果差。
  ⑵稳定α相或β相:合金元素提高或降低相变点。 ⑶增强热处理强化效果:β稳定元素增加合金淬透性。
  ⑷消除有害作用:铝、锡防止ω相,稀土抑制α2相析出,β同晶元素阻制β相共析分解。 ⑸改善合金的耐热性:加入铝、硅、锆,稀士等。
  ⑹提高合金的耐蚀性和扩大钝化范围:加钯、钌、铂,钼等。
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