耐磨高强度钛合金

钛合金：

是以钛为基加入适量其他合金元素组成的合金。耐海水腐蚀性优异。

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。

钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。钛合金材料乃为提高航空机具飞行性能而开发的高性能材料，随着工业技术及科技的进步及人们消费能力的提升，其应用领域也由早期的航太工业逐渐扩展至其他领域，诸如船艇、汽车、运动休闲器材及生医器材等行业，与人类的关系越来越密切；随着钛合金应用普及化之后所必须面临的问题，则是如何克服钛合金各种加工技术的难题。 

京都钛及钛合金的合金理论及分类： 
钛金属可分为纯钛、α合金、α＋β合金及β合金四大类。纯钛在常温为HCP(Hexagonal Close-Packed)晶格结构(α相)，在885℃左右变态成体心立方BCC(Body-Centered Cubic)结构(β相)，此温度称为β变态点。在纯钛中添加不同合金元素及不同添加量会改变β变态点位置，造成α＋β两相区的出现。 
经合金添加后之钛合金，在常温为单一α相者称α合金，在常温为α＋β相者称为α＋β合金，在常温为β相者为称为β合金。 
(1) α 合金 
α合金为α相安定元素及中性元素固溶于α相中所形成的单相合金，以Ti-5Al-2.5Sn最具代表性，此类合金高、低温性能安定，延性及耐潜变性均佳。 
(2) α＋β 合金 
α＋β合金中，α及β相的含量受α安定元素及β安定元素的影响极大，在性能上亦有显著不同。 β相含量少则合金行为类似α合金，反之α相含量少则合金行为类似β合金。 α＋β合金中最具代表性的是Ti-6Al-4V。 β相含量较多者有Ti-6Al-6V-2Sn及Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo等。 Ti-6Al-4V之用量占所有钛合金用量的70％左右。 
(3) β 合金 
β合金在常温下为准安定的体心立方堆积(BCC)结构，为单一β相合金。此类合金之冷间加工性较α＋β合金为佳，时效硬化处理后抗拉强度可达150kgf/mm2，降伏强度可达140 kgf/mm2。具代表性的此类合金有Ti-15V-3Cr-3Su-3Al、Ti-10V-2Fe-3Al及Ti-13V-11Cr-3Al等。 
   钛及钛合金的应用： 
早期钛合金之开发主要是用于飞机零组件上，现今则因工业科技的进步与经济能力的提升，钛及钛合金的应用除了仍延续早期的航太、国防、石化、电厂工业之外更扩及汽机车、自行车工业、医疗器材零组件、运动休闲用品及建筑景观等行业。

京都金属产钛合金管是利用钛合金制作的管子，钛合金按组织可分三类。(1钛中加入铝和锡元素。2钛中加入铝铬钼钒等合金元素。3钛中加入铝和钒等元素。)它们具有较高的力学性能、优良的冲压性能，并可进行各种形式的焊接，焊接接头强度可达基体金属强度的90%，且切削加工性能良好。钛管对氯化物、硫化物和氨具有较高的耐蚀性能。钛在海水中的耐蚀性比铝合金、不锈钢、镍基合金还高。钛耐水冲击性能也较强。

钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。

中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。

钛合金与其他金属材料相比,有下列优点:

①比强度(抗拉强度/密度)高(见图),抗拉强度可达100～140kgf/mm2，而密度仅为钢的60%。

②中温强度好,使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作。

③耐蚀性好,在大气中钛表面立即形成一层均匀致密的氧化膜，有抵抗多种介质侵蚀的能力。通常钛在氧化性和中性介质中具有良好的耐蚀性，在海水、湿氯气和氯化物溶液中的耐蚀性能更为优异。但在还原性介质，如盐酸等溶液中，钛的耐蚀性能较差。

④低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。

⑤弹性模量低,热导率小，无铁磁性。

6.硬度高。

7.冲压性差,热塑性良好。

热处理 钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度；针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性；等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。

常用的热处理方法有退火、固溶和时效处理。退火是为了消除内应力、提高塑性和组织稳定性，以获得较好的综合性能。通常α合金和(α+β)合金退火温度选在(α+β)—→β相转变点以下120～200℃；固溶和时效处理是从高温区快冷,以得到马氏体α′相和亚稳定的β相,然后在中温区保温使这些亚稳定相分解，得到α相或化合物等细小弥散的第二相质点，达到使合金强化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)—→β相转变点以下40～100℃进行，亚稳定β 合金淬火在(α+β)—→β相转变点以上40～80℃进行。时效处理温度一般为450～550℃。此外,为了满足工件的特殊要求，工业上还采用双重退火、等温退火、β热处理、形变热处理等金属热处理工艺。

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