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钛合金中(zhōng)常見合金元素的作用

作者:本站      發布時間:2021-03-12      浏覽:1680

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钛合金中(zhōng)的常加入的合金元素:鋁、錫、锆、钼、釩、鉻、鐵、矽、銅、稀土,其中(zhōng)應用最多的是鋁。 鋁:

除工(gōng)業純钛外(wài),各類钛合金中(zhōng)幾乎都添加鋁,鋁主要起固溶強化作用,每添加1%Al,室溫抗拉強度增加50MPa。

鋁在钛中(zhōng)的極限溶解度爲7.5%;超過極限溶解度後,組織中(zhōng)出現有序相Ti3Al(α2),對合金的塑性、韌性及應力腐蝕不利,故一(yī)般加鋁量不超過7%。

鋁改善抗氧化性,鋁比钛還輕,能減小(xiǎo)合金密度,并顯著提高再結晶溫度,如添加5%Al可使再結晶溫度從純钛600℃提高到800℃。鋁提高钛固溶體(tǐ)中(zhōng)原子間結合力,從而改善熱強性。在可熱處理β合金中(zhōng),加入約3%的鋁,可防止由亞穩定β相分(fēn)解産生(shēng)的ω相而引起的脆性。鋁還提高氫在α-Ti中(zhōng)的溶解度,減少由氫化物(wù)引起氫脆的敏感性。 錫和锆:

屬中(zhōng)性元素,在α-Ti和β-Ti中(zhōng)均有較大(dà)溶解度,常與其他元素同時加入,起補充強化作用。

爲保證耐熱合金獲得單相α組織,除鋁以外(wài),還加入锆和錫進一(yī)步提高耐熱性;同時對塑性不利影響比鋁小(xiǎo),使合金具有良好的壓力加工(gōng)性和焊接性能。

錫能減少對氫脆的敏感性。钛錫系合金中(zhōng),錫超過一(yī)定濃度後形成有序相Ti3Sn,降低塑性和熱穩定性。

爲了防止有序相Ti3X(α2相)的出現,考慮到鋁和其它元素對α2相析出的影響,Rosenberg提出鋁當量公式。

隻要鋁當量<8~9%,就不出現α2相

钼、釩:

β穩定元素中(zhōng)應用最多,固溶強化β相,并顯著降低相變點、增加淬透性,從而增強熱處理強化效果。含釩或钼的钛合金不發生(shēng)共析反應,在高溫下(xià)組織穩定性好;但單獨加釩,合金耐熱性不高,其蠕變抗力隻能維持到400℃;钼提高蠕變抗力的效果比釩高,但密度大(dà);钼還改善合金的耐蝕性,尤其是提高合金在氯化物(wù)溶液中(zhōng)抗縫隙腐蝕能力。 錳、鉻:

強化效果大(dà),穩定β相能力強,密度比钼、鎢等小(xiǎo),故應用較多,是高強亞穩定β型钛合金的主要加入元素。但它們與钛形成慢(màn)共析反應,在高溫長期工(gōng)作時,組織不穩定,蠕變抗力低;當同時添加β同晶型元素,特别是钼 時,有抑制共析反應的作用。 矽:

共析轉變溫度較高(860℃),加矽可改善合金的耐熱性能,因此在耐熱合金中(zhōng)常添加适量矽,加入矽量以不超過α相最大(dà)固溶度爲宜,一(yī)般爲0.25%左右。由于矽與钛的原子尺寸差别較大(dà),在固溶體(tǐ)中(zhōng)容易在位錯處偏聚,阻止位錯運動,從而提高耐熱性。 稀土:

提高合金耐熱性和熱穩定性。稀土的内氧化作用,形成了細小(xiǎo)穩定的RExOv顆粒,産生(shēng)彌散強化。由于内氧化降低了基體(tǐ)中(zhōng)的氧濃度,并促使合金中(zhōng)的錫轉移到稀土氧化物(wù)中(zhōng),這有利于抑止脆性α2相析出。此外(wài),稀土還有強烈抑制β晶粒長大(dà)和細化晶粒的作用,因而改善合金的綜合性能。

小(xiǎo)結:合金元素的作用:

⑴固溶強化:提高室溫強度最顯著的元素爲鐵、錳,鉻、矽,其次爲鋁、钼、釩,而锆、錫、钽、铌強化效果差。

⑵穩定α相或β相:合金元素提高或降低相變點。 ⑶增強熱處理強化效果:β穩定元素增加合金淬透性。

⑷消除有害作用:鋁、錫防止ω相,稀土抑制α2相析出,β同晶元素阻制β相共析分(fēn)解。 ⑸改善合金的耐熱性:加入鋁、矽、锆,稀士等。

⑹提高合金的耐蝕性和擴大(dà)鈍化範圍:加钯、钌、鉑,钼等。