鈦合金相變及熱處理

第1章 鈦及鈦合金的特點(diǎn)、分類(lèi)及鍛造加工

1.1 鈦及鈦合金的發(fā)展概況

1.2 鈦及鈦合金的特點(diǎn)

1.3 鈦合金的分類(lèi)

1.3.1 鈦的合金元素

1.3.2 鈦合金的分類(lèi)

1.4 鈦合金的顯微組織

1.5 鈦合金的鍛造工藝

1.5.1 鈦合金的鍛造特性

1.5.2 鈦合金的鍛造方法

1.5.3 α β鍛造工藝

1.5.4 β鍛造工藝

1.5.5 近β鍛造工藝

1.5.6 準(zhǔn)β鍛造工藝

參考文獻(xiàn)

第2章 鈦合金研究的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

2.1 概述

2.2 新型鈦合金的研究進(jìn)展

2.2.1 宇航用鈦合金

2.2.2 船用鈦合金

2.2.3 生物醫(yī)用鈦合金

2.2.4 低成本鈦合金

2.2.5 其他合金

2.3 國(guó)內(nèi)外鈦合金研制的差距

2.4 鈦合金發(fā)展趨勢(shì)

參考文獻(xiàn)

第3章 鈦及鈦合金的應(yīng)用

3.1 概述

3.2 宇航應(yīng)用

3.3 化工、汽車(chē)及能源等工業(yè)上的應(yīng)用

3.4 日常生活領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.4.1 體育器械

3.4.2 醫(yī)療器械與人工器官

3.4.3 照相器材

3.4.4 建筑用鈦

3.4.5 其他日常生活用途

3.5 粉末冶金鈦合金的民用

3.5.1 汽車(chē)工業(yè)應(yīng)用

3.5.2 生物醫(yī)療應(yīng)用

3.5.3 儲(chǔ)氫應(yīng)用

3.5.4 其他應(yīng)用

參考文獻(xiàn)

第4章 鈦合金相變研究方法

4.1 概述

4.2 物相類(lèi)型分析

4.2.1 物相種類(lèi)分析原理

4.2.2 X射線(xiàn)衍射分析

4.2.3 電子衍射分析

4.3 微觀組織分析

4.3.1 光學(xué)電子顯微鏡

4.3.2 掃描電子顯微鏡

4.3.3 透射電子顯微鏡

4.4 相變過(guò)程的分析方法

4.4.1 熱分析法

4.4.2 電阻分析法

4.5 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第5章 鈦合金的相變

5.1 概述

5.2 鈦與鈦合金的同素異晶轉(zhuǎn)變

5.3 B鈦合金熱處理過(guò)程中的相變

5.3.1 馬氏體相變

5.3.2 (1)相變

5.3.3 B相的分離

5.3.4 僅相的形成

5.3.5 馬氏體相的分解

5.3.6 共析分解

5.3.7 僅相的分解

5.3.8 界面相的形成

5.4 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第6章 熱處理對(duì)鈦合金組織和強(qiáng)韌性的影響

6.1 概述

6.1.1 鈦合金的熱處理特點(diǎn)

6.1.2 鈦合金的熱處理類(lèi)型

6.2 鈦合金的顯微組織特征

6.2.1 片層組織

6.2.2 網(wǎng)籃組織

6.2.3 雙態(tài)組織

6.2.4 等軸組織

6.3 熱處理工藝對(duì)鈦合金顯微組織演化的影響

6.3.1 固溶溫度對(duì)TC2l合金顯微組織的影響

6.3.2 固溶時(shí)間對(duì)TC21合金顯微組織的影響

6.3.3 冷卻方式對(duì)TC21合金顯微組織的影響

6.3.4 時(shí)效溫度對(duì)TC21合金組織的影響

6.3.5 時(shí)效時(shí)間對(duì)TC21合金組織的影響

6.3.6 熱處理對(duì)典型鈦合金顯微組織的影響

6.4 顯微組織對(duì)鈦合金強(qiáng)韌性的影響

6.4.1 LM和BM組織對(duì)鈦合金拉伸變形行為的影響

6.4.2 LM和BM組織對(duì)鈦合金低周疲勞(10wcyclefatigue，LCF)行為的影響

6.4.3 α2相對(duì)鈦合金LCF行為的影響

6.4.4 α相時(shí)效析出行為對(duì)鈦合金拉伸性能的影響

6.4.5 針狀α相對(duì)鈦合金韌性的作用

6.5 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第7章 鈦合金置氫處理組織與性能間的關(guān)系

7.1 概述

7.2 鈦合金中氫的特性

7.2.1 氫在鈦中的存在形式

7.2.2 氫在鈦中的溶解

7.2.3 氫在鈦中的擴(kuò)散

7.2.4 鈦氫微觀作用機(jī)理

7.3 置氫處理對(duì)鈦合金組織和相結(jié)構(gòu)的影響

7.3.1 置氫處理對(duì)α型Ti600合金組織和相結(jié)構(gòu)的影響

7.3.2 置氫處理對(duì)(α β)型TC21合金組織和相結(jié)構(gòu)的影響

7.3.3 置氫處理對(duì)β型Ti40合金組織和相結(jié)構(gòu)的影響

7.4 置氫處理對(duì)鈦合金性能的影響

7.4.1 置氫處理對(duì)鈦合金室溫性能的影響

7.4.2 置氫處理對(duì)鈦合金高溫性能的影響

7.4.3 置氫處理對(duì)鈦合金超塑性能的影響

7.5 鈦合金置氫處理技術(shù)的應(yīng)用前景

7.6 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第8章 鈦合金半固態(tài)熱處理及半固態(tài)加工技術(shù)

8.1 概述

8.2 半固態(tài)熱處理對(duì)微觀組織的影響

8.2.1 半固態(tài)溫度對(duì)鈦合金組織的影響

8.2.2 半固態(tài)保溫時(shí)間對(duì)鈦合金組織的影響

8.2.3 半固態(tài)冷卻方式對(duì)鈦合金組織的影響

8.3 鈦合金半固態(tài)熱模擬壓縮變形行為

8.3.1 不同半固態(tài)變形溫度下Til4合金的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及微觀組織演變

8.3.2 不同應(yīng)變速率下Til4合金的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及微觀組織演變

8.3.3 不同變形量合金的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及微觀組織演變

8.4 鈦合金半固態(tài)鍛造

8.4.1 Til4合金半固態(tài)可鍛性

8.4.2 Til4合金半固態(tài)鍛造中的微觀組織演變特征

8.4.3 鍛件力學(xué)性能評(píng)價(jià)

8.5 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

內(nèi)容覆蓋了鈦合金的特性、加工技術(shù)、應(yīng)用、相變理論、熱處理技術(shù)、微觀組織變化、力學(xué)性能研究、超塑成形、半固態(tài)加工及鍛造等，并對(duì)相應(yīng)的科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了論述。 《鈦合金相變及熱處理(精)》的特點(diǎn)是各個(gè)章節(jié)由來(lái)自不同研究機(jī)構(gòu)和院校的專(zhuān)家撰寫(xiě)。書(shū)中附有大量的圖表，數(shù)據(jù)翔實(shí)，對(duì)鈦合金材料的研究具有較強(qiáng)的理論指導(dǎo)意義和很高的參考價(jià)值?？晒氖骡伜辖鹧芯?、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的科技人員和工程技術(shù)人員參考。

鈦合金在武器裝備、航空航天領(lǐng)域和國(guó)防工業(yè)采用的工程材料中占有極為重要的地位，在化工工業(yè)、日常生活領(lǐng)域等方面也有其獨(dú)特的應(yīng)用。本書(shū)系統(tǒng)地介紹了鈦及鈦合金的冶煉、生產(chǎn)、制造、加工熱處理技術(shù)，鈦合金新材料及其性能，以及鈦合金在航空航天、化工工業(yè)、日常生活領(lǐng)域等方面的實(shí)際應(yīng)用，并對(duì)我國(guó)鈦工業(yè)，鈦合金新材料、新工藝的發(fā)展前景進(jìn)行了評(píng)述。

常用的熱處理方法有退火、固溶和時(shí)效處理。退火是為了消除內(nèi)應(yīng)力、提高塑性和組織穩(wěn)定性，以獲得較好的綜合性能。通常α合金和（α β）合金退火溫度選在（α β）─→β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下120～200℃；固溶和時(shí)效處理是從高溫區(qū)快冷,以得到馬氏體α′相和亞穩(wěn)定的β相,然后在中溫區(qū)保溫使這些亞穩(wěn)定相分解，得到α相或化合物等細(xì)小彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)，達(dá)到使合金強(qiáng)化的目的。通常(α β)合金的淬火在(α β)─→β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下40～100℃進(jìn)行，亞穩(wěn)定β合金淬火在(α β)─→β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上40～80℃進(jìn)行。時(shí)效處理溫度一般為450～550℃。

總結(jié)，鈦合金的熱處理工藝可以歸納為：

（1）消除應(yīng)力退火：目的是為消除或減少加工過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。防止在一些腐蝕環(huán)境中的化學(xué)侵蝕和減少變形。

（2）完全退火：目的是為了獲得好的韌性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和組織的穩(wěn)定性。

（3）固溶處理和時(shí)效：目的是為了提高其強(qiáng)度，α鈦合金和穩(wěn)定的β鈦合金不能進(jìn)行強(qiáng)化熱處理，在生產(chǎn)中只進(jìn)行退火。α β鈦合金和含有少量α相的亞穩(wěn)β鈦合金可以通過(guò)固溶處理和時(shí)效使合金進(jìn)一步強(qiáng)化。

此外，為了滿(mǎn)足工件的特殊要求，工業(yè)上還采用雙重退火、等溫退火、β熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝。

鈦是同素異構(gòu)體，熔點(diǎn)為1668℃，在低于882℃時(shí)呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為α鈦；在882℃以上呈體心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為β鈦。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪?，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金（titanium alloys）。室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類(lèi)：α合金，(α β)合金和β合金。中國(guó)分別以TA、TC、TB表示。

鈦合金α鈦合金

它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實(shí)際應(yīng)用溫度下，均是α相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強(qiáng)。在500℃～600℃的溫度下，仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度不高。

鈦合金β鈦合金

它是β相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強(qiáng)度，淬火、時(shí)效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá)1372～1666 MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。

鈦合金α β鈦合金

它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合金強(qiáng)化。熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高50%～100%；高溫強(qiáng)度高，可在400℃～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。

三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α β鈦合金；α鈦合金的切削加工性最好，α β鈦合金次之，β鈦合金最差。α鈦合金代號(hào)為T(mén)A，β鈦合金代號(hào)為T(mén)B，α β鈦合金代號(hào)為T(mén)C。

鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金（鈦-鉬，鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等。

熱處理：鈦合金通過(guò)調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認(rèn)為細(xì)小等軸組織具有較好的塑性、熱穩(wěn)定性和疲勞強(qiáng)度；針狀組織具有較高的持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。