鈦及鈦合金的二元相圖的四種類型

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鈦及鈦合金的二元相圖的四種類型

鈦及鈦合金的二元相圖的四種類型：

1、第一種類型與α和 β均形成連續互溶的相圖。只有2個即 Ti-Zr 和 Ti-Hf系。鈦、鋯、鉿是同族元素，其原子外層電子構造一樣，點陣類型相同，原子半徑相近。這兩元素在α鈦和β鈦中溶解能力相同，對α相和 β相的穩定性能影響不大。溫度高時，鋯的強化作用較強，因此鋯常作為熱強鈦合金的組元。

2、第二種類型 β是連續固溶體，α是有限固溶體。有 4 個：Ti-V Ti-Nb Ti-TaTi-Mo系。V、Nb、Ta、Mo 四種金屬只有一種一種體心立方，所以它們與具有相同晶型的 β-Ti 形成連續固溶體，而與密排六方點陣的 α-Ti 形成有限固溶體。V 屬於穩定 β相的元素，並且隨著濃度的提高， 它急劇降低鈦的同素異晶轉變溫度。V 含量大於 15%時，通過淬火可將β相固定到室溫。對於工業鈦合金來說，V在α鈦中有較大的濃度（ >3%），這樣可以得到將單相 α合金的優點（良好的焊接性）和兩相合金的有點（能熱處理強化，比 α合金的工藝塑性好）結合在一起的合金。Ti-V系中無共析反應和金屬化合物。Nb 在 α鈦中溶解度大致和V相同（約 4%），但作為 β穩定劑的效應低很多。Nb 含量大於 37%時，可淬火成全 β組織。Mo 在 α鈦中的溶解度不超過 1%，而 β穩定化效應最大。Mo 含量大於 1%時，可淬火成全 β組織.Mo 的添加有效地提高了室溫和高溫的強度。Mo 室溫一個缺點是熔點高，與鈦不易形成均勻的合金。加入 Mo 時，一般是以 Mo-Al 中間合金形式（通過鉬氧化物的鋁熱還原過程製得）加入。

3、第三種類型 與 α、β均有限溶解，並且有包析反應的相圖。Ti-Al 、Ti-Sn、Ti-Ca、Ti-B、Ti-C、Ti-N 、Ti-O 等。5%～25% Al 濃度範圍內的相區範圍內存在有序化的 α2（Ti 3X）相 ,它會使合金的性能下降。鋁當量 Al *=Al% +1/3Sn%+1/6Zr% + 1/2Ga% + 10[O]% ≤ 8%～9% 。只要鋁當量低於 8%～9%，就不會出現α2 相。Sn 是相當弱的強化劑，但能顯著提高熱強性，以錫合金化時，其室溫塑性不降低而熱強性增加。微量的B可細化鈦及其合金的大晶粒， Ga 可以與鈦良好溶合，並顯著提高鈦合金的熱強性。氧是較 「軟」的強化劑，在含量允許的範圍內時，不僅可保證所需的強度水平，而且可以保證足夠高的塑性。

4、第四種類型 與 α、β均有限溶解，並且有共析分解的相圖，有 Ti-Cr、Ti-Mn 、Ti-Fe、Ti-Co、Ti-Ni 、Ti-Cu、Ti-Si、Ti-Bi 、Ti-W、Ti-H。Ti-Cr 系中，形成的Ti2Cr 化合物有兩種同素異晶形式，其固溶體以 δ和 γ表示。Cr 屬於 β穩定元素，在 α鈦中的溶解度不超過 0.5%。Cr 含量大於 9%時，通過淬火可將 β相固定到室溫。Cr 可以使鈦合金有好的室溫塑性並有高的強度，同時可保證有高的熱處理強化效應。Ti-W系中,會產生偏析轉變：β」α + 。偏析反應溫度較高， β′′ Ti-W 系的熱穩定性比 Ti-Cr 合金高的多。W 在 α鈦中的溶解度不高。W含量大於25%時，通過淬火可將 β相固定到室溫。氫降低鈦的同素異晶轉變溫度，形成共析反應，從而使 β固溶體分解而形成α相和鈦的氫化物，在共析溫度下氫在 α鈦中的溶解度為 0.18%。氫組成間隙型固溶體，屬於有害雜質，會引起鈦合金的氫脆。在非合金化鈦和以α組織為基的單相鈦合金中，氫脆的主要原因是脆性氫化物相的析出，急劇降低斷裂強度。在兩相合金中，不形成氫化物，但形成氫的過飽和固溶體區，在低速變形時引起脆性斷裂。在 β相含量小的合金中， 這兩種產生聯合作用。純鈦和近α組織的鈦合金對氫脆最敏感。隨著合金中β相含量增加，其氫脆敏感性減弱。

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