金属材料-6 钛合金课件.ppt

第七章 钛及钛合金 一、钛及钛合金的基本状况 二、钛的分类与牌号 三、钛的合金化 四、钛合金相变分析及热处理特点 五、工业钛合金 六、钛合金的发展 一、钛及钛合金的基本状况 1. 简介 2. 产量与用量 3. 基本性能 1. 简介 钛是20世纪50年代初走向工业化生产的一种重要金属。 钛性质优良，储量丰富。从工业价值和资源寿命的发展前景看，它仅次于铁、铝而被誉为正在崛起的“第三金属”。 钛是一种对社会经济和国防具有重要战略意义的稀有金属。 钛具有许多重要的特性，如密度低、比强度高、耐腐蚀、线膨胀系数低、导热率低、无磁性、生理相容性好、表面可饰性强，具有储氢、超导、形状记忆、超弹和高阻尼等特殊功能。它既是优质的轻型耐腐蚀的结构材料，又是新型的功能材料以及重要的生物医用材料。 2. 产量与用量 世界海绵钛年产量多年来都在6-10万吨之间； 钛材的年产量多在5-6万吨之间 世界钛的主要应用领域 加工材多为板、棒、线、管和锻件 我国钛材产量及用途 我国钛资源已探明近10×108吨TiO2，居世界第一。 海绵钛产量超过4000吨/年，用量大于6000吨/年，属进口国 预计2010年达到2万吨的用量，成为世界第三(同美、日) 3. 基本性能 (1) 钛的原子构造及晶体结构 (2) 钛的电性能 (3) 钛的热性能 (4) 钛的化学及腐蚀性能 (5) 钛的力学性能 两个最为显著的优点 两个最为显著的优点：比强度高和耐腐蚀性好。 使钛在空中、陆地、海洋和外层空间都有广泛的用途：包括航空航天、常规兵器、舰艇及海洋工程、核电及火力发电、化工与石油化工、冶金、建筑、交通、体育与生活用品等。 与钢铁及铝合金等量大面广的金属材料相比，钛及钛合金的生产和应用的规模及发展依然存在一定的限制因素，最重要的是制造加工过程比较复杂而成本价格偏高。 (1) 钛的原子构造及晶体结构 原子序数22。外层电子为3d24s2，d电子层不充满，过渡金属。 钛的相对原子质量是47.90，其主要的同位素相对原于质量有46，47，48，49，50，其相对原子质量为48的同位素在自然界中的相对含量最高，达到73.45％。 纯钛的熔化温度为1640～1670℃。 钛有两种同素异晶体即?和β，转变温度为882.5℃；低温为?相(hcp)，高温β相(bcc)。 ?-Ti在25℃时的点阵常数为a=0.29503nm，c=0.46831nm，c/a=1.5873；β-Ti在25℃时的点阵常数为0.32320nm。 纯钛的密度为4.50g/cm3。 (2) 钛的电性能 钛的过渡金属原子构造决定了它具有高电阻。 由于氧、氮、碳、铁等杂质对钛的电阻影响很大，所以钛的电阻测定分散性较大。 纯度最高的碘法钛的电阻率0.45μΩ.m。随温度增高比电阻增加。当发生??β转变时，比电阻下降， β的平均比电阻率为0.16μΩ.m 。 当温度接近绝对零度时，钛具有超导性，但因冷作硬化和微量杂质的影响很大，故纯钛的超导物理数据的分散性较大。 (3) 钛的热性能 钛和钛合金的线膨胀系数约为8.2～9.1×10-6K。 比热容比较低，其热导率大约只是铝及铝合金热导率的1／15，是钢的1／5。 (4) 钛的化学及腐蚀性能 有很高的化学活性，并随温度升高而急剧增强。钛的活性表面在室温就开始吸氢，在300℃时吸氢量加大。 钛氧开始明显发生作用的温度是600℃；而与氮发生作用的温度高于700 ℃ 。 通过真空退火，几乎可以完全除去氢，而氧、氮则不可能除去。 钛在空气介质中加热时，会在表面生或一种既薄、致密而稳定的氧化膜，它具有保护作用。 钛在500℃以下的空气中是稳定的，在800 ℃ 以上时，氧化膜要分解，氧原子会进入晶格从而使金属变脆。 工业纯钛在不同温度下的空气介质中，加热半小时后氧化膜的厚度不同，会出现不同颜色。温度从低到高的顺序为：银白、黄色、紫色(650℃)、红灰色、灰色。 熔融状态的钛与已知的所有耐火材料都发生强烈反应。(只与ThO2不反应) 剧烈的氧化能发生燃烧，干钛粉的自燃温度为300～600℃。粉状、海绵钛、尘状、细屑状钛很容易由于火星或一个小火苗而引起燃烧。 钛的电位仅低于镍基合金，有良好的抗电化学腐蚀性能。在与大多数金属构成的原电池系统中，钛及其合金的电位是属于高价的正电位．从而使与其接触的其他金属腐蚀。 (5) 钛的力学性能 钛中的杂质含量对钛的力学性能影响很大，杂质含量增加，可以提高其强度而降低塑性。 最纯的钛用碘化法或电解方法获得。氧、碳、氮是钛中普遍存在的杂质，能提高钛的强度而降低其塑性。其中氮的影响最大，碳最小，而氧居中。 氢脆：在钛中氢的含量达到一定数值后，将大大提高钛对缺口的敏感性，而急剧降低缺口试样的冲击韧性等性能。 钛中氢的含量应低于0.007％～0.008％(质