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鈦合金中常見合金元素的作用

作者:本站      發(fā)布時(shí)間:2021-03-12      瀏覽:2462

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鈦合金中的常加入的合金元素:鋁、錫、鋯、鉬、釩、鉻、鐵、硅、銅、稀土,其中應(yīng)用最多的是鋁。 鋁:

除工業(yè)純鈦外,各類鈦合金中幾乎都添加鋁,鋁主要起固溶強(qiáng)化作用,每添加1%Al,室溫抗拉強(qiáng)度增加50MPa。

鋁在鈦中的極限溶解度為7.5%;超過極限溶解度后,組織中出現(xiàn)有序相Ti3Al(α2),對合金的塑性、韌性及應(yīng)力腐蝕不利,故一般加鋁量不超過7%。

鋁改善抗氧化性,鋁比鈦還輕,能減小合金密度,并顯著提高再結(jié)晶溫度,如添加5%Al可使再結(jié)晶溫度從純鈦600℃提高到800℃。鋁提高鈦固溶體中原子間結(jié)合力,從而改善熱強(qiáng)性。在可熱處理β合金中,加入約3%的鋁,可防止由亞穩(wěn)定β相分解產(chǎn)生的ω相而引起的脆性。鋁還提高氫在α-Ti中的溶解度,減少由氫化物引起氫脆的敏感性。 錫和鋯:

屬中性元素,在α-Ti和β-Ti中均有較大溶解度,常與其他元素同時(shí)加入,起補(bǔ)充強(qiáng)化作用。

為保證耐熱合金獲得單相α組織,除鋁以外,還加入鋯和錫進(jìn)一步提高耐熱性;同時(shí)對塑性不利影響比鋁小,使合金具有良好的壓力加工性和焊接性能。

錫能減少對氫脆的敏感性。鈦錫系合金中,錫超過一定濃度后形成有序相Ti3Sn,降低塑性和熱穩(wěn)定性。

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

只要鋁當(dāng)量<8~9%,就不出現(xiàn)α2相

鉬、釩:

β穩(wěn)定元素中應(yīng)用最多,固溶強(qiáng)化β相,并顯著降低相變點(diǎn)、增加淬透性,從而增強(qiáng)熱處理強(qiáng)化效果。含釩或鉬的鈦合金不發(fā)生共析反應(yīng),在高溫下組織穩(wěn)定性好;但單獨(dú)加釩,合金耐熱性不高,其蠕變抗力只能維持到400℃;鉬提高蠕變抗力的效果比釩高,但密度大;鉬還改善合金的耐蝕性,尤其是提高合金在氯化物溶液中抗縫隙腐蝕能力。 錳、鉻:

強(qiáng)化效果大,穩(wěn)定β相能力強(qiáng),密度比鉬、鎢等小,故應(yīng)用較多,是高強(qiáng)亞穩(wěn)定β型鈦合金的主要加入元素。但它們與鈦形成慢共析反應(yīng),在高溫長期工作時(shí),組織不穩(wěn)定,蠕變抗力低;當(dāng)同時(shí)添加β同晶型元素,特別是鉬 時(shí),有抑制共析反應(yīng)的作用。 硅:

共析轉(zhuǎn)變溫度較高(860℃),加硅可改善合金的耐熱性能,因此在耐熱合金中常添加適量硅,加入硅量以不超過α相最大固溶度為宜,一般為0.25%左右。由于硅與鈦的原子尺寸差別較大,在固溶體中容易在位錯處偏聚,阻止位錯運(yùn)動,從而提高耐熱性。 稀土:

提高合金耐熱性和熱穩(wěn)定性。稀土的內(nèi)氧化作用,形成了細(xì)小穩(wěn)定的RExOv顆粒,產(chǎn)生彌散強(qiáng)化。由于內(nèi)氧化降低了基體中的氧濃度,并促使合金中的錫轉(zhuǎn)移到稀土氧化物中,這有利于抑止脆性α2相析出。此外,稀土還有強(qiáng)烈抑制β晶粒長大和細(xì)化晶粒的作用,因而改善合金的綜合性能。

小結(jié):合金元素的作用:

⑴固溶強(qiáng)化:提高室溫強(qiáng)度最顯著的元素為鐵、錳,鉻、硅,其次為鋁、鉬、釩,而鋯、錫、鉭、鈮強(qiáng)化效果差。

⑵穩(wěn)定α相或β相:合金元素提高或降低相變點(diǎn)。 ⑶增強(qiáng)熱處理強(qiáng)化效果:β穩(wěn)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相共析分解。 ⑸改善合金的耐熱性:加入鋁、硅、鋯,稀士等。

⑹提高合金的耐蝕性和擴(kuò)大鈍化范圍:加鈀、釕、鉑,鉬等。