鈦及鈦合金鈦及鈦合金1概述鈦源于Titans，即希臘神話中地球上大力士。地殼中金屬元素鈦元素含量位列第四(0.86%)，居鋁、鐵、鎂之后。自然界中不存在純鈦，僅以氧化物存在，如FeTiO3、TiO2。強度與鋼相當，而密度幾乎僅有鋼的一半。TiO2FeTiO3概述鈦源于Titans，即希臘神話中地球上大力士。TiO2F2鈦是英國科學家格內戈爾于1791年首先從鈦鐵礦石中發現的，1795年德國化學家克拉普洛特也從金紅石中發現了這一元素，并命名為“鈦”。由于鈦的化學活性高，在它被發現的120年后的1910年才首次提煉出金屬鈦，1940年用鎂還原法制得了海綿鈦，從此奠定了鈦的工業生產方法的基礎。

鈦是英國科學家格內戈爾于1791年首先從鈦鐵礦石中發現的，13鈦屬于稀有金屬，實際上鈦并不稀有，其在地殼中的豐度占第七位，占0.45%，遠遠高于許多常見的金屬。但由于鈦的性質活潑，對冶煉工藝要求高，使得人們長期無法制得大量的鈦，從而被歸類為“稀有”的金屬。用于冶煉鈦的礦物主要有鈦鐵礦（FeTiO3）、金紅石（TiO2）和鈣鈦礦等,也是鈦的主要礦石,礦石經處理得到易揮發的四氯化鈦，再用鎂還原而制得純鈦。鈦屬于稀有金屬，實際上鈦并不稀有，其在地殼中的豐度占第七位，4中國鈦資源總量9.65億噸，居世界之首，占世界探明儲量的38.85%，主要集中在四川、云南、廣東、廣西及海南等地，其中攀西（攀枝花西昌）地區是中國最大的鈦資源基地，鈦資源量為8．7億噸。

中國探明的鈦資源分布在21個省（自治區、直轄市）共108個礦區（圖3.5.1及表3.5.4）。主要產區為四川，次有河北、海南、廣東、湖北、廣西、云南、陜西、山西等省（區）。中國鈦資源總量9.65億噸，居世界之首，占世界探明儲量的385全世界:1955年1975年2006年2萬噸7萬噸14萬噸全世界:6

鈦及鈦合金發展至今，已有50多年歷史，由于它具有很高的比強度和耐蝕性，是世界各國大力發展的輕金屬材料。世界市場每年需求4～5萬t鈦及鈦合金。美國是最大的鈦消費國。1994年用于軍事宇航約3200t，用于非軍事商業宇航約7700t，用于非宇航業約4800t，總共約15700t。日本則注重發展鈦的耐蝕性應用，1994年總共消費4241t，耐蝕性商業純鈦占3773t，以應用其高比強度為主的結構材料鈦合金只占468t，其中宇航應用的鈦合金只占32.7％，非宇航用鈦合金占67.3％，這其中又以消費品為主（占三分之二）.鈦及鈦合金發展至今，已有50多年歷史，由于它具有很高的比7鈦的基本性質（1）鈦存在兩種同素異構體α及β。α-Ti在882℃以下穩定，具有六方密排結構。β-Ti穩定于882℃～熔點1678℃，具有體心立方結構。（2）鈦的體積質量小（4.51g／cm3），比強度高，熔點高，塑性好，雖然其強度隨溫度升高而下降，但其比強度高的特性仍可保持到550～600℃。與高強合金相比，相同強度水平可降低重量40％以上，因此在宇航上有巨大應用潛力。鈦的基本性質（1）鈦存在兩種同素異構體α及β。α-Ti在88（3）具有優良的耐蝕性，在室溫下就能很快生成一層具有極好保護性的鈍化層（TiO2）。它僅有納米尺度，室溫下長大極慢。許多介質中，鈦的耐蝕性極高；但在還原性介質中差一些，不過可以通過合金化改善。（4）鈦的低溫性能很好，在液氮溫度下仍有良好的機械性能，強度高而仍保持有良好的塑性及韌性。（5）彈性模量較低（120GP），約為鐵的54％。

（3）具有優良的耐蝕性，在室溫下就能很快生成一層具有極好保護9（6）導熱系數及線脹系數均較低。其導熱系數比鐵低4.5倍，使用時易產生溫度梯度及熱應力，不過，線脹系數低可補償因導熱系數低帶來的熱應力問題。（6）導熱系數及線脹系數均較低。其導熱系數比鐵低4.5倍，使10鈦的熔點為1668℃，比鐵、鎳的肖高，比鋁、鎂的熔點高1000℃以上。因此，作為輕金屬結構材料，鈦合金具有比鋁、鎂合金好得多的熱強性，最高使用溫度以達600℃。鈦在氧化性氣氛中極易在表面與氧形成一層堅固的氧化物薄膜，是其在氧化性酸、堿、鹽介質，特別是在濕氯氣和海水中，具有優異的抗腐蝕性能。鈦的熔點為1668℃，比鐵、鎳的肖高，比鋁、鎂的熔點高10011鈦的特性

晶體結構：原子半徑：密度：熔點：882.5度同素異構轉變(α-Ti?β-Ti)。與氧、氮、碳和氫劇烈反應。價格昂貴。主要用于價格不是關鍵因素的先進應用場合。高強度和韌性。鈦的特性

晶體結構：882.5度同素異構轉變(α-Ti?β12化學性質室溫下鈦比較穩定。高溫下活潑，熔化態能與大多數坩堝造型材料發生作用。高溫下與鹵素、氧、硫、碳、氮等進行強烈反應。鈦在真空或惰性氣氛下熔煉，如真空自耗電弧爐、電子束爐、等離子熔爐等設備中熔煉。鈦在氮氣中加熱會發生燃燒，鈦塵在空氣中會發生爆炸，所以鈦材加熱和焊接宜用氬氣作保護氣體。鈦在室溫可吸收氫氣，500℃以上吸氣能力更強烈，可作為高真空電子儀器的脫氣劑；利用鈦吸氫和放氫的特性，可以作儲氫材料。化學性質室溫下鈦比較穩定。13鈦在還原性酸(濃硫酸、鹽酸、正磷酸)、氫氟酸、氯氣、熱強堿、某些熱濃有機酸及氧化鋁溶液中不穩定，會發生強烈腐蝕。另外，鈦合金有熱鹽應力腐蝕傾向。550℃以下鈦與氧形成保護作用良好的致密氧化膜。538℃以下，鈦的氧化符合拋物線規律。但在800℃以上，氧化膜分解，氧原子以氧化膜為轉換層進入金屬晶格，此時氧化膜已失去保護作用，使鈦很快氧化。鈦在還原性酸(濃硫酸、鹽酸、正磷酸)、氫氟酸、氯氣、熱強堿、14耐蝕性能ETi=－1.63V，而鈦的致鈍電位低，故鈦易鈍化。常溫下鈦表面極易形成由氧化物、氮化物組成的鈍化膜，它在大氣及許多浸蝕性介質中非常穩定，具有很好的抗蝕性。大氣、海水、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、鉻酸等)和大多數有機酸中，鈦抗蝕性相當于或超過不銹鋼，在海水中耐蝕性極強，可與白金相比，是海洋開發工程理想的材料。鈦與生物體相容性好，無毒，適做生物工程材料。耐蝕性能ETi=－1.63V，而鈦的致鈍電位低，故鈦易鈍化。15由于鈦所具有的一系列優良性能，資源又很豐富，鈦的工業生產問世后，立即受到世界普遍高度重視。1947年美國率先實現海綿鈦生產工業化，當年生產２噸海綿鈦，1957年就發展到15000多噸。日本1952年，前蘇聯1954年均相繼開始了海綿鈦的生產。中國也于1958年開始了海綿鈦的試生產，現在已形成了完整的鈦工業體系。當前，世界上有鈦工業的國家主要是美國、獨聯體、日本、英國、中國和德國。由于鈦所具有的一系列優良性能，資源又很豐富，鈦的工業生產問世16鈦合金的生產提取工藝：

Kroll提取工藝Kroll提取工藝熔化工藝：

電渣精煉法ElectroslagRefinning(ESR)真空電弧重熔法VacuumArcRemelting(VAR)電子束熔煉(EBM)等離子弧熔煉(PAM)感應凝殼熔煉法鈦合金的生產提取工藝：17鈦的提取通過下列步驟，鈦礦石(主要為金紅石，TiO2)轉變為海綿鈦：⑴Cl2與礦石中的TiO2反應，形成TiCl4；⑵TiCl4經分級蒸餾而凈化；⑶在Ar保護下，液態TiCl4與Mg或Na反應，獲得海綿鈦。生產過程：鈦鐵礦或金紅石→高純度四氯化鈦→鎂還原四氯化鈦→海綿鈦→鈦材和鈦粉鈦的提取通過下列步驟，鈦礦石(主要為金紅石，TiO2)轉18鈦及鈦合金-ppt課件19真空電弧重熔法海綿鈦與合金元素混合后液壓成塊狀；塊狀物焊接成熔化電極棒；電極棒經二次或三次真空熔煉得到優質鈦或鈦合金錠真空電弧重熔法海綿鈦與合金元素混合后液壓成塊狀；20鈦及鈦合金-ppt課件21電渣精煉法方坯作為電極，其一端位于交流電加熱的電渣熔池中；熔融金屬與高溫電渣反應，電渣中還可加入合金元素用以調整合金成分；已熔化金屬流經熔渣進入熔池而被提純，最終凝固成電渣精煉鑄錠；精煉時，非金屬雜質和熔渣發生反應，熔融金屬中的夾雜物被電渣吸收去除。屬于非直接結晶，消除了中心結晶孔，提高了均勻性電渣精煉法方坯作為電極，其一端位于交流電加熱的電渣熔池中；22在惰性氣體保護下ALD真空技術電渣重熔爐在惰性氣體保護下ALD23等離子弧熔煉它是對真空電弧熔煉的改進在水冷銅坩堝中熔化金屬；所用熱源為等離子槍或電子束；與坩堝壁接觸的金屬液形成凝固殼層(凝固的鈦)，而熔融的鈦合金浮于殼層上部，阻止坩堝污染鈦合金熔體；大密度夾雜物沉積到坩堝底部而去除。等離子弧熔煉它是對真空電弧熔煉的改進在水冷銅坩堝中熔化金屬；24電子束熔煉由爐壁側底面加入要熔化的材料，熔化熱源為電子束。電子束熔煉由爐壁側底面加入要熔化25感應凝殼熔煉法

水冷銅坩堝可避免爐襯材料的污染；裝入坩堝中的金屬受感應電源的磁場作用而熔化；熔化的金屬液體在坩堝底、側壁凝固形成殼層；生產低成本、高質量鈦合金。感應凝殼熔煉法

水冷銅坩堝可避免爐襯材料的污染；26鈦合金

合金分類、牌鈦號TA表示組織為α的鈦合金包括全α、近α和α+化合物合金。以鋁、錫、鋯為主要合金元素，在近α型鈦合金中還添加少量β穩定化元素，如鉬、釩、鉭、鈮、鎢、銅、硅等。共33個牌號。

鈦合金

合金分類、牌鈦號27鈦及鈦合金-ppt課件28TB表示組織為β的鈦合金包括熱力學穩定型β合金、亞穩定β型合金和近β型合金主要加入的合金元素：Mo、VTB表示組織為β的鈦合金29TC表示組織為α＋β的鈦合金：以Ti-Al為基再加適量β穩定元素TC表示組織為α＋β30合金類型Rel/MPaRm/MPaA/%特點α型200～500250～55015～2599%純鈦，性能隨氧含量變化近α型850～1000950～110012～15有一定的蠕變抗力，少量β（雜質Fe的穩定作用）可細化晶粒；焊接性能好，可進行鍛造。α＋β型900～12001000～130010～15低溫到400℃范圍內均有較好的性能；通過熱機械處理很容易改變晶粒結構。β型1100～13001250～14006～10可時效熱處理；時效前的成形性能優良。合金類型Rel/MPaRm/MPaA/%特點α型200～5031合金元素α穩定元素中性元素β穩定元素間隙元素置換元素C、N、OAl

Ga置換元素Zr、Sn、Hf、Ge、Ce、La、Mg間隙元素置換元素Hβ同晶元素β共析元素Mo、V、Ta、Nb慢速分解快速分解Cr、Mn、Fe、CoSi、Cu、Ag、Ni、Y、W、B合α中β間隙元素置換元素C、N、OAlGa置換元素Zr、32

從而改善熱強性。在可熱處理β合金中，加入約3％的鋁，可防止由亞穩定β相分解產生的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，常與其他元素同時加入，起補充強化作用。為保證耐熱合金獲得單相α組織，除鋁以外，還加入鋯和錫進一步提高耐熱性；同時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。從而改善熱強性。在可熱處理β合金中，加入約3％的鋁，可防33鈦合金中常見合金元素的作用鈦合金中的常加入的合金元素：鋁、錫、鋯、鉬、釩、鉻、鐵、硅、銅、稀土，其中應用最多的是鋁。

鋁：除工業純鈦外，各類鈦合金中幾乎都添加鋁，鋁主要起固溶強化作用，每添加1％Al，室溫抗拉強度增加50MPa。鋁在鈦中的極限溶解度為7.5％；超過極限溶解度后，組織中出現有序相Ti3Al(α2)，對合金的塑性、韌性及應力腐蝕不利，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，并顯著提高再結晶溫度，如添加5％Al可使再結晶溫度從純鈦600℃提高到800℃。鋁提高鈦固溶體中原子間結合力。鈦合金中常見合金元素的作用鈦合金中的常加入的合金元素：鋁、錫34鉬、釩：

β穩定元素中應用最多，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。含釩或鉬的鈦合金不發生共析反應，在高溫下組織穩定性好；但單獨加釩，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。鉬、釩：β穩定元素中應用最多，固溶強化β相，并顯著降35

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。稀土的內氧化作用，形成了細小穩定的RExOv顆粒，產生彌散強化。由于內氧化降低了基體中的氧濃度，并促使合金中的錫轉移到稀土氧化物中，這有利于抑止脆性α2相析出。此外，稀土還有強烈抑制β晶粒長大和細化晶粒的作用，因而改善合金的綜合性能。硅量以不超過α相最大固溶度為宜，一般為0.25％左右。由36合金元素的作用：⑴固溶強化：提高室溫強度最顯著的元素為鐵、錳，鉻、硅，其次為鋁、鉬、釩，而鋯、錫、鉭、鈮強化效果差。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大鈍化范圍：加鈀、釕、鉑，鉬等。合金元素的作用：37錳、鉻：強化效果大，穩定β相能力強，密度比鉬、鎢等小，故應用較多，是高強亞穩定β型鈦合金的主要加入元素。但它們與鈦形成慢共析反應，在高溫長期工作時，組織不穩定，蠕變抗力低；當同時添加β同晶型元素，特別是鉬時，有抑制共析反應的作用。硅：共析轉變溫度較高(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，加入錳、鉻：強化效果大，穩定β相能力強，密度比鉬、鎢等小，故應用38

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，降低塑性和熱穩定性。為了防止有序相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。Al*=Al%+1/3Sn%+1/6Zr%+1/2Ga%+10[O]%<=8~9%只要鋁當量＜8～9％，就不出現α2相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39合金元素對性能的影響α穩定元素：鋁的固溶強化效果最大，鋯、錫次之。鋯、錫一般不單獨加入，而是與其它元素復合加入。β同晶元素：合金元素濃度超過α相極限溶解度時，將進入α+β相區，此時合金元素優先溶于β相，因而β相具有更高的強度和硬度，合金強度將隨組織中β相所占比例增加而提高，大約至α相和β相各占50％時強度達到峰值。再增加β相數量，強度反而有所下降。強化作用按鉬、釩、鉭、鈮次序遞減。合金元素對性能的影響α穩定元素：鋁的固溶強化效果最大，鋯、錫40共析型β穩定元素：對合金性能的影晌規律和β同晶型元素相似，特別是非活性共析元素鉻、錳、鐵在一般生產和熱處理條件下，共析轉變并不發生，因此可將鉬、釩等組元同等對待，退火組織仍為α+β相。但在高溫長期使用的耐熱合金，非活性共析元素的存在，將降低材料的熱穩定性。

共析型β穩定元素：對合金性能的影晌規律和β同晶型元素相似41合金耐熱性取決于金屬基體鍵合能力、原子擴散過程及組織穩定性。鈦合金耐熱性與相圖類型及成分的關系為：⑴單相固溶體的耐熱性隨溶解度增加而提高，當組織中出現第二相時則有所下降；因α+β兩相組織在加熱時發生α→β轉變，相界附近原子擴散，且原子在β相中的擴散比α相快，這導致耐熱性下降。所以，耐熱合金以單相組織為宜，常用α型或近α型鈦合金作為高溫材料。⑵提高鈦合金固態相變溫度的合金元素，可改善耐熱性。合金耐熱性取決于金屬基體鍵合能力、原子擴散過程及組織穩定性。42

在相變溫度附近，組織穩定性下降，原子活性增加，從而金屬軟化。因此，耐熱合金的合金化應以α穩定元素(如鋁)和中性元素(錫、鋯)為主；β穩定化元素中，只有鉬、鎢（強烈提高鈦原子鍵合能力）及硅、銅（提高共析轉變溫度）等元素，在適當濃度范圍內可有效地增加合金的熱強性。⑶某些金屬間化合物的耐熱性高，如Ti-Al系中Ti3Al(α2相、TiAl(γ)。在相變溫度附近，組織穩定性下降，原子活性增加，從而金屬軟化43典型鈦合金TA7合金：為α型鈦合金，屬Ti-Al-Sn系(Ti-5Al-2.5Sn).合金元素作用：鋁和錫起穩定α和固溶強化作用。性能特點：⑴具有中等強度和較高的耐熱性，可在400℃下長期工作。⑵具有良好的低溫性能和焊接性能。隨溫度降低，強度升高，塑性略有下降。間隙元素含量低的合金，在－250℃時仍保持良好的塑性,典型鈦合金TA7合金：44

用于超低溫高壓容器，多以管材供應。

⑶冷熱加工性較差。軋制工藝對熱成型影響較大，軋制溫度為750℃左右，具有較好的熱成型性，高溫軋制塑性反而降低，原因是晶粒粗化，但通過交叉軋制改善組織，可提高熱塑性。用于超低溫高壓容器，多以管材供應。45TC4(Ti-6Al-4V)：α+β型合金，國際上一種通用型鈦合金，其用量占鈦合金總消耗量50％左右。在航空工業上多用于做壓氣機葉片，盤和緊固件等；當間隙元素含量低時，具有良好的低溫性能，可制作在－196℃下使用的低溫容器。⑴合金成分特點：鋁：基本組元，用以保證合金在常溫及高溫下的性能。釩：賦予合金熱處理強化能力，可改善塑性；β同晶型元素，不存在共析反應，故組織穩定性較好，長期使用溫度可達350℃。TC4(Ti-6Al-4V)：α+β型合金，國際上一種通用型46鈦及鈦合金-ppt課件47Ti-Al系合金形成ω相的危險以及減輕鋁的偏析。TC4合金處于α+β相區，α＋β→β轉變溫度為996℃。在平衡條件下，β相約占7～l0％。⑵組織與性能特點TC4合金平衡組織為α+β，其形態為魏氏α+β和等軸α+β。熱加工后組織取決于變形溫度、變形量及隨后熱處理工藝。如在兩相區加工，變形量小于50％，不能將粗大組織破碎，只有增大變形量才能將原Ti-Al系合金形成ω相的危險以及減輕鋁的偏析。48β晶界、α和β條破碎；熱軋溫度提高，組織由等軸狀變為網籃狀和粗大魏氏組織，同時屈服強度略有下降，斷裂韌性明顯提高。950℃以下加熱，冷卻方式對性能的影響較小，合金具有較高的綜合性能；950℃以上加熱，合金強度隨冷卻速度增加而提高，但塑性、韌性下降，故TC4合金熱處理溫度不應越過950℃。⑶熱處理：退火和淬火時效普通退火：750～800℃×1～2h＋空冷，得到不完全再結晶組織，故又稱不完全退火。β晶界、α和β條破碎；熱軋溫度提高，組織由等軸狀變為網籃49再結晶退火：930～950℃加熱，以保證α相發生充分再結晶，隨爐冷至540℃以下空冷。淬火時效工藝：930～950℃＋水冷＋540℃×4～8h。⑷性能特點：TC4合金綜合性能良好，使用溫度范圍寬(400～-196℃)，合金組織和性能穩定，合金化簡單，工藝易掌握，適合大規模生產（棒料、鍛件和中厚板材）。再結晶退火：930～950℃加熱，以保證α相發生充分再結晶50當合金組織為細小等軸α+β組織，在800～925℃范圍內，以一定變形速率進行拉伸，合金呈現超塑性。據此可生產出精密的復雜鍛件和鈑金件，以減少工序，降低成本。性能不足：如冷變形性能差，難于軋制成薄板和薄壁管材；淬透性低(小于25mm)，限制了時效強化的應用。當合金組織為細小等軸α+β組織，在800～925℃范圍內，51TB5（Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al）高韌性合金，冷成型性能優異，薄板、帶材和箔材。固溶時效處理后其強度可超過TC4合金約50％，性能均勻。如在B1轟炸機上用它制作的零件達250個，用它取代強度較低的TA7和必須熱成型的TC4合金。合金的冷成型性能優良、各向異性較小，適于鈑金成型。TB5合金具有很好的超塑性，在680～900℃下拉伸，當變形速率ε=10－4～10－8s-1時，延伸率可達400～490％，應變速率敏感系數TB5（Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al）高韌性合金，冷52m=0.35～0.40，適于航空部門制造形狀復雜的零件和蜂窩結構。TB5合金的Tβ為760±5℃。加熱到800℃水冷或空冷，得到最低的屈強比和較高的塑性，固溶處理后的組織為單相β，這對于冷成型十分有利。固溶溫度過低(如700℃)或過高(如900℃)，因組織中存在較多的α相或β晶粒粗大，均會提高屈強比和降低塑性，對冷成型不利。TB6（Ti-10V-2Fe-3Al）近β型高強高韌合金，具有高淬透性和優良成型性,m=0.35～0.40，適于航空部門制造形狀復雜的零件和蜂窩53適用于做航空鍛件。σb≥1105MPa時，K1c≥60MPam-0.5。該合金已用于波音757客機和F-18戰斗機等，用該合金代替TC4合金可以減重20％，用它代替30CrMnSiA時，可減重40％。Tβ≈800～810℃，加熱到Tβ以上淬火，β相處于機械不穩定狀態，Ms點低于室溫，但形變誘發馬氏體轉變點Ms高于室溫，在淬火應力作用下，發生應力誘發馬氏體轉變，形成少量α″，并且發生β→ω轉變，故淬火得到α″+ω＋βm。兩相區加熱淬火，組織中還存在初生α相。該合適用于做航空鍛件。σb≥1105MPa時，K1c≥60M54合金淬火時效工藝為740℃×2h＋水淬＋520℃×8h＋空冷。在β區鍛造后直接進行時效(500℃×8h)可獲得更高的綜合性能：σb=1184MPa，δ5=14.6％，ψ=48.5％，K1c=101.8MPam-0.5；普通固溶時效后的性能：σb=1125MPa，δ5=12.3％，ψ=39.1％，K1c=68.8MPam-0.5.合金淬火時效工藝為740℃×2h＋水淬＋520℃×8h＋空冷55

TB6在α+β區軋制或β區軋制狀態下，具有優良超塑性，在750℃、變形速率1.7×10-4S-1時，延伸率可達650％。合金中β穩定化元素含量高，特別是含有β共析元素鐵，很容易形成鐵偏析。在富鐵區因β轉變溫度下降而形成一種不含α相或β相稀少的區域，即所謂β斑點。嚴重的β斑點會降低合金的塑性和低周疲勞性能。常規鍛造或近β鍛造對改善β斑點無效，因為α和β兩相存在時，鐵的擴散受到相界阻礙。β鍛造和鍛后水冷有利減輕β斑點，因為鍛后水冷儲存的畸變能有利于鐵的擴散。減少鐵偏析有效方法是使電極中鐵分TB6在α+β區軋制或β區軋制狀態下，具有優良超塑性，在756布均勻和控制二次熔煉電流大小，如用鐵粉代替V-Fe中間合金加入。可使Φ37mm鑄錠截面上鐵偏差小于0.08％。縱詢偏差僅為0.15％。高溫鈦合金：可在400℃以上長期工作的鈦合金。主要用于航空發動機的壓氣機盤和葉片等，用它代替部分鋼，可使發動機減重，提高推重比。高溫鈦合金主要性能指標：高溫強度、蠕變強度和高溫熱穩定性。后者是指合金在一定溫度下，對于應力或非應力狀態暴露后保持塑性和韌布均勻和控制二次熔煉電流大小，如用鐵粉代替V-Fe中間合57性的能力。通常用暴露前后斷面收縮率或斷裂韌性K1c的變化來衡量。高溫暴露后的室溫ψ大于未暴露時的60％，則為熱穩定，否則是不穩定。影響熱穩定性的主要因素有兩個。一個是高溫長期暴露過程中內部組織的變化，如出現有序相Ti3Al、剩余β相分解、硅化物的沉淀和聚集等；另一個是氧的滲入形成污染層，使合金變脆。而表面污染層比內部組織變化對熱穩定的影響更大。高溫鈦合金成分特點：組元多，合金元素有鋁、錫、鋯、鉬、硅、鈮、稀土等。硅對耐熱性有利作用是肯定的，硅和鉬共存時作用更顯著。性的能力。通常用暴露前后斷面收縮率或斷裂韌性K1c的變58鋁、錫、鋯固溶強化α相，可改善室溫和高溫性能。稀土能阻止β晶粒長大，細化晶粒，并提高熱穩定性和耐熱性。大多數高溫鈦合金成分為Ti-A1-Sn-Zr-Si系合金，我國還添加了稀土(Ce、Y、Nd、Gd)。高溫鈦合金組織特點：以α相為基體加上少量β相，即近α合金。它保留α合金耐熱性和熱穩定性高的優點，同時兼有α+β型合金強度高和塑性好的特點。為獲得最佳的蠕變性能，近α合金使鋁、錫、鋯固溶強化α相，可改善室溫和高溫性能。稀土能阻止β晶59用狀態最好是片狀組織，但室溫塑性和疲勞性能不如等軸組織好。如果加工工藝能保證得到細小β晶粒和細片尺寸的魏氏組織，就可以獲得滿意的綜合性能，如IMI685合金已采用了β加工和β熱處理，得到針狀組織，改善了耐熱性能。用狀態最好是片狀組織，但室溫塑性和疲勞性能不如等軸組織60鈦的應用鈦的應用61鈦及鈦合金-ppt課件62

民用飛機的上各種材料用量的變化趨勢：復合材料和鈦合金的用量不斷增多。波音民機機體上鈦合金和復合材料的用量（%）民用飛機的上各種材料用量的變化趨勢：復合材料和鈦合金的用量63鈦及鈦合金-ppt課件64鈦在航空航天工業的應用

在航空工業中，為減輕飛機重量，提高飛機的推重比以提高飛機的性能，自1949年鈦用于飛機構件以來，其用量與日俱增。例如，1947年美國設計的第一代B52轟炸機，用鈦量為660磅，占結構重量的0.8%，而1956年設計制造的B52轟炸機，則用了近2000磅鈦，超過結構重量的2%。時至今日，鈦在軍用飛機F15戰斗機上的用量已達結構重量的35%，在改進的新型戰斗機F22上，鈦的用量占33%。鈦在民用飛機上的用量也有明顯地增長，如在最新設計的波音777飛機上，鈦的用量達到結構重量的10%。鈦在航空航天工業的應用在航空工業中，為減輕飛機重量，提高飛65鈦在航空工業，作為結構材料主要用于飛機上的發動機和骨架。在發動機上，鈦合金用量以達25%左右，其中大部分用于風扇、壓氣機盤和葉片以及導管和機殼。在飛機骨架上，用鈦代替其它材料主要是鈦的密度小，強度高，能大量減輕重量。現在，民用飛機用鈦量約占構架重量的20~25%，其它還包括飛機的艙壁、防水設備和空調管，軍用飛機的整流裝置、龍骨和機身等。在航天工業中，鈦也得到廣泛應用。其中主要有戰略火箭發動機的部分零件，衛星天線等。鈦在航空工業，作為結構材料主要用于飛機上的發動機和骨架。在發66鈦在艦船方面的應用

海底資源勘探用鈦

根據國外最新公布的數據，在海洋中，除石油資源外，還蘊藏著黃金70億噸，白銀133億噸，鈾40億噸，這些極其寶貴的資源，正等待著人類用現代技術去探測和開發。目前，美、日、法等國家都已研制出各種先進的鈦深潛器、潛艇、海底實驗室裝置來進行海底資源調查研究。

1974年，美國用鈦合金制造了“Alvin”號深潛器耐壓殼體和浮力球，使深潛器下潛深度達3600米。

鈦在艦船方面的應用海底資源勘探用鈦

根據國外最新公布的671979年，美國又用相同的鈦材料制造了第二艘深潛器，他們還計劃用底氧級的鈦合金制造下潛深度為6100米的DSSV號調查深潛器。

日本在“深海2000”號調查船上選用了鈦合金的耐壓殼體。“深海6500”號的建造計劃已完成，其耐壓殼體仍將采用鈦合金。日本聲稱，“深海6500”號一旦下水，則日本近海所有大陸架都可以探測。

1979年，美國又用相同的鈦材料制造了第二艘深潛器，他們還計68法國建造了一艘6000m級的“SM97”號潛水調查船，其耐壓殼體也是用鈦合金制造的。1981年，法國還用鈦合金建造了一個直徑2.10米的半球形海底實驗室，用鈦量達5.5噸，價值100多萬法國法郎。該實驗室的工作深度為6000米。

中國也在1987年成功地研制出世界上第一套鈦制盔甲式常壓潛水器，用于近海資源開發及海軍軍事工程。

法國建造了一艘6000m級的“SM97”號潛水調查船，其耐壓69鈦在海軍裝備上的應用核動力潛艇：前蘇聯從1970年開始建造ALFA級核動力潛艇，至今已有四艘服役。該潛艇的耐壓殼體均用鈦合金制造，每艘潛艇用鈦量為3500噸，下潛深度為900米，水面航速16節，水下航速42節，潛艇尺寸為79.3×10×7.6m。水翼艇：水翼艇的殼體、水翼和支柱以及聯動機構和傳動臂使用了鈦合金。

艦艇螺旋漿：用鈦合金制造船用螺旋漿，解決了海水沖刷腐蝕和空泡腐蝕等問題，因此艦艇螺旋漿大量使用鈦合金制造。鈦在海軍裝備上的應用核動力潛艇：前蘇聯從1970年開始建造70鈦在民用船舶上的應用在民用船舶上，鈦金屬主要用來制造（主發動機透平）凝汽器、鈦板式換熱器、海水淡化裝置和管式天線等。

現在，美國、日本一些先進國家試用鈦板制造高級游艇的船體及其它部件，一些高級賽艇也大量采用鈦金屬制造。鈦在民用船舶上的應用在民用船舶上，鈦金屬主要用來制造（主發動71鈦在海洋石油開采中的應用

世界石油資源的極限儲量是10000億噸，可采量約3000億噸，其中海底儲量約1300億噸。因此許多國家都在加緊研制海上石油開采設備。目前，美國在這一海域的鉆井平臺上大約使用了100多臺鈦換熱器。

海上采油平臺上的石油提升管路系統，也大量采用鈦合金制造。還有鈦泵、鈦閥、鈦緊固件也大量采用。海上石油勘探測井儀器外殼也已大量使用了鈦合金，測井深度超過6000米。鈦在海洋石油開采中的應用世界石油資源的極限儲量是1000072鈦在海洋工程中的其它應用

海洋化工生產裝置：如利用海水制取氯化鎂，用鈦合金制造加熱室等裝置;

海水養殖業：例如，沿海人工養殖石斑魚，用鈦制造養殖網箱，帶來極好的效益。日本人用海水養殖獅魚、比目魚、鰻魚等，采用大量鈦金屬網，并用鈦管熱交換器維持一定的海水溫度。

此外，鈦金屬還可以用來做海中航標架、海濱浴場安全浮標、海上運動賽艇、沖浪板、海底電纜、海底挖掘機等。

鈦在海洋工程中的其它應用海洋化工生產裝置：如利用海水制取氯73鈦在軍工方面的應用

鈦在軍事工業方面用途很廣。目前已應用和試驗應用的有：迫擊炮身管，反坦克導彈，導彈發射器，坦克防護板，防彈背心等方面。鈦在軍工方面的應用鈦在軍事工業方面用途很廣。目前已應用和試74鈦及鈦合金在醫學上的應用

在人體內使用金屬制品已有400余年歷史，最早是英國菲托尼烏斯(Fetronnius)用金板等純金屬修補顱骨及鑲牙用，其后用銀、銅以及價值便宜的鐵片、鐵絲等金屬固定骨折及穩定關節，直到l9世紀30年代才開始應用鑄態Co—Cr—Mo合金，到了第二次世界大戰期間采用AISI316不銹鋼。隨著醫學的發展，一些塑料制品、合成織物也被采用，但都具有一定的缺點，例如耐磨性和抗腐蝕性能差。隨著冶金工業的發展，美國、英國、日本鈦及鈦合金在醫