α型钛合金

α型钛合金中又分为全α合金及近α合金;工业纯钛属于α合金，此外一般α合金含有6%左右的Al和少量中性元素，退火后几乎全部是α相，典型合金包括TA1~TA7合金等；近α合金中除含有从和少量中性元素外，还有少量（不超过4%）的α稳定元素，如TA16、TA17合金等。

1 工业纯钛

按照国家标准GB/T3602.1-2007的规定，工业纯钛按杂质元素含量分为TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2等9个牌号，相变点900℃。工业纯钛主要应用于要求高塑性、适当的强度、良好的耐蚀性以及可焊性的场合。它们的冷热加工性能好、可生产各种规格的板材、棒材、型材、带材、管材和箔材。一般在退火状态交货使用。国家标准GB/T3621-2007所规定的纯钛板材的力学性能如表1-1所示。TA1、TA2 和TA3的显微组如图1-1~图1-5所示。

表1-1 纯钛板材力学性能（GB/T3621-2007）

图1-1 TA1板材650℃/1h退火态组织：等轴α+少量晶间β（暗）

图1-2 TA3板材800℃/1h退火态组织：等轴α+含有针状α的转变β

图1-3 TA2 大规格棒材600℃/1h退火态组织：等轴α

图1-4 TA2 精锻棒材600℃/1h退火态组织：等轴α

图1-5 TA3板材450℃/1h退火不完全再结晶组织：少量等轴α+拉长条状α

2 TA16钛合金

TA16合金的名义成分为Ti-2Al-2.5Zr（俄罗斯牌号nT-7M），是前苏联研制的一种近α型钛合金，相变点940℃。该合金冷加工工艺及焊接性能良好，在舰船动力系统及航空管路系统广泛应用。表1-2列出了TA16合金丝材退火状态下的力学性能。TA16合金显微组织如图1-6~图1-14所示。

表1-2 TA16合金Φ4mm丝材经700℃/1h退火后的拉伸性能

图1-6~图1-11为TA16合金经热拉拔加工直径为4mm的丝材，经不同温度退火后的金相组织及不同变形量的加工态组织，图1-12~图1-14为TA16合金板材经过加氢处理后的微观组织。

图1-6 TA16合金丝材加工态组织α相被拉长

图1-7 TA16合金丝材700℃，1h退火α等轴组织及少量晶间β（暗）

图1-8 TA16合金丝材900℃，1h退火α等轴组织及少量晶间β（暗）

图1-9 TA16合金丝材加工变形组织（600℃，总应变5%），α相被拉长

图1-10 TA16合金丝材加工变形组织（600℃，总应变30%），α相被拉长

图1-11 TA16合金丝材加工变形组织（800℃，总应变30%），具有动态回复的特性

图1-12 TA16合金板材经600℃加氢处理，氢含量570×10-6，黑色点状物为TiH，样品经拉伸过程产生脆性裂纹

图1-13 TA16合金板材经600℃加氢处理，氢含量990×10-6，黑色点状物为TiH，样品经拉伸过程产生脆性裂纹

图1-14 TA16合金板材焊缝处经600℃加氢处理，氢含量990×10-6，黑色点状物为TiH，样品经拉伸过程产生脆性裂纹

3 TA7钛合金

合金特性及应用简介：TA7合金的名义成分为Ti5Al2.5Sn，相变点1040~1090℃，TA7ELI合金相变点1010℃。在退火状态下具有中等强度和足够的塑性，焊接性能良好。低间隙元素含量的TA7ELI合金，在超低温(-253℃)条件下仍具有良好的韧性和综合性能，是优良的超低温用钛合金，表1-3给出了其室温力学性能，TA7合金常见微观组织如图1-15~图1-18所示。

表1-3 TA7合金室温力学性能

图1-15 TA7合金两相区加工后的退火组织，白色拉长的组织为初生α相

图1-16 TA7合金α相区加工后的退火组织，白色α片具有弯曲变形的特征

图1-17 TA7合金β相区（1170℃/30’空冷）固溶处理，晶间β+全片层β转变组织

图1-18 TA7合金α相区1170℃/30’水淬处理，快冷形成的马氏体

4 Ti811钛合金

Ti811合金是美国20世纪50年代研制的钛合金，可在450℃条件下长期使用。其名义成分是Ti8Al1Mo1V（中国牌号为TA11）。其相变点1040℃。该合金适于作为航空发动机压气机叶片材料，TA11合金的力学性能如表1-4所示，TA11合金常见的微观组织如图1-19~图1-30所示。

表1-4 TA11合金力学性能

图1-19 Ti811合金经两相区加工并退火后形成的等轴组织：等轴α（白色）+少量晶间β（暗色）

图1-20 Ti811合金在两相区加工并1000℃退火形成的双态组织：在转变的β基体（暗色）上含有细针状α，及等轴初生α晶粒（亮）

图1-21 Ti811合金终锻温度在相变点以上形成的网篮组织：针状α和β基体所构成的全β转变组织

图1-22 Ti811合金板材经760℃/8h炉冷+790℃/20’空冷处理，α基体上分布着少量晶间β（暗色）

图1-23 Ti811合金经1010℃/1h油淬+590℃/20’空冷处理所形成的双态组织

图1-24 Ti811合金经1010℃/1h油淬+590℃/20’空冷处理所形成的双态组织

图1-25 Ti811合金经1100℃/1h空冷处理所形成的针状完全β转变组织

图1-26 Ti811合金棒经两相区精锻加工态组织：拉长的条状α组织

图1-27 Ti811合金棒经910℃/1h空冷+580℃/16h空冷处理形成的等轴组织

图1-28 Ti811合金棒980℃/1h空冷+580℃/8h空冷：等轴α及少量β转变组织

图1-29 Ti811合金棒1010℃/1h空冷+580℃/8h空冷：等轴α及少量β转变组织

图1-30 Ti811合金板材加热至1010℃，表面白色α层是由于氧渗入而形成氧稳定的α层，其余为全片层β转变组织

5 Ti600高温钛合金

Ti-600合金（Ti-Al-Mo-Sn-Zr-Si-Y系，相变点1010℃）是西北有色金属研究院研制的一种新型近α高温钛合金，该合金是在美国Ti1100合金的基础上，通过添加少量稀土元素改进而成，具有较好的综合性能，尤其是蠕变性能非常优异，可在600~650℃下长期使用。Ti600合金典型性能见表1-5~表1-8，Ti600合金常见微观组织如图1-31~图1-42所示。

更多内容请查阅:  钛及钛合金金相图谱