任务3　钛合金

钛及钛合金具有质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀及良好的低温韧性等优点。由于钛及钛合金资源丰富，所以它们有着广泛的应用前景。钛及钛合金的加工条件复杂，成本较高，在很大程度上影响了它的应用。

一、工业纯钛

钛的密度小（4．5g／cm³），熔点高（1 668℃），热膨胀系数小，热导性差，塑性很好（δ＝40%，ψ＝60%），强度、硬度低（σ_b＝290MPa，100HBS）。钛与氧、氮形成致密的保护膜，因此，在大气、高温气体及许多腐蚀性介质中具有良好的耐腐蚀性。钛的成形性、焊接性和切削加工性良好，可制成细丝和薄片。钛具有同素异晶转变，在882．5℃以下为密排六方晶格的α－Ti，882．5℃以上为体心立方晶格的β－Ti。

工业纯钛中含有氧、氮、铁、氢、碳等杂质，少量杂质可使强度、硬度增加，而塑性、韧性下降。

工业纯钛的牌号用TA（“T”为“钛”的汉语拼音字首）及数字表示，数字越大，纯度越低，其牌号有TA1、TA2、TA3三种。工业纯钛只能去应力退火和再结晶退火处理，常应用于350℃以下、强度要求不高的零件和冲压件中。

二、钛合金

合金元素溶入α－Ti中形成α固溶体，合金元素溶入β－Ti中形成β固溶体。因此，可将钛合金分为α钛合金、β钛合金、（α＋β）钛合金三类，其牌号分别以TA、TB、TC加数字（序号）表示。

1．α钛合金

钛中加入铝可使合金的铜素异晶转变温度提高，在室温和工作温度下获得单相α组织，故称为α钛合金。α钛合金具有良好的热稳定性、热强性和焊接性，但室温强度比其他钛合金低，塑性变形能力也较差，且不能热处理强化，主要是固溶强化，通常在退火状态下使用。

α钛合金的牌号有TA4、TA5、TA6、TA7、TA8等。TA7是典型牌号，可制作在500℃以下工作的零件，如导弹燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣、发动机压气机盘和叶片等。

2．β钛合金

钛中加入钼、铌、钒等稳定β相的合金元素，可获得稳定的β相组织，故称为β钛合金。β钛合金淬火后具有良好塑性，可进行冷变形加工。经淬火时效后，使合金强度提高，焊接性好，但热稳定性差，其牌号有TB1、TB2，适于制作在350℃以下使用的重载荷回转件（如压气机叶片、轮盘等）及飞机构件等。

3．（α＋β）钛合金

钛中主要加入铁、锰、钼、铬、钒等稳定β相的合金元素以及少量稳定α相的合金元素铝，在室温下获得（α＋β）的两相组织，故称为（α＋β）钛合金。这种钛合金的塑性好，易于锻压，经淬火时效强化后，强度可提高50%～100%，但热稳定性差，焊接性不如α钛合金。（α＋β）钛合金的牌号有TC1、TC2、……、TC10，其中TC4是典型牌号，经淬火和时效处理后，强度高、塑性好，在400℃时组织稳定，蠕变强度较高，低温时韧性好，并有良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀的能力，适合制造在400℃以下长期工作的零件，要求有一定高温强度的发动机零件，以及在低温下使用火箭、导弹的液氢燃料箱部件等。

除上述常用的钛合金外，还有钛镍合金（称为形状记忆金属），预先将钛镍合金加工成一定形状，以后无论如何改变其形状，只要在300～1 000℃温度中进行几分钟至半小时的加热，它仍然会恢复到加工时的形状。利用这些特征可制作温度控制装置、集成电路导线、汽车零件及卫星天线等。