鈦合金指的是多種用鈦與其他金屬制成的合金金屬。鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高。20世紀(jì)50～60年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)用的高溫鈦合金和機(jī)體用的結(jié)構(gòu)鈦合金。

　　鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質(zhì)異晶體：882℃以下為密排六方結(jié)構(gòu)α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦。

　　牌號(hào)：TC1

　　TC1合金是一種低強(qiáng)度、高塑性近 α 型鈦合金，該合金具有良好的工藝塑性、焊接性能和熱穩(wěn)定性，在航空和航天工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。該合金長時(shí)間工作溫度可達(dá)350℃。

　　主要半成品是板材、帶材、棒材、管材、鍛件、型材和絲材等。

　　牌號(hào):TC2

　　TC2合金是一種具有中等強(qiáng)度和較好塑性的近 α 型鈦合金，這種合金不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，只在退火狀態(tài)下使用。TC2合金具有較滿意的工藝塑性、焊接性和熱穩(wěn)定性，長期工作溫度可達(dá)350℃，短時(shí)使用溫度為750℃。

　　TC2合金的半成品有板材、帶材、棒材、管材、鍛件和模鍛件等。該合金適合于制造板材沖壓與焊接的零件等。

　　牌號(hào)：TC3

　　沖壓性差 , 熱塑性良好?？蛇M(jìn)行各種形式的焊接 , 焊接接頭強(qiáng)度可達(dá)基體金屬強(qiáng)度 90%。機(jī)械加工性能尚好 , 需要用硬質(zhì)合金 , 大走刀量、慢速 , 充分冷卻。耐蝕性能良好 , 熱穩(wěn)定性好。應(yīng)用最廣的鈦合金之一做 400℃以下長期工作的零件。

　　牌號(hào)：TC4

　　屬于熱處理強(qiáng)化的鈦合金，它具有較好的焊接性薄板成型性和鍛造性能。具有較好的焊接性薄板成型性和鍛造性能。用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)葉片，葉輪等。其他如起落架輪和結(jié)構(gòu)件，緊固件，支架，飛機(jī)附件，框架、桁條結(jié)構(gòu)、管道，在航空航天、石油化工、造船、汽車，模具、醫(yī)藥等部門都得到成功的應(yīng)用。

　　牌號(hào)：TC5

　　在 350以下穩(wěn)定 , 在更高的溫度下塑性下降。在熱狀態(tài)下可進(jìn)行鍛造、沖壓等變形在 350℃以下工作的零件 。

　　牌號(hào)：TC6

　　屬馬氏體+型鈦合金，可在450℃下長期工作，具有良好的熱強(qiáng)性能，兼具優(yōu)良的熱加工性能。適于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤和葉片以及飛機(jī)的高推、接頭等承力件。

　　牌號(hào)：TC8

　　牌號(hào)：TC9

　　熱塑性尚好。機(jī)加工性與 T 合金相同?？刮g性高。熱穩(wěn)定性尚好 400℃以下長期工作的零件。可制造壓氣機(jī)盤和葉片。

　　牌號(hào)： TC10

　　沖壓性差 , 熱塑性良好?？蛇M(jìn)行各種形式的焊接 , 焊接接頭強(qiáng)度可達(dá)基體金屬強(qiáng)度 90%。機(jī)械加工性能與 T 合金相同。耐蝕性能好。熱穩(wěn)定性較好 , 熱處理效果顯著 , 淬透性好 做 450℃以下長期工作的零件。

　　牌號(hào)： TC11

　　是一種綜合力學(xué)性能優(yōu)異的α＋β型高溫鈦合金，具有良好的室溫／高溫強(qiáng)度、韌性、抗蠕變性、熱穩(wěn)定性等性能，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、運(yùn)載火箭等航空航天飛行器上。在５００℃以下有優(yōu)異的熱強(qiáng)性能，并且具有較高室溫強(qiáng)度，主要用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)盤、葉 片、鼓筒等零件.

　　牌號(hào)：TC12

　　具有強(qiáng)度高而密度又小，機(jī)械性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還有抗磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。 鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。

　　牌號(hào)：TC15

　　牌號(hào)：TC16

　　屬馬氏體+型鈦合金，準(zhǔn)高強(qiáng)鈦合金，固溶時(shí)效后強(qiáng)度可達(dá)1030+MPa以上，且應(yīng)力集中敏感性小，適于制造緊固件。

　　牌號(hào)：TC17

　　屬富穩(wěn)定元素的+型高強(qiáng)鈦合金。具有高強(qiáng)、斷裂韌性好、淬透性高和鍛造溫度寬等優(yōu)點(diǎn)。適于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇和壓氣機(jī)等大截面鍛件，并能在490℃下長期工作。

　　牌號(hào)：TC18

　　退火狀態(tài)有高的強(qiáng)度，淬火狀態(tài)有高的淬透性(250mm)，適宜制造承力構(gòu)件和起落架零件。

　　牌號(hào)：TC19

　　適合于中等溫度、高強(qiáng)度的發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤、風(fēng)扇盤和葉片等重要構(gòu)件。

　　牌號(hào)：牌號(hào)：TC20

　　本合金用無毒元素Nb取代TC4合金中的有毒元素V。其主要力學(xué)性能與TC4相當(dāng)。是一種外科植人物醫(yī)用鈦合金，迄今用量已超過200+，目前在國內(nèi)已有臨床應(yīng)用。

　　牌號(hào)：TC21

　　TC21鈦合金是由西北有色金屬研究院研制的一種新型高強(qiáng)、高韌、高損失容限鈦合金，具有良好的強(qiáng)度、塑性、斷裂韌性和較低的裂紋擴(kuò)展速率。

　　可用于航空飛機(jī)的機(jī)翼接頭結(jié)構(gòu)件、機(jī)身與起落架連接框、吊掛發(fā)動(dòng)機(jī)接頭等部位,以及對(duì)強(qiáng)度及耐久性要求高的重要或關(guān)鍵承力部件的制作。

　　牌號(hào)：TC22

　　牌號(hào)：TC23

　　牌號(hào)：TC24

　　牌號(hào)：TC25

　　牌號(hào)：TC26

　　牌號(hào)：TA1、TA2、TA3

　　沖壓性能優(yōu)良?？蛇M(jìn)行各種形式的焊接 , 焊接性能良好 , 焊接接頭可達(dá)基體屬強(qiáng)度的 90%。易于鋸和砂輪切割 , 機(jī)械加工性能良好。耐蝕性能優(yōu)良用于 350℃以下、受力小的零件及沖壓成各種復(fù)雜形狀的零件。如火電站凝汽器；船用海水腐蝕的管道系統(tǒng)、閥門、泵；化工熱交換器、泵體、蒸餾塔；海水淡化系統(tǒng)、鍍鉑陽極；飛機(jī)的骨架、蒙皮、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、橫梁等。

　　牌號(hào)：TA6

　　鍛造時(shí)抗裂紋的能力較好，成型性尚可，焊接性良好，熱處理不能強(qiáng)化。用于傳動(dòng)齒輪箱外殼，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)外殼裝置及導(dǎo)向葉片罩，管道結(jié)構(gòu)等。主要用于制造壓氣機(jī)部件，如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤和葉片、鑄鈦壓氣機(jī)機(jī)匣、中介機(jī)匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強(qiáng)度，耐腐蝕和耐低溫性能來制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構(gòu)架和火箭殼體。 人造地球衛(wèi)星 、登月艙、載人飛船和航天飛機(jī) 也都使用鈦合金板材焊接件。

　　牌號(hào)：TA7

　　沖壓性能差 , 熱塑性尚好?？蛇M(jìn)行各種形式的焊接 , 性能良好 , 焊接接頭強(qiáng)度和塑性可與基體金屬相等。機(jī)械加工性能與工業(yè)純鈦相同。耐蝕性良好 , 高溫?zé)岱€(wěn)定性良好做 500℃以下長期工作的結(jié)構(gòu)件, 可做各種模鍛件。

　　牌號(hào)：TA8

　　熱塑性良好?？蛇M(jìn)行各種形式焊接 , 焊接性良好。機(jī)加工性與工業(yè)純鈦相同?？寡趸粤己?500℃以下長期工作零件?？梢灾圃彀l(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤和葉片。

　　牌號(hào)：TA9

　　少量鈀的加入改善了在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性，特別是抗縫隙腐蝕能力，可在化工和防腐工程中應(yīng)用。

　　牌號(hào)：TA10

　　耐蝕性能顯著優(yōu)于純鈦而接近TA9。

　　牌號(hào)：TA11

　　屬于近型鈦合金，具有較高彈性模量和較低的密度。TA11+溫強(qiáng)度與+TC4相當(dāng)，但高溫性能高于TC4。適于制造發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤、葉片和機(jī)匣等零件。

　　牌號(hào)：TA12

　　屬近型熱強(qiáng)鈦合金，可在550℃下長期工作，具有良好的工藝塑性，藝塑性，適于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣盤、鼓筒和葉片等零件。

　　牌號(hào)：TA16

　　低強(qiáng)度、高塑性、耐腐蝕性能和焊接性能好的管材合金。

　　牌號(hào)：TA18

　　屬近型鈦合金，主要用于可冷加工管材，其焊接性能和冷成形優(yōu)于TC4合金。4合金。該合金無縫管用于承壓的航空液壓和燃油等管路系統(tǒng)。

　　牌號(hào)：TA19

　　可在500℃下長期工作的近型鈦合金，高溫強(qiáng)度和蠕變性能優(yōu)于TA11合金。適于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)匣和飛機(jī)蒙皮等。

　　牌號(hào)：TA21

　　低強(qiáng)度、高塑性，耐腐蝕性能和焊接性能好，主要用作管材TA21+和鈑金零件。

　　牌號(hào)：TB2

　　在固溶狀態(tài)有優(yōu)良的冷成形性能和焊接性能。在固溶時(shí)效態(tài)有高強(qiáng)度和良好塑性匹配。適于作星箭連接帶和航空航天用緊固件。

　　牌號(hào)：TB3

　　在固溶態(tài)有優(yōu)異冷成形性能，在固溶時(shí)，強(qiáng)韌性匹配良好。適于作航空航天緊固件和彈性元件

　　牌號(hào)：TB5

　　也可在700℃以上超塑成形，焊接性能優(yōu)良。適于制造航空航天鈑金件和緊固件。

　　牌號(hào)：TB6

　　屬于高強(qiáng)高韌型鈦合金，可用于等溫鍛造。可用于飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼和起落架結(jié)構(gòu)中，若取代同等強(qiáng)度的高強(qiáng)鋼，可減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量約40%。

　　牌號(hào)：TB7

　　優(yōu)異的耐蝕性能，用于鑄造化工機(jī)械的泵、閥等零件。

　　牌號(hào)：TB8

　　良好的抗氧化、耐腐蝕、高強(qiáng)合金。用于制造中等復(fù)雜程度的冷成形鈑金零件和高強(qiáng)、抗氧化的承力構(gòu)件。鈦箔為復(fù)合材料的基體。

　　牌號(hào)：TB9

　　高強(qiáng)、耐腐蝕，可制作緊固件、彈簧、扭力棒，油、氣、地?zé)峋木芎蜌んw，鈦箔為復(fù)合材料的基體。

　　牌號(hào)：TB10

　　比強(qiáng)度高，斷裂韌性好，淬透性高，熱加工性能和切削性能優(yōu)良。已用于石化承壓構(gòu)件及航空航天高強(qiáng)構(gòu)件。

　　鈦的基本信息

　　1791年被Pfarrer Gregor 在Manaccan, Cornwall 發(fā)現(xiàn)。

　　二戰(zhàn)后在技術(shù)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用

　　地殼中第四豐富的金屬

　　以金紅石(Rutil)、鈦鐵礦(Ilmenit)、銳鈦礦(Anatas)等形式出現(xiàn)

　　密度4.5g/cm^3

　　晶格形式：室溫下為六方最密堆積(hexagonal) 大于1155K時(shí)為體心立方堆積(kubisch raumzentriert)

　　溶點(diǎn) 大約1950K

　　Titan + Ni 記憶金屬

　　Titan + Nb 超導(dǎo)材料

　　Titan + Fe/Al/Nb 生物材料(Biomaterial)

　　Titan + Pd Ni+Mo 防銹材料

　　優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：低密度和高強(qiáng)度Niedrige Dichte(4.5g/cm^3) bei hoher Festigkeit(1100Mpa)

　　缺點(diǎn)：高價(jià)格（能耗極高，冶煉一噸鈦的能量消耗是同樣的鋁的1.7倍，機(jī)加工也十分耗能），低抗氧化性(Oxidationgsbest?ndigkeit)

　　此外鈦還具有低的導(dǎo)熱導(dǎo)電性。

　　鈦的生產(chǎn)制備過程Krollprozess

　　金紅石(Rutil) 和鈦鐵礦(Ilmenit) 在氯氣中被氧化成四氯化鈦，再通過純鎂在惰性氣體中的去氯過程生成氯化鎂和鈦單質(zhì)，這一過程稱為Kroll過程（如圖1）。此時(shí)為海綿鈦（如圖2）。

　　然后在電弧爐(Lichtbogenofen) 中熔化成塊。再在真空(Vakuum)中多次重熔(Umschmelzen) 實(shí)現(xiàn)均質(zhì)化(Homogenisierung) 和降低氣體含量(Erniedrigung des Gasgehaltes)。

　　為什么鈦的生產(chǎn)特別的耗能？

　　高溫下鈦非?；顫?sehr unedle)，容易與氧發(fā)生反應(yīng)，因此采用氯氣生成TiCl4，并用Mg進(jìn)行還原。這一過程遠(yuǎn)比冶煉鋼鐵時(shí)耗費(fèi)能量。

　　在將海綿鈦通過高壓預(yù)壓緊(vorverdichten)后，還需要通過對(duì)鈦電極(Titanelektrode)的重熔來進(jìn)行精煉(Raffination)，這一過程消耗大量的電能。

　　由于鈦具有很高的強(qiáng)度，因此在機(jī)械加工(mechanische Verarbeitung) 過程中也需要更多的能量。

　　鈦的微觀結(jié)構(gòu)

　　鈦的兩種晶格形式， Alpha-Phase 和 Beta-Phase。Alpha-Phase是六方最密堆積(hexagonal), Beta- Phase是體心立方堆積(kubisch-raumzentriert)

　　TiAl6V4的熱處理

　　溫度：955攝氏度

　　持續(xù)時(shí)間：10min

　　冷卻介質(zhì)：H2O

　　保持溫度：600攝氏度

　　持續(xù)時(shí)間：4h

　　目的是生成 Alpha和Beta的混合相。

　　如圖4所示。

　　氧氣含量對(duì)TiAl6V4性能的影響

　　如圖5所示，相同溫度下隨著氧氣含量升高，更容易到達(dá)Alpha相，Alpha相為六方最密堆積(hexagonal)具有更高的硬度和強(qiáng)度。Alpha相本身就很“結(jié)實(shí)”和硬了，隨著氧氣含量的上升，合金表層溶解了更多的氧原子和氮原子，A%最大伸長量(Bruchdehnung )下降，HV10硬度(H?rte)上升，Rp0.2屈服點(diǎn)(Dehngrenze)上升，也就是說，TiAl6V4變得更硬更脆了，如圖6所示。原因是Alpha-Phase的表層溶解了更多的氧原子和氮原子，它們進(jìn)一步強(qiáng)化了合金表層的強(qiáng)度和硬度（個(gè)人理解，這個(gè)地方的目的是更像人體的骨骼，骨頭外層就有一層堅(jiān)硬的致密骨）。

　　那既然這樣說，既然具有更高的強(qiáng)度，我們豈不是全生成Alpha相就更好了嗎？

　　這個(gè)觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，因?yàn)锳lpha相隨然具有更高的硬度和強(qiáng)度，但是同時(shí)它的疲勞強(qiáng)度(Festigkeit)也更差，因此壽命更短，因此我們既需要Alpha相的相對(duì)較高的強(qiáng)度，也需要Beta相的相對(duì)好的壽命，所以我們采用Alpha相和Beta相的組合。

　　SPF/DB (Superplastic Forming and Diffusion Bonding)超塑性成形與擴(kuò)散接合

　　由于鈦的機(jī)械加工成本高，凈成形工藝發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力特別大。鑄造、超塑性成形和粉末冶金就是這樣的工藝。

　　超塑性成形和擴(kuò)散結(jié)合工藝如圖7所示，實(shí)心箭頭表示為熱空氣(Hei?gas) ，通過熱空氣加壓力，使鈦合金板嵌入模具中，最終形成鈑金(Blech)。

　　因?yàn)殁伒纳锵嗳菪?Biokompatibilit?t)好，因此一些器械采用鈦合金外殼，所以采用這種方式進(jìn)行加工。

　　鈦合金的發(fā)展

　　由于TiAl6V4中的金屬釩(Vanadium)具有細(xì)胞毒性(Zytotoxisch) ，因此我們嘗試發(fā)展新的合金，來提升生物相容性并減少毒性。

　　從TiAl6V4第一代鈦合金發(fā)展到第四代的TiNb-Basislegierungen，漸漸從合金中剔除了V,Al,Mo 元素。

　　鈦合金為什么比別的金屬貴？這里為您給出答案。

　　鈦合金是以鈦為基添加其他元素構(gòu)成的合金。鈦元素

　　鈦有兩種同質(zhì)異晶體：882℃以下為密排六方構(gòu)造α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦。合金元素按照它們對(duì)相變溫度的影響可分為三類①穩(wěn)定α相、增強(qiáng)相改變溫度的元素為α穩(wěn)定元素,有鋁、碳、氧和氮等。其鋁是鈦合金首要合金元素，它對(duì)增加合金的常溫與高溫強(qiáng)度、降低比重、增強(qiáng)彈性模量有明顯成效。②穩(wěn)定β相、降低相變溫度的元素為β穩(wěn)定元素，又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等；后者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。③對(duì)相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯、錫等。鈦錠

　　氮、碳和氫是鈦合金的首要雜質(zhì)。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對(duì)鈦合金有明顯強(qiáng)化成效,但卻使塑性減弱。一般規(guī)定鈦中氧和氮的含量分手在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過多的氫會(huì)有氫化物，使合金變脆。一般鈦合金中氫含量控制在 0.015％以下。氫在鈦中是可逆的，可以利用真空退火除去。