钛合金相变及热处理

第1章 钛及钛合金的特点、分类及锻造加工

1.1 钛及钛合金的发展概况

1.2 钛及钛合金的特点

1.3 钛合金的分类

1.3.1 钛的合金元素

1.3.2 钛合金的分类

1.4 钛合金的显微组织

1.5 钛合金的锻造工艺

1.5.1 钛合金的锻造特性

1.5.2 钛合金的锻造方法

1.5.3 α β锻造工艺

1.5.4 β锻造工艺

1.5.5 近β锻造工艺

1.5.6 准β锻造工艺

参考文献

第2章 钛合金研究的发展现状及趋势

2.1 概述

2.2 新型钛合金的研究进展

2.2.1 宇航用钛合金

2.2.2 船用钛合金

2.2.3 生物医用钛合金

2.2.4 低成本钛合金

2.2.5 其他合金

2.3 国内外钛合金研制的差距

2.4 钛合金发展趋势

参考文献

第3章 钛及钛合金的应用

3.1 概述

3.2 宇航应用

3.3 化工、汽车及能源等工业上的应用

3.4 日常生活领域中的应用

3.4.1 体育器械

3.4.2 医疗器械与人工器官

3.4.3 照相器材

3.4.4 建筑用钛

3.4.5 其他日常生活用途

3.5 粉末冶金钛合金的民用

3.5.1 汽车工业应用

3.5.2 生物医疗应用

3.5.3 储氢应用

3.5.4 其他应用

参考文献

第4章 钛合金相变研究方法

4.1 概述

4.2 物相类型分析

4.2.1 物相种类分析原理

4.2.2 X射线衍射分析

4.2.3 电子衍射分析

4.3 微观组织分析

4.3.1 光学电子显微镜

4.3.2 扫描电子显微镜

4.3.3 透射电子显微镜

4.4 相变过程的分析方法

4.4.1 热分析法

4.4.2 电阻分析法

4.5 小结

参考文献

第5章 钛合金的相变

5.1 概述

5.2 钛与钛合金的同素异晶转变

5.3 B钛合金热处理过程中的相变

5.3.1 马氏体相变

5.3.2 (1)相变

5.3.3 B相的分离

5.3.4 仅相的形成

5.3.5 马氏体相的分解

5.3.6 共析分解

5.3.7 仅相的分解

5.3.8 界面相的形成

5.4 小结

参考文献

第6章 热处理对钛合金组织和强韧性的影响

6.1 概述

6.1.1 钛合金的热处理特点

6.1.2 钛合金的热处理类型

6.2 钛合金的显微组织特征

6.2.1 片层组织

6.2.2 网篮组织

6.2.3 双态组织

6.2.4 等轴组织

6.3 热处理工艺对钛合金显微组织演化的影响

6.3.1 固溶温度对TC2l合金显微组织的影响

6.3.2 固溶时间对TC21合金显微组织的影响

6.3.3 冷却方式对TC21合金显微组织的影响

6.3.4 时效温度对TC21合金组织的影响

6.3.5 时效时间对TC21合金组织的影响

6.3.6 热处理对典型钛合金显微组织的影响

6.4 显微组织对钛合金强韧性的影响

6.4.1 LM和BM组织对钛合金拉伸变形行为的影响

6.4.2 LM和BM组织对钛合金低周疲劳(10wcyclefatigue，LCF)行为的影响

6.4.3 α2相对钛合金LCF行为的影响

6.4.4 α相时效析出行为对钛合金拉伸性能的影响

6.4.5 针状α相对钛合金韧性的作用

6.5 小结

参考文献

第7章 钛合金置氢处理组织与性能间的关系

7.1 概述

7.2 钛合金中氢的特性

7.2.1 氢在钛中的存在形式

7.2.2 氢在钛中的溶解

7.2.3 氢在钛中的扩散

7.2.4 钛氢微观作用机理

7.3 置氢处理对钛合金组织和相结构的影响

7.3.1 置氢处理对α型Ti600合金组织和相结构的影响

7.3.2 置氢处理对(α β)型TC21合金组织和相结构的影响

7.3.3 置氢处理对β型Ti40合金组织和相结构的影响

7.4 置氢处理对钛合金性能的影响

7.4.1 置氢处理对钛合金室温性能的影响

7.4.2 置氢处理对钛合金高温性能的影响

7.4.3 置氢处理对钛合金超塑性能的影响

7.5 钛合金置氢处理技术的应用前景

7.6 小结

参考文献

第8章 钛合金半固态热处理及半固态加工技术

8.1 概述

8.2 半固态热处理对微观组织的影响

8.2.1 半固态温度对钛合金组织的影响

8.2.2 半固态保温时间对钛合金组织的影响

8.2.3 半固态冷却方式对钛合金组织的影响

8.3 钛合金半固态热模拟压缩变形行为

8.3.1 不同半固态变形温度下Til4合金的应力应变关系及微观组织演变

8.3.2 不同应变速率下Til4合金的应力应变关系及微观组织演变

8.3.3 不同变形量合金的应力应变关系及微观组织演变

8.4 钛合金半固态锻造

8.4.1 Til4合金半固态可锻性

8.4.2 Til4合金半固态锻造中的微观组织演变特征

8.4.3 锻件力学性能评价

8.5 小结

参考文献

内容覆盖了钛合金的特性、加工技术、应用、相变理论、热处理技术、微观组织变化、力学性能研究、超塑成形、半固态加工及锻造等，并对相应的科学问题进行了论述。 《钛合金相变及热处理(精)》的特点是各个章节由来自不同研究机构和院校的专家撰写。书中附有大量的图表，数据翔实，对钛合金材料的研究具有较强的理论指导意义和很高的参考价值。可供从事钛合金研究、设计、开发、生产、应用的科技人员和工程技术人员参考。

钛合金在武器装备、航空航天领域和国防工业采用的工程材料中占有极为重要的地位，在化工工业、日常生活领域等方面也有其独特的应用。本书系统地介绍了钛及钛合金的冶炼、生产、制造、加工热处理技术，钛合金新材料及其性能，以及钛合金在航空航天、化工工业、日常生活领域等方面的实际应用，并对我国钛工业，钛合金新材料、新工艺的发展前景进行了评述。

常用的热处理方法有退火、固溶和时效处理。退火是为了消除内应力、提高塑性和组织稳定性，以获得较好的综合性能。通常α合金和（α β）合金退火温度选在（α β）─→β相转变点以下120～200℃；固溶和时效处理是从高温区快冷,以得到马氏体α′相和亚稳定的β相,然后在中温区保温使这些亚稳定相分解，得到α相或化合物等细小弥散的第二相质点，达到使合金强化的目的。通常(α β)合金的淬火在(α β)─→β相转变点以下40～100℃进行，亚稳定β合金淬火在(α β)─→β相转变点以上40～80℃进行。时效处理温度一般为450～550℃。

总结，钛合金的热处理工艺可以归纳为：

（1）消除应力退火：目的是为消除或减少加工过程中产生的残余应力。防止在一些腐蚀环境中的化学侵蚀和减少变形。

（2）完全退火：目的是为了获得好的韧性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。

（3）固溶处理和时效：目的是为了提高其强度，α钛合金和稳定的β钛合金不能进行强化热处理，在生产中只进行退火。α β钛合金和含有少量α相的亚稳β钛合金可以通过固溶处理和时效使合金进一步强化。

此外，为了满足工件的特殊要求，工业上还采用双重退火、等温退火、β热处理、形变热处理等金属热处理工艺。

钛是同素异构体，熔点为1668℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（titanium alloys）。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金，(α β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。

钛合金α钛合金

它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。

钛合金β钛合金

它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。

钛合金α β钛合金

它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%～100%；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。

三种钛合金中最常用的是α钛合金和α β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α β钛合金次之，β钛合金最差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α β钛合金代号为TC。

钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金（钛-钼，钛-钯合金等）、低温合金以及特殊功能合金（钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金）等。

热处理：钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度；针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性；等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。