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钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。

氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2%和0.04～0.05%以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在 0.015%以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。

合金钢介绍

合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。

其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中。

合金钢作用

1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳含量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。

3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

8、 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于淬火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。

9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

17、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。

1．对钢力学性能的影响

（1）固溶强化 合金元素溶于铁素体时，有固溶强化作用。合金元素的晶格类型、原子直径与α-Fe不同或相差较大时，对铁素体的强化作用较为明显，反之则强化作用较弱。所以不同元素随含量增加对铁素体的硬度增加的贡献不同，如图所示。合金元素使铁素体固溶强化的同时，特别是合金元素含量增高的情况下，往往因铁素体晶格畸变严重，又使韧性塑性下降，如图所示。所以，要使钢具有高的综合性能，钢中加入的合金元素，应是多元少量，而不是某一元素加得越多越好。

（2 ）弥散强化 合金元素与碳形成碳化物，且以细小质点分布在固溶体基体上，可起弥散强化作用，使钢的硬度强度进一步提高。

除以上强化作用外，当钢中碳化物数量较多时，将显著提高钢的硬度和耐磨性。有些碳化物溶点高，稳定性高，放可提高钢的热强度。

2．对Fe-Fe₃C相图的影响

有些合金元素，如面心立方晶格的镍、锰、铜及非金属元素氮，可使Fe-Fe₃C相图中的γ区扩大(图8—2(o))，而另一些元素，如体心立方晶格的铬、钼、钛等，可使y区缩小图s-2Cb))

由于合金元素对P区的影响，导致下列变化：

（1）临界点改变

扩大γ区的元素，将降低A₁、A₃温度，缩小γ区的元素，将增高A₃、A₁温度。因此，合金钢的热处理加热温度，将相应降低或增高，与碳钢的加热温度不同。扩大γ区的元素，在一定条件下，可使γ区扩大到室温，因而可得到单相奥氏体钢。这是本章将述及到的奥氏体不锈钢的基础。缩小γ区的元素，在一定条件下，可使奥氏体相区消失而只存在铁素体相区，因而可得到单相铁素体钢。这也是工业上使用的铁素体不锈钢和耐热钢的基础。

（2）S点左移

合金元素使S点左移，因而合金钢共析体含碳量小于碳钢共析体0.77%的碳含量。例如钢中含13%Cr时，共析体的含碳虽仅为0.3%。

（3）F点左移

铁碳合金E点相应碳含量为2.11%，当钢中含有合金元索时，E点相应的碳含量小于2.11%，使合金钢在较低的碳含量下出现共晶莱氏体。

3．细化奥氏体晶粒

当合金元素形成难溶化合物（TiC、NbC、Al₂O₃、AlN等）时，这些化合物存在于奥氏体晶界上，机械地阻止奥氏体晶粒长大，使奥氏体冷却转变后的组织细小，因而起着细晶强化的作用。

4．提高钢的淬透性

奥氏体溶有合金元素时，其中合金元素的原子扩散能力小，而且还降低奥氏体中铁、碳原子的扩散能力，因而使奥氏体稳定性增高，不容易向珠光体转变。反映在C曲线上，使C曲线右移（Co元素例外）而使淬火临界冷却速度减小，提高淬透性。因此，合金钢不仅可提高整体截面力学性能，而且可以减小淬火变形和开裂的危险性。但是，合金元素使C曲线右移的同时，降低了Ms点。Ms点降低，会使合金钢淬火后的残余奥氏体量增加，对提高硬度和耐磨性不利。