α與β鈦合金的性能

西工鈦合金之前對鈦合金的分類及性能做過深入的講解，以下主要結(jié)合α和β兩種常用鈦合金，對其性能、強度、溫度等進行一些說明。

鈦合金的性能主要取決于α和β兩相的排列方式、體積分?jǐn)?shù)以及各自的性能。與體心立方β相相比，六方α相具有更高的堆積密度和各向異性的晶格結(jié)構(gòu)。與β相相比，α相具有以下特征：

更高的抵抗塑性變形能力；

較低的塑性；

力學(xué)和物理性能的各向異性更強；

擴散速率至少低兩個數(shù)量級；

更高的抗蠕變性能。

下表概括列出了α、α+β和p三種鈦合金的物理、力學(xué)和工藝性能的主要差別。

Al是最重要的α相穩(wěn)定化元素，由于其密度僅為Ti的一半，所以α合金的密度小于β合金。由于后者通常用重金屬元素如Mo和V進行合金化，致使密度差別更為顯著。

α合金一般為單相合金，具有中等強度。然而，α+β兩相和亞穩(wěn)β合金可以分別強化到較高和非常高的強度水平。

譯者注：++好；+較好；--差；-較差。

亞穩(wěn)β合金以低塑性為代價獲得非常高的強度。如果不進行時效強化，亞穩(wěn)β合金具有類似于α和α+β合金的相對較好的塑性。另外，塑性與顯微組織密切相關(guān)。

由于鈦合金的斷裂韌性與顯微組織和時效條件密切相關(guān)，所以鈦合金的成分與斷裂韌性之間不存在確定的關(guān)系。特別是粗大層片狀組織的斷裂韌性高于細(xì)小的等軸狀組織。層狀組織韌性高的原因是由于這種結(jié)構(gòu)可以使擴展裂紋沿不同取向的板條束發(fā)生偏斜，導(dǎo)致裂紋前沿鈍化，從而吸收額外的裂紋擴展能量。

密排六方晶體的原子擴散能力和晶體變形能力相對較低是α相具有優(yōu)異的抗蠕變性能的主要原因。隨著β相體積分?jǐn)?shù)的增加，鈦合金的抗蠕變性能變差。β相不連續(xù)分布的兩相組織也具有高的抗蠕變性能。大部分的層片狀組織和部分雙態(tài)組織屬于這種情形。

鈦與氧之間的親和力很高，這意味著即使在室溫大氣中鈦合金表面也能形成一層非常薄的致密氧化層(TiO， ) ， 這也是鈦合金抗蝕性優(yōu)異的原因。在三種合金中， α合金比p合金穩(wěn)定。

鈦合金的最高使用溫度主要不是受強度不足的限制，而是受其抗氧化能力相對較差的限制。β合金比α合金更容易氧化。

鈦合金的另外一個缺點是與周圍環(huán)境中的O和H之間具有很高的反應(yīng)活性，從而會導(dǎo)致合金脆化。所以，鈦合金的焊接必須在真空或惰性氣氛中進行。α合金和α+β合金比p合金更容易焊接，當(dāng)β合金時效至高強度水平時更是如此。

α相的變形能力極為有限，并且加工硬化能力很強，意味著α合金和α+β合金只能在高溫下變形。鈦合金的變形溫度隨著β相體積分?jǐn)?shù)的增加而降低，一些亞穩(wěn)β合金甚至可以在室溫下變形。連續(xù)的β相中嵌有細(xì)小的等軸狀組織是實現(xiàn)超塑性變形的要求。