钛及其合金的应用及性能优势

钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀、良好的低温韧性以及与人体有很好的“相容性”等优点，被认为是21世纪的重要材料，被广泛用于各个领域。

钛的熔点为1 668℃，固态时具有同素异构体，低于882．5℃时呈密排六方晶格结构，称为α Ti；882．5℃以上呈体心立方晶格结构，称为β Ti。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，β合金和（α＋β）合金。中国分别以TA、TB、TC表示。

图6－16　钛合金人工髋臼

1）α钛合金

α钛合金是由α相固溶体组成的单相合金，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。

2）β钛合金

β钛合金是由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1 372～1 666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。

3）（α＋β）钛合金

（α＋β）钛合金是双相合金，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。(www.xing528.com)

钛合金常用的热处理方法有退火、淬火和时效处理。

1）退火

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℃。

（1）去应力退火：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。退火温度一般为450～650℃，保温1～4h，空冷。

（2）再结晶退火：目的是为了消除加工硬化。纯钛的退火温度一般采用550～690℃，钛合金采用750～800℃，保温1～3h，空冷。

2）淬火和时效

目的是为了提高钛合金的强度。

α钛合金和稳定的β钛合金一般不进行淬火和时效处理，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钛合金可以通过淬火和时效处理使合金进一步强化。

钛合金的淬火处理是将钛合金加热到（α＋β）两相区的上部范围快冷，淬火后部分α保

留下来，细小的β相转变为亚稳β相或马氏体相α′（β稳定化元素在α Ti中的过饱和固溶体）。时效处理时，亚稳相分解，得到细小的α相和β相混合物，弥散分布在基体上，达到使合金强化的目的。如果淬火时加热到β单相区，β晶粒极易长大，时效处理后韧性很低。钛合金的淬火温度一般为760～950℃，保温50～60min，水冷，时效处理温度一般为450～550℃，时间为几小时至几十小时。

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。