钛及钛合金的分类：了解不同类型的钛合金

工业纯钛的牌号分别为TA1、TA2、TA3。钛合金按性能和用途可分为结构钛合金、耐蚀钛合金、耐热钛合金和低温钛合金等；按生产工艺，可分为铸造钛合金、变形钛合金和粉末钛合金；根据退火组织，可分为α钛合金、β钛合金和α+β钛合金三大类，牌号分别以TA、TB、TC和顺序数字表示。TA4～TA28表示α钛合金，TB2～TB11表示β钛合金，TC1～TC26表示α+β钛合金。

1.工业纯钛

工业纯钛的性质与纯度有关，纯度越高，强度和硬度越低，塑性越好，越容易加工成形。钛在885℃时发生同素异构转变。在885℃以下，为密排六方晶格结构，称为α钛；在885℃以上，为体心立方晶格结构，称为β钛。钛合金的同素异构转变温度随着加入合金元素的种类和数量的不同而变化。工业纯钛的再结晶温度为550～650℃。

工业纯钛中的杂质有H、O、Fe、Si、C、N等。其中O、N、C与钛形成间隙固溶体，Fe、Si等元素与钛形成置换固溶体，起固溶强化作用，可显著提高钛的强度和硬度，但降低其塑性和韧性。H以置换方式固溶于钛中，微量的氢能使钛的冲击韧性急剧降低，增大缺口敏感性，并引起氢脆。

2.钛合金

在工业纯钛中加入合金元素便可得到钛合金。钛合金的强度、塑性、抗氧化等性能显著提高，其相变温度和结晶组织发生相应的变化。

（1）α钛合金　α钛合金主要是通过加入α稳定元素Al和中性元素Sn、Zr等固溶强化而形成的。α钛合金有时也加入少量的β稳定元素，因此α钛合金又分为完全由α相单相组成的α合金、β稳定元素含量小于20%的类α合金和能够时效强化的α合金（Cu＜2.5%（质量分数）的Ti-Cu合金）。α钛合金中的主要合金元素是铝，Al溶入钛中形成α固溶体，从而提高再结晶温度。含5%（质量分数）Al的钛合金，其再结晶温度从纯钛的600℃提高到800℃。此外，其耐热性能和力学性能也有所提高。Al还能够扩大H在钛中的溶解度，减小形成氢脆的敏感性。但Al的加入量不宜过多，否则出现Ti₃Al化合物而引起脆性，通常Al含量不超过7%（质量分数）。(www.xing528.com)

α钛合金具有高温强度高、韧性好、抗氧化能力强、焊接性优良、组织稳定等特点，强度比工业纯钛高，但是加工性能较β和α+β钛合金差。α钛合金不能进行热处理强化，但可通过600～700℃的退火处理消除加工硬化；或通过不完全退火（550～650℃）去除焊接时产生的应力。

TA7（Ti-5Al-2.5Sn）是一种广泛应用的α钛合金，具有较好的高温强度和高温蠕变性能，540℃时蠕变强度达到516MPa，适用于制造在450℃以下连续承载的构件。TA7钛合金加工后一般要进行800～850℃的退火处理，以去除应力。

（2）β钛合金　β钛合金的退火组织完全由β相构成。β钛合金含有很高比例的β稳定化元素（如Mo、V），使马氏体转变β→α进行得很缓慢，在一般工艺条件下，其组织几乎全部为β相。通过时效处理，β钛合金的强度可以得到提高，其强化机理是α相或化合物的析出。β钛合金在单一β相条件下的加工性能良好，并具有优良的加工硬化性能，但高温性能差，脆性大，焊接性较差，容易产生冷裂纹，在焊接结构中应用的较少。

（3）α+β钛合金　α+β钛合金的组织是由α相和β相两相组织构成的。α+β钛合金中都含有α稳定元素Al，同时为了进一步强化合金，添加了Sn、Zr等中性元素和β稳定元素，其中β稳定元素的加入量通常不超过6%（质量分数）。

α+β钛合金兼有α和β钛合金的优点，既具有良好的高温变形能力和热加工性，又可通过热处理强化提高强度。但是，随着α相比例的增加，其加工性能变差；随着β相比例增加，其焊接性变差。α+β钛合金退火状态时断裂韧度高，热处理状态时比强度大，硬化倾向较α和β钛合金大。α+β钛合金的室温、中温强度比α钛合金高，并且由于β相溶解H等杂质的能力较α相大，因此H对α+β钛合金的危害较α钛合金小。α+β钛合金的力学性能可以在较宽的范围内变化，可以使其适应不同的用途。

TC4（Ti-6Al-4V）是应用最广泛的α+β钛合金，其基本相组成是α相和β相。但在不同的热处理和热加工条件下，两相的比例、性质和形态是不相同的。将TC4钛合金加热到不同温度后空冷可以得到不同的组织。TC4钛合金的室温强度高，在150～350℃时具有良好的耐热性。此外，还具有良好的压力加工和焊接性，焊后不作任何处理即可使用，而且可以通过焊后的固溶和时效处理进一步强化。