钛合金按其退火组织,可以分为α钛合金、β钛合金和α+β钛合金三类。
α钛合金中的合金元素主要是α相稳定元素(如Al、Sn、Zr),基本不含或只含有少量的β稳定元素(如钼、钒、钽、铌、钨、铜、硅等)。这类合金的主要特点是高温性能和低温性能都较好,单相组织性能比较稳定,是发展耐热和低温钛合金的基础。但其热塑性不高,一般不能热处理强化。
α+β合金中同时加入α稳定元素和β稳定元素(4%一6%)。加入β稳定元素的目的是获得足够数量的β相,以改善合金高温变形能力和热处理强化的能力。工业用α+β钛合金组织中仍以及相为主,β相含量一般小于30%膏Al是主要的α稳定元素,Sn和Zr是为了进一步强化α相。这类合金有较好的综合性能,耐热强度和热塑性都比较好,可以进行热处理强化;但组织不够稳定。
β钛合金含有大量β稳定元素(>17%),在水冷或空冷条件下可以将β相全部保留到室温夕得到全β组织。这类合金有良好的塑性加工性能。经淬火时效后,合余强詹品薯提高。从而获得较高的常温力学性能,是发展高强度镀大、弹性模量低、高温组织性能不够稳定,冶炼工艺复杂。目前应用范围最广泛的是α+β钛合金,其次是α钛合金。
钛在885℃以下具有密排六方晶格组织——α相,六方晶格组织的滑移面数目较少,所以塑性较差,当温度升高时,滑移面增多,塑性提高。当温度超过885℃以后,a相转变为具有体心立方晶格的β相组织,塑性明显提高。下图为一些钛合金的塑性图,可见,在1000 ~1200℃温度范围内,各类钛合金的塑性都达到最大值,允许变形程度达到80%以上。因此钛合金一般在热态下进行塑性加工,一般来说,用钢和铝能够锻出来的各种形状的锻件,用钛合金也可以锻出来。
应变速率对钛合金的工艺塑性也有很大影响,在速度为9m/s的落锤和0.003m/s的液压机上对TA3钛合金做镦粗试验,结果表明,在相同温度下,锤上镦粗允许的变形程度不大于45%,而液压机上镦粗允许的变形程度则可达60%。
变形温度对钛合金变形抗力的影响,可见在锻造温度下,钛合金的变形抗力比合金结构钢大,并且与合金结构钢显著不同的是,钛合金的变形抗力随着温度的下降而急剧升高由此可以导致填充模膛能力差,粘模现象严重摹因此,在变形程度相同的情况下,锻造钛合金比锻造合金结构钢需要更大吨位的设备,同时对操作要严格控制,使毛坯出炉后在温度下降最少的情况下完成锻造。一般来说,锻造钛合金比锻造不锈钢困难,但比锻造镍基高温合金容易。
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