钛合金相成分对力学性能的影响及其与组织的关系

由于（α+β）钛合金能够通过从固溶处理温度的快速冷却和随后的时效进行强化，所以合金有可能析出亚稳定β、α'、α"和ω相，由此相成分的变化引起力学性能的变化是众所周知的。在500~600℃温度下，通常形成高弥散的三次α相（b3<0.1μm)，产生强化作用。根据从BT3-1(TC6)、BT9(TC11)和BT25y合金获得的数据，与退火相比，这种强化处理的有效性反映在至750~800℃的高温拉伸、至400~500℃的持久强度和蠕变抗力（在450~500℃下t≥500~1000h,如在500℃下则τ≤100~500h)和至500~550℃的疲劳极限（见图4-48).随着试验温度的升高（高于400~500℃)和时间的延长，热强性能增加的减缓是由于三次α相颗粒的聚集长大和在这些温度下发生的其他组织变化造成的。因此，针对长寿命条件（t≥500~1000h),上述合金的工作温度在强化热处理后不应超过400~450℃,而在较短的寿命下这些温度可以提高50~100℃.

固溶处理温度、随后的冷却速度和时效温度对与相成分有关的组织和力学性能变化有显著的影响。用工业纯钛、TC4、TC6、TC11、BT8和BT25y合金完成的研究工作能够确定，提高固溶处理温度和冷却速度会导致拉伸强度、持久强度、蠕变抗力和疲劳极限的不断提高。加快冷却时，塑性或者不断降低（主要在片状组织情况下），或者按照有最大值的曲线变化（当vo=0.3~5.0℃/s时）。断裂韧性、冲击韧性和带应力集中试样的强度极限指标的关系曲线通常具有极值的特征。在上述冷却速度下出现1000~1200MPa的最大值。
因此，热处理时，所有研究合金半成品的冷却必须按规定的速度进行，冷却速度应该根据所要求的综合性能、半成品的组织、半成品的截面和形状来选择。对于具有球状和过渡组织的TC6和BT25y合金，固溶处理后的冷却速度的最佳值是0.3~1.0℃/s,对于TC4、TC11和BT8合金是1.0~5.0℃/s.最可取的固溶处理温度为TB以下20~30℃,最适合的时效（或稳定化退火）温度是530~570℃.将时效温度提高到600~650℃,由于三次α相颗粒的聚集长大和形成α2相，会导致各种性能的同时降低，而将时效温度降低到450~500℃则不能消除残余应力。
在选择热处理制度时，另一个必须考虑的重要因素是相应钛合金零件的使用温度－时间。上面提到的热处理制度，对于超过450~500℃温度下长时间工作可能不是最合理的。因为当采用这些热处理制度时，由于析出α2相以及硅化物，这时热强合金是热不稳定的。更为平衡的合金状态可以确保在上述高温和长时间工作条件下具有更高的综合性能，从固溶处理温度缓慢冷却，提高时效（或稳定化退火）温度和延长时效（稳定化退火）时间有助于获得更为平衡的合金状态。
合金的相成分对性能与组织类型的关系同样有影响，用关系式K=(ψ球－ψ月）／4球来评定性能对组织的敏感系数的变化可以证实这种观点。具有片状组织的TC6和TC11.合金晶粒度，D等于100μm、200μm.和500μm棒材退火后的K值为0.02、0.10和0.40;而强化热处理后K值相应为0.34、0.45和0.63.这意味着晶粒度大的比晶粒度小的更为敏感，经过强化热处理的半成品组织应该比在退火状态下半成品组织更为敏感，有更高的要求。例如，为了当σb=1100M0MPa时断面收缩率y≥20%,TC6和TC11合金片状组织中β晶粒尺寸不应超过400μm和250μm,当σ=1200MPa时相应地不应超过150μm和100μm,而当σ1,=1300MPa时则完全不允许片状组织。从引用的数据可知，为了确保所研究合金具有高的综合性能，不仅必须规定组织类型和组织参数，还应规定它们的相成分。

亿沐鑫新材料公司产品分类：钛棒、钛管、钛板、钛阳极、钛箔钛带、钛法兰、钛丝、钛靶材、钛设备、钛饼钛环、钛标准件、钛加工件