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    (α+β)型鑄造鈦合金輔助強(qiáng)化元素和雜質(zhì)元素以及有關(guān)工藝措施的影響作用


    在標(biāo)準(zhǔn)GB/T15073中,屬于(α+β)型鑄造鈦合金的有ZTC4和ZTC21。


    在(α+β)型鑄造鈦合金中,鋁是主合金化元素,鋁在鈦中主要溶于α固溶體,少量溶于β相。在室溫下鋁在α-Ti中的溶解度達(dá)7%,故有明顯的固溶強(qiáng)化效果。鋁還能提高鈦合金的熱穩(wěn)定性和彈性模數(shù)模量,Ti-Al合金的密度小,所以鋁是鈦合金中重要的合金元素,也是典型的α穩(wěn)定元素。


    但是,也不應(yīng)忽視其他輔助強(qiáng)化元素和雜質(zhì)元素以及有關(guān)工藝措施的影響作用:


    (1)其他輔助強(qiáng)化元素的影響作用


    釩  釩與β-Ti屬于同晶元素,具有β穩(wěn)定化作用。釩在β-Ti中無(wú)限固溶,而在α-Ti中也有一定的固溶度,具有顯著的固溶強(qiáng)化作用,在提高合金強(qiáng)度的同時(shí),能保持良好的塑性,此外,釩還能提高鈦合金的熱穩(wěn)定性。


    鉬  鉬在鈦合金中的性質(zhì)和作用與釩相似。


    鈮  鈮在鈦合金中的性質(zhì)和作用與釩、鉬相似。


    錫  錫屬于中性元素,在α-Ti和β-Ti中都有較大的固溶度。錫具有有效的強(qiáng)化作用,在提高合金強(qiáng)度的同時(shí),不明顯降低塑性,此外,還能提高合金的抗蠕變能力,是耐熱鈦合金中主要的合金元素之一。


    (2)雜質(zhì)元素的影響作用


    (α+β)型鑄造鈦合金中的雜質(zhì)元素主要有0、N、H、C、Fe和Si,它們的有害作用如下:


    O  是鈦合金的主要雜質(zhì)元素,它與Ti形成間隙型固溶體,引起晶格畸變,因而使合金的塑性降低。但它在降低性能方面的作用不劇烈,因而在鈦合金中氧的允許含量可達(dá)0.15%。


    N  作用與氧相同,降低合金的塑性,其作用比氧劇烈,因此氮的允許含量比氧低,不超過(guò)0.04%~0.05%。


    C  與氧和氮相似,也是間隙型雜質(zhì)元素之一。碳的存在使合金的塑性顯著降低。在鈦合金中碳的允許含量為0.1%。


    H  是雜質(zhì)元素中most有害的元素,氫能使鈦?zhàn)兇啵Q為氫脆。造成氫脆的原因是在鈦或鈦合金的凝固和冷卻過(guò)程中,氫的溶解度大大降低,因而促使氫以TiH2化合物形態(tài)析出。這是一種脆性的片狀化合物,沿晶界析出,從而使合金的韌性降低。氫在純鈦中的固溶度很小,0.007%的含量即足以使鈦?zhàn)兇唷湓阝伜辖鹬械墓倘芏缺仍诩冣佒写蟮枚啵蚨伜辖鹬袣涞脑试S含量也較高。在鈦合金的兩種固溶體α和β中,氫在β相的固溶度大于在α相中的固溶度,因此氫在α鈦合金中的危害比在β鈦合金中要大。為了避免氫脆,在α鈦合金中氫的允許含量為0.01%~0.015%。


    Fe  也是鈦合金中常見(jiàn)的雜質(zhì)元素。鐵與鈦形成置換型固溶體,也降低合金的塑性。但其作用較幾種間隙型雜質(zhì)元素小,在鈦合金中鐵的允許含量為0.3%。


    Si  當(dāng)鈦合金中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.2%時(shí),僅固溶于α相或β相中,造成晶格畸變,降低合金的塑性。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.2%時(shí),除固溶外,還與鈦形成Ti5Si3,析出在晶界上,阻止合金在受力時(shí)沿晶面產(chǎn)生的滑移。提高鈦合金抗蠕變的能力。因此在少數(shù)鈦合金中作為合金元素使用,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)0.4%。


    (3)有關(guān)工藝措施的影響作用


    (α+β)型鑄造鈦合金是同時(shí)加入α穩(wěn)定元素和β穩(wěn)定元素,使α和β相都得到強(qiáng)化,這類合金的性能特點(diǎn)是常溫強(qiáng)化、耐熱強(qiáng)度及塑性比較好,并可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,但合金組織不夠穩(wěn)定,且焊接性能不如α鈦合金。


    ZTC4合金是(α+β)型鑄造鈦合金的典型。合金中ωAl5.5%~6.8%、ωV3.5%~4.5%,鑄態(tài)顯微組織為粗晶的魏氏體,其中α相與β相以層狀交替重疊。經(jīng)過(guò)退火后的顯微組織是以α為基體,在基體之間分布著短桿狀和點(diǎn)狀的β相,β相的數(shù)量約占7%~10%。ZTC4合金兼有良好的強(qiáng)度和塑性,經(jīng)過(guò)退火(750~800℃保溫1h,空冷)處理后,合金的力學(xué)性能為:σb950MPa、σ0.2858 MPa、δ10%。當(dāng)合金用于鑄制較薄的鑄件時(shí),還可進(jìn)行固溶和時(shí)效處理,以進(jìn)一步提高其性能。合金經(jīng)800~850℃固溶處理1h,水淬,然后450~550℃時(shí)效2~4h后,其強(qiáng)度可比退火狀態(tài)提高約20%~25%,但塑性則相應(yīng)有所降低。


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