图2 钛合金的α β相图

?

2.1α-钛合金

?

一般而言，钛合金因具有许多吸引人的特性而广泛应用于各种工业。例如，在航空航天工业中，常使用α-钛合金，如Ti–3Al–2.5V、Ti–5Al–2.5Sn、Ti–8Al–1Mo–1V和Ti–6Al–2Sn–4Zr–2Mo等，主要是因为它们具有很强的抗腐蚀性和在高温下的显著机械强度。其他α-合金，如商用纯钛（C.P.Ti）、Ti-12、、、Ti-6-2-4-2和Ti-8Al-1Mo-1V具有优异的焊接能力和耐腐蚀性。

但由于它们是单相合金，热处理过程不会改变相，且机械性能也不会发生显著变化，因此无法通过热处理进行强化。对于单相α-钛合金的强化机制很少。这些包括固溶体、晶粒尺寸、织构和沉淀硬化/强化机制，但范围有限。

?

其中一些合金被称为近α，含有少量β稳定元素，使热处理和机械性能改善成为可能。即使在极低温度下，α和近α合金也比β钛合金具有更好的蠕变性能。α-合金的强度与300系列退火不锈钢相当，重量减少约40%。该组的高铝含量导致了优异的强度特性和在高温（即316–593°C）下的抗氧化性。与同时具有HCP和BCC相的β-和α+β-钛合金相比，α-钛合金具有完整的HCP晶体结构，在于其相对较低的强度和延展性。HCPα-结构有三个滑移面，而BCCβ-结构有48个滑移面，因此，α-合金中滑移变形的减少使其在室温下的韧性降低。

?

此外，由于滑移面密集堆积，HCP结构的滑移临界剪切应力(CRSS)小于BCC结构，从而导致前者的抗变形强度低于后者。然而，在高温下，HCP组织中会产生额外的滑移体系，从而提高了α-合金的延展性，因此α-合金在高温下的性能优于β-合金。α-合金的其他局限性包括热处理窗口非常窄，因此可以用于强化的选项较少。

?

2.2 α+β-钛合金

?

常见的α+β钛包括Ti–6Al–4V、Ti–6Al–7Nb、Ti–6Al–6V–2Sn、Ti-17和Ti-550，它们具有良好的强度和成形性能。此外，这些合金具有较宽的热处理窗口，因此可以改善机械性能和微观结构，从而达到预期的应用。通过进行机械加工和/或热处理操作来改变这些合金的机械性能具有广泛的灵活性。根据合金成分和加工路线，合金的最终微观结构可以是完全等轴、层状或双峰。这些合金的β-transus温度低于α-合金，因为热加工和再结晶处理是在相对较低的温度下进行的，因此产生了经济的生产顺序。

?

α+β-钛合金

2.3 β-钛合金

?

Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-Mo和是具有良好成形性和热处理响应性的β钛合金。由于BCC结构中存在大量的滑移面，因此BCCβ相比HCPα相具有更大的韧性。此外，与α和α+β钛合金相比，这些合金在热处理条件下具有最高的强度。然而，更高的密度、更高的成本和微观结构的不稳定性是其中的一些缺点。一些β-钛合金（包括Ti–10V–2Fe–3Al、Β-21S等）中出现微观结构不稳定性，这是因为含有大量合金元素，会析出瞬态和脆性相。

此外，β-钛合金的焊接性能一般较差，因为存在β-稳定剂，从而抑制了强化沉淀的形成，降低了焊接接头的强度，因此焊接接头的强度低于母材。与α-合金相比，β-钛合金可以达到显著的高强度水平。例如，在cpTi中，β相非常有限，因此，较少的α/β晶界阻碍了位错的移动。然而，富β合金中较高比例的α/β晶界充当位错屏障和应变不相容性的场所（两相之间材料性质的差异导致相同外加载荷下的不同应变率），从而使其成为高强度合金。表1概述了钛合金的性能和代表性应用。

?

表1?钛合金性能比较综述

3．钛及其合金的焊接

?

钛合金的连接可以通过几乎所有的焊接工艺进行，如激光束焊接（LBW）、钨极惰性气体焊接（TIG）、电子束焊接（EBW）和搅拌摩擦焊接（FSW）。钛合金焊接过程中需要考虑的主要因素是钛对大气氧的高亲和力。钛表面在室温下形成的氧化层是其高耐蚀性的主要原因；然而，随着温度的升高，该氧化层的电阻迅速降低，因为在高温过程中，大气污染成为一个问题。一般而言，钛及其合金对熔焊操作表现出良好的响应，这是由于以下一些固有特性：

文章来源：《钛工业进展》 网址: http://www.tgyjzzz.cn/zonghexinwen/2022/0424/1557.html