典型钛及钛合金的组织与性能综述
典型钛合金的组织与性能文献查阅总结
1.α型钛合金
α型钛合金中又分为全α型钛合金和近α型钛合金，工业纯钛属于α型钛合金，此外一般α合金含有6%左右的Al和少量中性元素，退火后几乎全部是α相，典型合金包括TA1~TA7合金等；近α型钛合金中除了含有Al和少量中性元素外，还有少量（不超过4%）的稳定元素，如TA15、TA16、TA17等。
1.1工业纯钛
工业纯钛按杂质元素含量分为TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2、TA2ELI、TA3、TA3ELI、TA4、TA4ELI9个牌号，相变点大约为900℃。工业纯钛具有高塑性、适当的强度、良好地耐蚀性以及优良的焊接性能等特点，广泛应用于化工设备、滨海发电装置、海水淡化装置、舰船零部件等，其冷热加工性能好，可生产各种规格的板材、棒材、型材、带材、管材和丝材，一般在退火状态下交货使用。典型的工业纯钛显微组织如图1-3所示：
图1 TA1板材650℃/1h退火态组织：等轴α+少量晶间β
图2 TA2大规格棒材600℃/1h退火态组织：等轴α
图3 TA3板材800℃/1h退火态组织：等轴α+含有针状α转变的β
1.1.1 TA1钛管的组织与性能[]
[]庞继明，李明利，李明强等. 退火温度对TA1钛管材组织和性能的影响[J]. 钛工业进展. 2011, 28(2): 26-28
研究方法：TA1铸锭经过2500t水压机开坯锻造和1600t卧式挤压机热挤压，最终获得φ45×7mm的管坯。管坯经两辊和三辊管材冷轧机轧制成φ12×1.25mm的管材。将管材置于真空热处理炉中，分别加热至450，475，490，500，550，600，650，700℃，保温90min，随炉冷却。
a）TA1钛管的显微组织
图1为冷加工态及不同的温度热处理后的TA1管材横向显微组织。可以看出，冷加工态的TA1管材组织混乱且有部分晶粒破碎不完全；700℃下的组织已完全再结晶、等轴化，与650℃的相比晶粒已明显长大。在相同的保温时间里，随着退火温度的提升，再结晶晶粒逐渐粗化。
图1 TA1钛管经不同温度退火处理后的横向显微组织
b）TA1钛管的力学性能
加工态TA1管材的抗拉强度为570MPa, 屈服强度为520MPa, 延伸率为17%。图2为经不同温度处理后的TA1管材的力学性能。由图2可以看出,随着热处理温度的升高, 材料的抗拉强度和屈服强度逐渐下降并趋于稳定, 延伸率逐渐增大。
图2 热处理温度对TA1管材力学性能的影响
1.1.2 TA2薄板的组织与力学性能[]
[]蒋建华，丁毅，单爱党. 冷轧工业纯钛的微观组织和力学性能[J]. 中国有色金属学报. 2010, 20(1):58-61
研究方法：将初始厚度为9mm的二级工业纯钛TA2板异步轧制至1.5mm，其中部分样品同步轧制至0.3mm，实验中异步轧制采用同径异步轧制方法，上下辊径均为130mm，上辊速度固定为33r/min，下辊速度在0~33 r/min可调，实验中采用22 r/min，异速比为1.5。当下辊速度也为33 r/min，即为同步轧制。
a）TA2薄板不同轧制工艺的力学性能
原始热轧态材料的强度为450MPa，伸长率大于25%。经过83%的异步轧制后强度达到800MPa，而伸长率则下降到9%，再经过进一步同步轧制后（轧下量80%），强度提高到960MPa，伸长率进一步下
降至7%，如图1所示。通常情况，对称轧制能够使材料产生加工硬化，
而晶粒细化效果不大；而不对称轧制由于附加有剪切应力，会使材料中晶粒产生细化效果。
图1 不同轧制工艺TA2板的拉伸曲线
b）TA2薄板不同轧制工艺的微观组织
从图2可以看出，轧制前TA2薄板的微观组织，晶粒大小在50μm左右，晶粒形貌没有明显拉长，在晶粒内部有条状结构，可能为变形孪晶。经过异步轧制和同步轧制后的显微组织不能看到明显的晶粒形貌，但是可以看到材料变形后的流变情况，类似于剪切带。
通过TEM对轧制后的组织进行精细结构观察可以看到（图3），经过83%异步轧制的组织包含了拉长的晶粒和等轴晶粒，平均晶粒尺寸小于1μm，晶粒内部有大量位错。经过83%异步轧制+80%同步轧制的晶粒基本为等轴晶粒，尺寸在0.5μm左右。
图2 TA2薄板的金相组织：(a)热轧态；(b) 83%异步轧制；(c) 83%异步轧制+80%同步轧制
图3 TA2薄板的TEM形貌：(a) 83%异步轧制；(b) 83%异步轧制+80%同步轧制
1.1.3 TA1高温动态拉伸力学行为 [1]
[]Huang W, ZanX, Nie X, et al. Experimental study on the dynamic tensile behavior of a poly-crystal pure titanium at elevated temperatures [J]. Mater Sci Eng, 2007, A443: 33-41
[]陈翔, 龚明, 夏源明. 工业纯钛高温动态拉伸力学行为的微观机制[J]. 中国科学技术大学学报，2009 39(6):619-626