钛及钛合金内部组织及其缺陷
钛及钛合金内部组织及组织缺陷
1)Ti-6Al-2.5Mo-2Cr-0.5Fe-0.3Si
α相拉长并有块状，有集中取向和长条晶界
2)Ti-6Al-3Mo-Zr-Si 锻制环坯上的剪切带组织
3) a为棒材中部，有完整的原始β晶界横向高倍（250x），
bTi-6Al-3Mo-Zr-Si Φ160mm锻棒，
b)为棒材边缘，有针状α-β组织及未完全破碎的β晶界该棒材的组织属于过热魏
氏组织
4)Ti-6Al-3Mo-Zr-Si 原来Φ180mm锻棒
α相有拉长和集中取向趋势，晶界上有长条状α。
5)Ti-6Al-3Mo-Zr-Si 模锻盘形件轮
照片中间灰色区域中有较多的初生α相，而次生α（β转变组织）含量很少，并且α相的颜色与基体其他正常部位不同
（在显微镜下观察呈金黄色）。
6)Ti-6Al-3Mo-Sn-Si 锻制饼坯显微组织等轴组织
7)魏氏组织（有明显的原始β晶界，并且晶内的α集束）
8)Ti-6Al-4V 锻制饼坯中的过热魏氏组织（并列组织，轴向200x）
9)Ti-6Al-4V Φ65mm锻棒处的横向高倍（100x）
纯钛偏析
10)Ti-6Al-4V 模锻盘形件辐板：
a)沿金属流线延展的亮线（径向2x）
11)亮线处的高倍（100x），有集聚拉长的α相；
12)Ti-6Al-3Mo-Sn-Si 锻制饼坯的网篮状组织（径向200x）
低倍x4 高倍100x 高倍200x BT9钛合金模锻盘在完成机械加工后使用电刻笔在成品盘上刻写编号时，下面垫了铝板连接极，在铝板与钛合金盘间因放电飞溅而在盘表面产生高铝偏析（低倍
照片中的小白点）。
3Cr3Mo3VNb 热作锻模钢坯中的非金属夹杂物
3Cr3Mo3VNb镶块模毛坯中的非金属夹杂物横向低倍照片，毛坯尺寸
150x120x80mm，图的夹杂物太细小
钛合金锻造板坯的十字裂纹
x1/2
TC11钛合金锻制板状件上的十字裂纹，这类裂纹是由锻造引起的，特别是从钛锭开坯锻造制坯时，往往因终端温度过低、锤击力过大等而沿最大变形应力方向开裂。
x1/2
钛合金棒材的裂纹
BT3-1 Φ70mm 轧棒上的径
向裂纹，
下面为棒材表面着色探伤发
现裂纹显示的迹痕
BT9 钛合金饼（环）坯和模锻盘的锻造裂纹
a)b)c)
d)
e)100x
f)
100x
a)为环坯的锻造裂纹；b)为饼坯的锻造裂纹；c)为饼坯的锻造裂纹；d)为饼坯的锻造裂纹带到模锻盘上，经机械加工至半成品时在轮缘上暴露出来；e)和f)分别为b)中A和B裂纹的高倍（100x），可以看到裂纹的最外端是弥合的，内部则出现空隙甚至呈孔穴状。这些裂纹的共
同点都是在截面上呈现近乎45°的延伸角度。
钛合金锻件中的偏析
Ti-6Al-4V Φ65mm锻棒处的横向高倍（100x），处鉴定为纯钛偏析。
低倍x1 高倍250x
TC11钛合金模锻盘形件辐板与轮毂过渡处的β斑（β偏析），β斑是在解剖盘件时发现的。
低倍x5 高倍100x
TC4钛合金模锻盘辐板上的拉长α组织(条状α偏析)
解剖后在低倍上表现为亮线，长约25mm，沿锻件金属
流线延展，高倍观察为聚集的拉长α组织。
400x
x1
低倍
100x
400x
Ti1023 钛合金平板锻坯中的铁偏析
Ti-6Al-4V(TC4)及钛合金的性能
Ti-6Al-4V(TC4) Ti-6Al-4V(TC4)钛合金是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良 好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效 使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可 在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金[35]。 表3-2 钛合金Ti-6Al-4V 成分 钛合金Ti6Al-4V 合金 碳（最大） 0.10％ 铝 5.50至6.75％ 氮 0.05％ 氧气（最大） 0.020％ 其他，合计（最大） 0.40％ *其他，每个（最大）= 0.1％ 钛 平衡 钒 3.50至4.50％ 铁（最大） 0.40％ 氢（最大） 0.015％ 比重 0.160 弹性模量（E ）的 15.2 x 10 3 ksi? 贝塔Transus 1800 to 1850 °F? 液相线温度 2976 to 3046 °F 固相线温度 2900 to 2940 ° F 电阻率 -418 °F 902.5 ohm-cir-mil/ft? 73.4 °F 1053 ohm-cir-mil/ft? 986 °F 1143 ohm-cir-mil/ft? 典型的室温强度计算退火钛6Al-4V 的： 极限承载强度1380年至2070年兆帕（200-300 ksi ） 压缩屈服强度825-895兆帕（120-130 ksi ） 极限剪切强度480-690兆帕（70-100 ksi ） Ti-6Al-4V 的线膨胀系数只有8.8×10-6K-1. 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3,抗拉强度σb=539MPa ，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa ，硬度HB195。 钛的应用 元素 Al V Fe O Si C N H 其他 Ti 成分 5.5- 6.8 3.5- 4.5 0.3 0.2 0.15 0.1 0.05 0.01 0.5 余量
纯钛和钛合金热加工性能参数
纯钛热加工性能参数 1. 来料牌号及化学成分 注：合金牌号对应标准GB/T3620.1-2007 2.纯钛的物理性能 熔点1668±4℃ 密度ρ＝4.5g/cm3 弹性模量E＝1.17×105MPa、G＝0.44×105Mpa（约为钢的54%） 导热系数λ＝19.3Wm-1K-1 热膨胀系数10.2×10-6/℃（室温-700℃） 泊松比υ＝0.33 3.常温下力学性能 4. 加热规范 板坯在热轧前需要在加热炉中均匀加热，为防止氧扩散，应限制加热温度和时间，因此，从成材率、表面质量考虑，该扩散层的厚度越薄越好，为此，热轧
带卷加热温度的设定应在保证稳定轧制并可卷制成带的情况下，尽可能低。通常工业纯钛在加热炉内最好加热至800~920℃。 纯钛料轧制时的加热制度和终轧温度 5. 轧制过程控制 热轧分为粗轧和精轧。粗轧通常使用可逆式轧机，从厚板坯（80~300mm）的轧制到供精轧机轧制的板材厚度（25~40mm），需经5~7个道次的轧制。纯钛的粗轧终轧温度为790℃。精轧工序在6~7台串列式轧机进行，可将25~40mm的板坯连续加工成钛带材（厚3~6mm），轧制速度可达300~600m/min。 轧制过程温度控制参数为：钛板坯在加热炉中加热到800~920℃，在910℃出炉；粗轧终轧温度为790℃，连续热轧时钛坯温度控制在650~800℃范围，终轧温度为670℃；在470~490℃温度范围进行卷取。轧制后立即将钛带在输出辊道上用水冷或空冷的方法，以大于5~10℃/s的速度冷却，在低于500℃时卷取，以保证带卷材质均匀。 其它工艺要点有：严格控制初轧及连轧时各机架压下量和各机架上带材的温度；避免辊道对带材表面划伤；每轧3~4块清理一下辊道上的金属沾污；热轧带卷初始阶段，需要建立一个稳定的、大于4MPa/mm2的后张力，防止因带材卷乱或松卷引起划伤。 轧制温度对纯钛的单位压力的影响
钛及钛合金力学性能
钛及钛合金力学性能，物理性能，以及相关介绍等 一。以下是个人对外六角螺栓和内六角螺栓使用情况的一点小总结，请参考 俺的个人观点： 1。内六角的螺栓,适用于结构空间小,或者要求上平面是平面的情况下。 结构空间小，活动扳手占空间大,所以不能用，只能使用内六角螺栓，方便装卸。 产品要求安装后上平面是平面的情况下，主要适用于精密仪器/设备，一些设备要求安装后平面度的，或者要求整体产品外观良好，或者要求产品安装后上平面必须平，以此来避免挡碍的情况下需要使用内六角螺栓。 2。其他情况下，均建议用外六角螺栓。 3。从成本上考虑，用外六角螺栓，从外观效果上考虑，用内六角螺栓。 4。我们单位一般情况下，将内六角螺栓翻译为内六角螺钉，呵呵，请大家参考，也就是说一般意义上的内六角螺栓=内六角螺钉。当然，德标DIN和ISO的标准正规些。 现在市场上的该类紧固件都在努力向DIN和ISO标准上靠拢。 二。钛及钛合金 钛及钛合金是导弹上重要结构材料之一。钛的密度为.507g/cm3,介于铝、铁之间。钛的熔点为1668℃比铁的熔点还高，能在高温下工作，耐热性能远超过铝。钛在含氧环境中易形成一层薄而坚固的氧化物薄膜。这层膜和基体结合牢固致密，破坏后还能自愈合，从而起到保护作用。 a. 型钛合金 这类合金不能通过热处理强化，一般在退火状态下应用。它的特点是具有良好的耐热性和组织稳定性，低温性能优于其它类型钛合金。缺点是对变形抗力大，常温下强度不够高。这类合金的牌号有TA1，…，TA7，TA8，其中TA1～TA3为工业纯钛；TA4，TA5，TA6 属Ti-Al二元合金；TA4用作焊丝；TA5、TA6可用于一般结构件或耐蚀结构件；TA7是常用的典型型合金。 b. 型钛合金
钛及钛合金的分类
钛及钛合金的分类 市场供货的钛产品主要有工业纯钛和钛合金两大类： 一.工业纯钛：钛属于多晶型金属，在低于882℃为a晶型，原子结构呈密排六方晶格，从882℃至熔点都是B晶型，呈体心立方晶格。工业纯钛在金相组织上呈现a相，如果退火完全的话，是大小基本相等等轴状单项晶格。由于存在着杂质，所以工业纯钛中也存在着少量的B相。基本上是沿着晶界分布。 工业纯钛按GB/T3620.1—2007新标准共有九个牌号，TA1类型的有三个，TA2—TA4每个类型的各有两个，它们的差别就是纯度的不同。从表中我们可以看出，从TA1—TA4每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，这个ELI是英文低间隙元素的缩写，也就是高纯度的意思。由于Fe，C, N, H, O在a—Ti 中是以间隙元素存在的，它们的含量多少对工业纯钛的耐腐蚀性能以及力学性能产生很大的影响，C,N,O固溶于钛中可以使钛的晶格产生很大的畸变，使钛的被强烈的强化和脆化。这些杂质的存在是生产过程中由生产原料带入的，主要是海绵钛的质量。要是想生产高纯度的工业纯钛钛锭，就得使用高纯度的海绵钛。在标准中，带ELI的牌号在这6个元素含量的最高值均低于不带ELI的牌号。这些标准的修改是参照国际上或者说是西方国家的标准（我们国家的标准正在努力向西方国家靠拢，因为我们国家的很多基础工业还是比他们落后一些，很多老标准都是沿袭前苏联的），特别是在杂质的含量以及室温力学性能上各牌号的指标和国际上，以及西方国家基本上保持一致。这个新标准主要是参照ISO（国际标准）外科植入物和美国ASTM材料标准（B265, B338, B348, B381, B861, B862, B863这七个标准）。并且与ISO和美国的ASTM标准相对应，例如TA1对应Gr1, TA2对应Gr2, TA3对应Gr3, TA4对应Gr4。这样有利于各个行业在选材和应用上明晰各国标准的参照，也有利于在技术和商贸上与国际上的交流。 表1 钛及钛合金牌号和化学成分
钛及钛合金的失效与改善措施
钛及钛合金的失效与其预防 钛及钛合金是20世纪50年代兴起的一种重要结构金属，被联合国《世界经济的未来》报告誉为继钢、铝之后21世纪的第三金属。钛及钛合金具有许多优异的性能，比如低密度，高熔点，高比强度，耐腐蚀性能优异，高低温性能好，无磁性，声波和振动的低阻尼特性，生物相容性好，具有超导特性、形状记忆和吸氢特性等，被称为“太空金属”和“海洋金属”，在航空航天、海洋开发、化工、冶金、电力、医用材料、体育休闲业、汽车等领域有着广阔的应用。 钛及其合金在航空航天领域[1]得以广泛应用，在航空发动机上不断取代铝合金、镁合金及钢构件。这得益于钛合金的高比强度远超过强度高而密度大的钢以及重量轻但强度较低的铝合金；并且钛合金的耐热性远高于铝合金，目前先进耐热钛合金的工作温度可达550℃~600℃，同时低温钛合金则在-253℃还能保持良好的塑性；另外钛及其合金优良的抗蚀性，特别是在海水和海洋大气中抗蚀性极高，这对舰载飞机、水上飞机以及沿海地区服役的飞机都十分有利。尽管钛合金具有诸多优点，但也存在一些缺点限制了它的应用。钛及其合金的弹性模量低，容易变形失稳，不宜作细长杆件和薄壁件；钛及其合金导热性差、摩擦系数高，容易导致粘连，不宜用作有摩擦关系的零部件；制造成本高等。 钛及其合金不仅在军事领域得到广泛应用，其在民用工业领域的应用也日益增多。由于这些钛制构件的受力状况和工作环境各不相同，其常见的失效模式主要有：1.疲劳断裂；2.腐蚀损伤，如钛合金的氧污染、应力腐蚀断裂、氢脆等； 3.摩擦损伤，如外物磨蚀、冲刷等； 4.失稳，由于刚性不够而在使用条件下失稳失效； 5.蠕变失效，包括变形过大、蠕变断裂、蠕变脆化等。 1. 疲劳断裂失效 疲劳断裂是零部件在交变载荷（应力或应变）反复作用下的累积损伤过程，这是钛合金零部件最主要的失效模式，如压气机颤振引起叶片的低周疲劳、振动引起转子叶片的高周疲劳等。 （1）低周疲劳断裂 金属在交变载荷作用下由于塑性应变的循环作用而引起的疲劳破坏叫做低周疲劳，也称塑性疲劳或应变疲劳。低周疲劳寿命很短，一般低于105周次。钢及铝合金在退火状态下一般表现为循环硬化，而大多数退火状态的钛合金在低周疲劳过程中一般表现为循环软化。循环软化或循环硬化是指金属材料在应变（应力）保持一定的情况下，应力（应变）在循环过程中下降（增高）或增高（下降）的现象。对结构件的设计而言，一般选用循环稳定或循环硬化的材料，而大多工业钛合金属于循环软化材料，在使用过程中，若处于应力控制，则会产生过量的塑性变形而使构件破坏或失效。 （2）高周疲劳断裂[2]
钛及钛合金牌号和化学成分汇总
《钛及钛合金牌号和化学成分》(2009/11/30 15:05) （引用地址：未提供） 目录：行业知识 浏览字体：大中小 《钛及钛合金牌号和化学成分》 目前，金属钛生产的工业方法是可劳尔法，产品为海绵钛。制取钛材传统的工艺是将海绵钛经熔铸成锭，再加工而成钛材。按此，从采矿到制成钛材的工艺过程的主要步骤为： 钛矿->采矿->选矿->太精矿->富集->富钛料->氯化->粗 TiCl4->精制->纯TiCl4->镁还原->海绵钛->熔铸->钛锭->加工->钛材或钛部件上述步骤中如果采矿得到的是金红石，则不必经过富集，可以直接进行氯化制取粗TiCI4。另外，熔铸作业应属冶金工艺，但有时也归入加工工艺。 上述工艺过程中的加工过程是指塑性加工和铸造而言。塑性加工方法又包括锻造、挤压、轧制、拉伸等。它可将钛锭加工成各种尺寸的饼材、环材、板材、管材、棒材、型材等制品，也可用铸造方法制成各种形状的零件、部件。
钛和钛合金塑性加工具有变形抗力大；常温塑性差、屈服极限和强度极限比值高、回弹大、对缺口敏感、变形过程易与模具粘结、加热时又易吸咐有害气体等特点，塑性加工较钢、铜困难。 故钛和钛合金的加工工艺必须考虑它们的这些特点。 钛采用塑性加工，加土尺寸不受限制，又能够大批量生产，但成材率低，加工过程中产生大量废屑残料。钛材生产的原则流程如图1—1。 针对钛塑性加工的上述缺点，近年来发展了钛的粉末冶金工艺。钛的粉末冶金流程与普通粉末冶金相同，只是烧结必须要在真空下进行。它适用乎生产大批量、小尺寸的零件，特别适用于生产复杂的零部件。这种方法几乎无须再经过加工处理，成材率高，既可充分利用钛废料作原料，又可以降低生产成本，但不能生产大尺寸的钛件。钛的粉末冶金工艺流程为:钛粉(或钛合金粉)->筛分->混合->压制成形->烧结->辅助加工->钛制品。
钛及钛合金的分类修订稿
钛及钛合金的分类 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
钛及钛合金的分类 市场供货的钛产品主要有工业纯钛和钛合金两大类： 一.工业纯钛：钛属于多晶型金属，在低于882℃为a晶型，原子结构呈密排六方晶格，从882℃至熔点都是B晶型，呈体心立方晶格。工业纯钛在金相组织上呈现a相，如果退火完全的话，是大小基本相等等轴状单项晶格。由于存在着杂质，所以工业纯钛中也存在着少量的B相。基本上是沿着晶界分布。 工业纯钛按GB/—2007新标准共有九个牌号，TA1类型的有三个，TA2—TA4每个类型的各有两个，它们的差别就是纯度的不同。从表中我们可以看出，从TA1—TA4每个牌号都有一个后缀带ELI的牌号，这个ELI是英文低间隙元素的缩写，也就是高纯度的意思。由于Fe，C, N, H, O在a—Ti 中是以间隙元素存在的，它们的含量多少对工业纯钛的耐腐蚀性能以及力学性能产生很大的影响，C,N,O固溶于钛中可以使钛的晶格产生很大的畸变，使钛的被强烈的强化和脆化。这些杂质的存在是生产过程中由生产原料带入的，主要是海绵钛的质量。要是想生产高纯度的工业纯钛钛锭，就得使用高纯度的海绵钛。在标准中，带ELI的牌号在这6个元素含量的最高值均低于不带ELI的牌号。这些标准的修改是参照国际上或者说是西方国家的标准（我们国家的标准正在努力向西方国家靠拢，因为我们国家的很多基础工业还是比他们落后一些，很多老标准都是沿袭前苏联的），特别是在杂质的含量以及室温力学性能上各牌号的指标和国际上，以及西方国家基本上保持一致。这个新标准主要是参照ISO（国际标准）外科植入物和美国ASTM材料标准（B265, B338, B348, B381, B861, B862, B863这七
钛合金表面处理
钛合金表面处理 引言 钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素发生反应，在铸件表面形成表面污染层，使其优良的理化性能变差，硬度增加、塑性、弹性降低，脆性增加。 钛的密度小，故钛液流动时惯性小，熔钛流动性差致使铸流率低。铸造温度与铸型温差(300℃)较大，冷却快，铸造在保护性气氛中进行，钛铸件表面和内部难免有气孔等缺陷出现，对铸件的质量影响很大。 因此，钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要，由于钛的独特的理化性能，如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低，粘性大，电导率低、易氧化等，这对钛的表面处理带来了很大的难度，采用常规的表面处理方法很难达到理想的效果。必须采用特殊的加工方法和操作手段。 铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面，减少食物及菌斑等的积聚和粘附，维持患者的正常的口腔微生态的平衡，同时也增加了义齿的美感；更重要的是通过这些表面处理和改性过程，改善铸件的表面性状和适合性，提高义齿的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。 一、表面反应层的去除 表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素，在钛铸件研磨抛光前，必须达到完全去除表面污染层，才能达到满意的抛光效果。通过喷砂后酸洗的方法可完全去除钛的表面反应层。 1. 喷砂：钛铸件的喷砂处理一般选用白刚玉粗喷较好，喷砂的压力要比非贵金属者较小，一般控制在0.45Mpa以下。因为，喷射压力过大时, 砂粒冲击钛表面产生激烈火花，温度升高可与钛表面发生反应,形成二次污染，影响表面质量。时间为15~30秒，仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和氧化层即可。其余的表面反应层结构宜采用化学酸洗的方法快速去除。 2. 酸洗：酸洗能够快速完全去除表面反应层，而表面不会产生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于钛的酸洗，但 HF—HCl系酸洗液吸氢量较大，而HF—HNO3系酸洗液吸氢量小，可控制HNO3的浓度减少吸氢，并可对表面进行光亮处理，一般HF的浓度在3%~5 %左右，HNO3的浓度在15%~30%左右为宜。 二、铸造缺陷的处理 内部气孔和缩孔内部缺陷：可等热静压技术(hot isostatic pressing)去
钛合金氢脆的失效分析
钛合金氢脆的失效分析 摘要：氢脆是钛合金在使用过程中失效的主要原因之一，它严重影响着钛合金的生产和应用。本文主要介绍了钛合金氢脆的机理、影响因素、预防措施及应用等进行了阐述，并对存在的问题和发展前景进行探讨。 关键词：钛合金，氢脆，机理，影响因素，预防措施 Failure analysis of titanium alloys to hydrogen embrittlement ABSTRACT：Hydrogen embrittlement is one of the main reasons for failure of titanium alloy in the course of it a serious impact on the titanium alloy production and applications. This paper describes the mechanism of the titanium alloy to hydrogen embrittlement, influencing factors, preventive measures and applications are described and the problems and prospects to explore. KEY WORDS：Titanium alloys, hydrogen embrittlement, influencing factors, preventive measures 引言 由于钛合金优良的比强度、刚性和耐腐蚀性能以及它们在高温下的良好性能，而成为广泛地用于航空、航天、化工、石油、冶金、轻工、电力、海水淡化、舰艇和日常生活器具等工业生产中，被誉为现代金属[1]。但是，当这些合金与含氢环境接触时，钛合金和氢之间的相互作用便会产生极端和严重的问题，造成脆化或开裂，形成氢脆。氢脆是石油、天然气、化工、冶金、航空、航天、核工业、能源等部门机械失效的主要原因之一，因此备受人们的重视，对其行为、规律、机理和控制进行了广泛的研究，并取得了丰富的成果。 1 钛合金氢脆的机理 氢脆(hydrogen embrittlement)是指氢原子(H)侵人材料内部并且在一些晶格缺陷聚集巾形成氢分子(H2)，体积膨胀导致材料内部破裂[2]。造成材料氢脆的氢原子来源很多，在这些氢原子来源中，有的是材料加工或制造过程无意产生的。 1.1 氢与钛的相互作用 氢一钛间的相互作用，主要是氢在钛的α和β相溶解度的变化和形成氢化物，对于不同钛合金，氢对其的影响也不一样。 氢和钛的相互作用，随着直接由β相形成的仅+氢化物相而发生一简单的共析转变形式，氢对β相区强烈稳定的影响导致α一β转变温度从882。C下降到300。C的一共析温度。在600。C以上的高温下，氢在β相中的最终溶解度(未形成氢化物相)可高达50at.％。然而，在α相中，300℃下氢的最终溶解度只有近7at.％，并且随温度下降而快速下降。在第Ⅳ族过渡金属中，氢趋向于占据四面体间隙位置。结果，由于相对开放的体心立方(bcc)结构造成了β
浅谈影响钛合金加工性能的原由
浅谈影响钛合金加工性能的原由/h1 -- -- 本站首页 免费课件 免费试题 整册教案 教育资讯 计划总结 英语角 幼儿教育 文书写作 海量教案 免费论文
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浅谈影响钛合金加工性能的原由 钛合金是一种20世纪50年代兴起的重要金属结构材料,近年,钛合金正广泛应用于民用领域,开发出的钛合金产品几乎渗透到现代生活衣食住行各个方面。1常见故障分析在生产中发现,钛合金机械加工表面质量常见故障有过腐蚀、挂灰、氧化皮未除尽及条纹状花斑几种。1.1过腐蚀过腐蚀是指酸洗后钛合金表面出现麻坑或凹凸不平等缺陷,和材料组织显露有所区别。一般导致过腐蚀缺陷的原因是氢氟酸和硝酸的比例失调,氢氟酸浓度过高或者硝酸浓度不足均可导致该缺陷出现,另一个原因就是酸洗时间过长,一般酸洗t为1min~4min,可以根据操作现场调整工艺参数,适当缩短酸洗时间。1.2挂灰挂灰是指酸洗后钛合金表面附着的氧化物,酸洗时由于钛合金和酸液进行化学反应,产生的氧化物积累在表面,阻止了反应的进一步发生。挂灰的缺陷一般是由酸洗时挂灰沉积过多和酸洗后冲洗不够。酸洗时应不断晃动零件,使反应后的产物从钛合金表面脱落,酸洗后应加强喷淋或冲洗的办法去除挂灰。国内一般采取压缩空气和自来水混合的高速水流冲洗零件,效果良好。 1.3氧化皮未除尽导致该缺陷的原因比较多,各个工序均有可能。有可能除油不良,或者熔融盐处理时间不够,或者酸洗溶液失效。出现该缺陷时,应该逐一排除各种可能因素,在必要的时候,可以在前处理增加喷砂工序。1.4条纹状花斑导致该缺陷的原因一般是由于反应不均匀造成的。可以通过酸洗时晃动零件和降低酸洗液温度来排除。除了以上几种缺陷,有时还会发现酸洗后检验合格的产品,经过一段时间后,表面出现花斑的现象。对于此种现象,现在研究比较少,可能是由于酸洗后表面有残留酸液或后续生产带入的腐蚀性介质存在,在应力的共同作用下产生的,在微观检测下与一般腐蚀形态有所区别,一般来说不影响其使用性能,可通过再次酸洗的方法去除,但是受力件要加强二次酸洗后的除氢处理。2影响钛合金机械加工性能的因素导热系数、弹性模量、化学活性及合金类型和显微组织是影响钛合金机械加工性能的主要因素。钛合金的导热系数
钛及钛合金力学性能
钛及钛合金力学性能 ，物理性能，以及相关介绍等 一。以下是个人对外六角螺栓和内六角螺栓使用情况的一点小总结，请参考俺的个人观点： 1。内六角的螺栓,适用于结构空间小,或者要求上平面是平面的情况下。 结构空间小，活动扳手占空间大,所以不能用，只能使用内六角螺栓，方便装卸。 产品要求安装后上平面是平面的情况下，主要适用于精密仪器/设备，一些设备要求安装后平面度的，或者要求整体产品外观良好，或者要求产品安装后上平面必须平，以此来避免挡碍的情况下需要使用内六角螺栓。 2。其他情况下，均建议用外六角螺栓。 3。从成本上考虑，用外六角螺栓，从外观效果上考虑，用内六角螺栓。 4。我们单位一般情况下，将内六角螺栓翻译为内六角螺钉，呵呵，请大家参考，也就是说一般意义上的内六角螺栓=内六角螺钉。当然，德标DIN和ISO 的标准正规些。 现在市场上的该类紧固件都在努力向DIN和ISO标准上靠拢。 二。钛及钛合金 钛及钛合金是导弹上重要结构材料之一。钛的密度为.507g/cm3,介于铝、铁之间。钛的熔点为1668℃比铁的熔点还高，能在高温下工作，耐热性能远超过铝。钛在含氧环境中易形成一层薄而坚固的氧化物薄膜。这层膜和基体结合牢固致密，破坏后还能自愈合，从而起到保护作用。 a.型钛合金
这类合金不能通过热处理强化，一般在退火状态下应用。它的特点是具有良好的耐热性和组织稳定性，低温性能优于其它类型钛合金。缺点是对变形抗力大，常温下强度不够高。 这类合金的牌号有TA1，…，TA7，TA8，其中TA1～TA3为工业纯钛； TA4，TA5，TA6属Ti-Al二元合金；TA4用作焊丝；TA5、TA6可用于一般结构件或耐蚀结构件；TA7是常用的典型型合金。 b.型钛合金 这类合金可通过淬火和时效得到强化，其优点是固溶处理状态下塑性很好，易加工成形，在时效状态下强度高。缺点是弹性模量低，耐热性差，焊接性能差，低温塑性不如型合金。 常用牌号为TB2，它可用于整体式固体火箭—冲压发动机的燃气发生器。 c.（+）型钛合金 这类合金的中国产品的牌号有TC1，…，TC4，…，TC10等品种，其中TC1和TC2为低强钛合金，TC3、TC4为中强钛合金，TC10属高强钛合金，TC6，TC9和TC11则属高强耐热钛合金。这类合金兼备钛合金和钛合金的优点。导弹上使用最多的是TC4（Ti-6Al-4V）钛合金，导弹上广泛的采用TC4钛合金制作高压气瓶，受力较大的杆式焊接支架，舵轴以及在较高热环境下工作的结构件，也可用作固体发动机壳体，压气机盘，叶片等。 (3)结构复合材料 复合材料是由两种或两种以上的性状不同的材料经选择、设计、成型而得到的一种宏观多相新材料。其组分可包括金属、非金属等各种材料，按作用又可分为基体材料和增强材料两部分。 三。钛及钛合金力学性能 牌号室温力学性能，不小于高温力学性能，不小于 抗拉强度σbMPa屈服强度σ0.2
国内外医用钛及钛合金标准及性能
国内外医用钛及钛合金标准及性能 发布时间：2010-4-17 10:20:42 中国废旧物资网 一、钛在医学中的应用 1、钛作为一种新兴的材料在我国及世界制药工业、手术器械、人体植入物等领域使用已有几十年的历史，并已取得了极大地成功。 2、人体内应外伤、肿瘤造成的骨、关节损伤，采用钛及钛合金可制造人工关节、接骨板和螺钉现已广泛用于临床。还用于髋关节（包括股骨头）、膝关节、肘关节、掌指关节、指间关节、下頜骨、人造椎体（脊柱矫形器）、心脏起搏器外壳、人工心脏（心脏瓣膜）、人工种植牙、以及钛网在头盖骨整形等方面。 3、 对于植入物材料的要求可以归为三个方面：材料与人体的生物相容性、材料在人体环境中的耐腐蚀性和材料的力学性能，作为长期植入材料有下列七项具体要求： ①、耐蚀性; ②、生物相容性； ③、优越的力学性能和疲劳性能； ④、韧性； ⑤、低的弹性模量； ⑥、在组合体中有好的耐磨性； ⑦、令人满意的价格； 4、外科植入物材料主要有：金属、聚合物、陶瓷等，金属材料又包括不锈钢、鈷基合金和钛基合金。 材料性能与骨性能的比较和植入物材料的特性比较见表一和表二。从表二可以看出，不锈钢价格低廉，易于加工，但耐蚀性和生物相容性不如钛合金；鈷鉻合金的耐磨性比钛合金好，但密度较大，太重；钛及钛合金由于比强度高，生物相容性好及耐体液腐蚀性好等特点正日益受到重视。钛合金的不足之处识是耐磨性差、难于铸造，加工性能也差。 二、国内外外科植入物用钛及钛合金加工材标准情况 1、国外外科植入物用加工材标准 纯钛：国际标准化组织 ISO 5832/2 1999E《外科植入物－纯钛加工材》 美国标准：ASTM F67 2006a 《外科植入物用纯钛》 TC4: 国际标准化组织 ISO 5832/3 1996Z 《外科植入物－金属材料－Ti-6Al-4V加工材》ASTM F1472 2002 《外科植入物用Ti-6Al-4V合金加工材》 TC4ELI: ASTM F136 2002a 《外科植入物用Ti-6Al-4VELI（超低间隙）加工材规范》
医用钛合金及其表面改性技术的研究现状
医用钛合金及其表面改性技术的研究现状1 金红* (北京有色金属研究总院科技信息所,北京100088) 摘要:介绍了新型医用钛合金的研究开发现状,分析了医用钛合金存在的主要问题,即耐磨性、耐腐蚀性和生物活性有待进一步提高。阐述了表面改性对提高钛合金的耐磨性能、耐腐蚀性能和生物活性的作用。指出应当重视钛合金表面生物活性陶瓷涂层的稳定性问题。认为通过研究开发综合性能更优的新型医用钛合金,寻求更为理想的表面改性工艺以及运用复合涂层制备技术,有望逐步解决钛合金在临床应用中存在的问题。 关键词:医用钛合金;表面改性;耐磨性;耐腐蚀性;生物学性能 中图分类号:TG146123文献标识码:A文章编号:0258-7076(2003)06-0794-05 在生物医用金属材料中,钛合金凭借其优良的生物相容性、耐腐蚀性、综合力学性能和工艺性能逐渐成为牙种植体、骨创伤产品以及人工关节等人体硬组织替代物和修复物的首选材料。其中T-i6A-l4V合金作为生物医用合金已有很长的历史。但T-i6A-l4V合金在生物相容性、耐腐蚀性和耐磨损性能等方面仍不够理想[1~4],而且该合金还存在细胞毒性问题。为克服T-i6A-l4V合金存在的种种缺陷,近年来人们一直致力于研究开发具有更佳综合性能的医用钛合金,并取得一些进展;与此同时,人们还尝试采用各种表面技术对钛合金进行表面改性以使其更适合于医学应用的要求。本文综述了医用钛合金的研究开发现状及其表面改性技术的研究进展。 1新型医用钛合金的研究开发现状及存在的问题 1.1研究现状 近年来钛合金在生物医学领域中的研究和应用呈上升趋势,特别是在牙科和整形外科中钛材的用量明显增多[5]。目前,医用钛合金仍以T-i6A-l 4V合金为主,但该合金中Al和V元素对人体存在的潜在危害已引起了人们的高度重视。为克服V 和Al的不良影响,人们相继研究开发了不含V或既不含V也不含Al的A+B钛合金和B钛合金[6,7]。其中A+B钛合金有欧洲、日本等开发的T-i6A-l7Nb,T-i5A-l2.5Fe,T-i6A-l6Nb-1Ta,T-i5A-l 3Mo-4Zr,T-i6A-l2Nb-1Ta,T-i15Zr-4Nb-4Ta-0.2Pd, T-i15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd,T-i15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd-0. 2O[2,8]。与A+B钛合金相比,B钛合金不仅生物相容性更优,而且具有更高的强度水平和更好的切口性能以及韧性,因此更适合于医学应用,特别是做人体的内植物。在医用B钛合金的研究与开发方面日本、美国处于领先地位。日本研制开发的新型B钛合金有T-i29Nb-13Ta-416Zr,T-i15Mo-5Zr-3Al, T-i15Mo-3Nb-3A-l012Si,T-i15Mo-3Nb-3A-l013O和T-i11Mo-6Zr-415Sn等。在美国已有5种B钛合金被推荐在医学领域中应用,即T-i12Mo-6Zr-2Fe (TMZFTM),T-i13Zr-13Nb,TI METAL21SRx,Tia-dyne1610和T-i15Mo。与TI-6A-l4V相比,这5种钛合金均具有较低的弹性模量,其中TMZFTM的综合性能较好[9]。 1.2医用钛合金存在的主要问题 随着各种新型医用钛合金的问世,钛合金在生物医学领域中的应用越来越广泛,但是,目前已研制开发出的各种钛合金均存在不同程度的缺陷,还没有一种能够完全满足临床使用的所有要求。总体说来,主要存在以下几方面的问题[10~15]。(1)耐磨损性能相对较低。与不锈钢、镍基合金等许多其他金属材料相比,钛合金的摩擦系数大,耐磨性 第27卷第6期Vol.27l.6 稀有金属 C HI NESE JOURNAL OF RARE METALS 2003年11月 November2003 1收稿日期:2003-06-30;修订日期:2003-08-02作者简介:金红(1963-),女,硕士研究生,高级工程师*通讯联系人(E-mail:jh63125@https://www.wendangku.net/doc/ea12359375.html,)
钛合金
合金元素 钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。 氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在0.015％以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。 [编辑本段] 钛合金的分类 钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（itanium alloys）。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。 α钛合金 它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。 β钛合金 它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 α+β钛合金 它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。 三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α+β钛合金次之，β钛合金最差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC。
典型钛及钛合金的组织与性能综述
典型钛及钛合金的组织 与性能综述 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022
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。 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 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×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。
医用钛合金及其表面活化的研究现状
第34卷 第2期 2009年 2 月 HEAT T RE AT ME NT OF MET ALS Vol 134No 12 February 2009 综 述 医用钛合金及其表面活化的研究现状 赵凤娟 1,2 ,宋 英1,王福平 1 (11哈尔滨工业大学应用化学系,黑龙江哈尔滨 150001;21哈尔滨工业大学图书馆,黑龙江哈尔滨 150001) 摘要:医用Ti 合金具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和生物相容性,在医学临床上获得广泛应用,但是其耐磨性能和生物活性等方面仍不够理想,耐腐蚀性能也有待于进一步提高。开发具有更佳综合性能的医用钛合金,或对现有成熟医用钛合金进行表面改性是解决上述问题的有效途径。本文综述了医用钛合金的发展及其存在的问题和表面活化研究进展,并对医用Ti 合金的表面活化的前景进行了展望。 关键字:Ti 合金;生物医用材料;表面改性;生物活性 中图分类号:TG146123 文献标识码:A 文章编号:025426051(2009)022******* Research st a tus of b i om ed i ca l tit an i u m a lloy and its surface acti va ti on Z HAO Feng 2juan 1,2 ,S ONG Ying 1,WANG Fu 2p ing 1 (11Depart m of App lied Che m istry,Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin Heil ongjiang 150001,China; 21L ibrary,Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin Heil ongjiang 150001,China ) Abstract:B i omedical titaniu m all oys have been app lied widely in medicine clinic due t o their excellent mechanical p r operties,corr osi on resistance and bi ocompatibility,but they are not good enough in the as pect of anti 2wear and bi oactivity 1Further more,corr osi on resistance als o needs t o be i m p r oved further 1Devel op ing ne w bi omedical titaniu m all oys,which possess better combined p r operties or surface modificati on on available clinical titaniu m all oys,is an effective app r oach t o res olve the above 2menti oned p r oble m s 1This paper revie wed the devel opment and the main p r oble m s of bi omedical titaniu m all oys,and research status of surface activating on bi omedical titaniu m all oys 1The p r os pect of surface activating on bi omedical titaniu m all oys is p resented 1 Key words:titaniu m all oys;bi omedical material;surface modificati on;bi oactivity 收稿日期:2008210208 作者简介:赵凤娟(1968—),女,黑龙江哈尔滨人,硕士,主要从事图书管理工作,已发表论文2篇。联系电话:0451286414337,E 2mail:zhaofengjuan@hit 1edu 1cn 生物医用材料是对生物体进行诊断、治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料。医用金属材料因其具有较高的强度和抗疲劳性能,是临床应用最广泛的材料之一。目前常见的植入金属材料主要为超低碳奥氏体不锈钢(A I SI 316L,317L )、钴铬合金(Co 2Cr )、钛及钛合金3类材料,而钛及钛合金凭借着优异 的生物相容性、耐腐蚀性、综合力学性能和工艺性能逐渐成为牙科种植体、人工关节等人体硬组织替代和修复用的首选材料。其中Ti 26A l 24V 合金是目前临床上应用最多,也是最早的钛合金之一,但其在生物相容性、耐腐蚀性能、耐磨性能和生物活性等方面仍存在问题 [122] 。为了克服Ti 26A l 24V 合金存在的问题,近年来 各国学者一直致力于开发具有更佳综合性能的医用钛合金,或对现有成熟医用钛合金进行表面改性研究,尝试通过表面改性来提高其各项性能,以满足医学应用要求。本文综述了医用钛合金的发展及其存在的问题 和表面活化研究进展,并对活化的前景进行了展望。 1 医用钛合金的发展及其存在的问题 111 医用钛合金的发展 20世纪40年代初期,Bothe 等首次 [3] 发表了有关 金属种植体与骨之间反应的论文,并将钛引入了生物医学领域。此后,医用钛合金的发展经历了3个阶段: 第一阶段以纯钛和Ti 26A l 24V 合金为代表;第二阶段 以Ti 25A l 2215Fe 和Ti 26A l 27Nb 等新型α+β型合金为代表;第三阶段以具有更好生物相容性和更低弹性模 量的β型钛合金为代表[425] 。不同发展阶段典型钛合 金的力学性能如表1所示[6] 。 最初应用于临床的钛合金主要以纯钛为主。虽然纯钛在生理环境中具有优异的抗腐蚀性能,但其强度和耐磨性能限制了它在承载较大部位的应用,而只能 用于口腔修复及承载较小部位的骨替代[7] 。随后将航天材料Ti 26A l 24V 合金引进到医学领域,解决了纯钛强度不够的问题,同时Ti 23A l 2215V 合金也在临床 上被用作股骨和胫骨的替换材料[8] 。但该类合金中的V 元素对人体存在潜在的危害,其在生物体内聚集
钛合金常见的腐蚀形式
钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、工艺性能好等优点,是理想的航天工程结构材料。在实际生产环境中，会发生不同种类的腐蚀，主要有以下几类： 1、缝隙腐蚀 在金属构件缝隙或者缺陷处，由于电解质的滞流构成电化学电池而引起局部腐蚀现象，在中性和酸性溶液中，钛合金缝隙处发生接触腐蚀概率远大于碱性溶液，接触腐蚀并不发生在整个缝隙面，而是最终导致局部穿孔破坏。 2、点蚀现象 钛在多数盐溶液中无点蚀现象，其多发生在非水溶液以及沸腾的高浓氯化物溶液中，溶液中卤素离子对钛表面的钝化膜进行腐蚀，并向钛内部扩散而发生点蚀，点蚀孔径小于其深度。某些有机介质也会和钛合金在卤素溶液中发生点蚀现象，钛合金在卤素溶液中的点蚀一般发生在高浓度高温环境下，此外，在硫化物和氯化物中的点蚀需要特定的条件且有限。 3、氢脆 氢脆(HE)又称氢致开裂或氢损伤，是钛合金早期损伤失效原因之一，钛及其钛合金表面的钝化膜有很高的强度，氢脆的敏感随强度的升高而增加，所以钝化膜氢脆很敏感。 4、接触腐蚀 钛表面的钝化氧化膜促进钛电位移向正电位，提高了钛材耐酸性
和水介质的腐蚀。由于钛合金表面较高的电位，势必造成与其接触的其他金属形成电化学回路而造成接触腐蚀。钛合金易在下面两类介质中发生接触腐蚀：第一类是自来水、盐溶液、海水、大气、HNO3、醋酸等，该溶液Cd、Zn、Al的稳定电极电位比Ti更负，阳极腐蚀的速率激增6～60倍曰第二类是H2SO4、HCl等，Ti在这些溶液中，可能处于钝化态，也可能处于活化态，实际接触腐蚀过程中常见的为第一类溶液腐蚀。通常采用阳极化处理在基体表面形成改性层，阻碍接触腐蚀。