合金元素對鈦合金組織結構和性能的影響

1.Al 鋁具有顯著的固溶強化作用，在α-Ti 中的固溶度大於在β-Ti 中的固溶度，提高α / 相互轉變的溫度，擴大β α相區，屬於α穩定化元素。當合金中Al 的質量分數在7%一下時，隨含Al 量的增加，合金的強度提高，塑性無明顯降低；當合金中Al 的質量分數超過7%時，合金組織中出現脆性Ti3Al，塑性顯著降低。

　　2.V(Mo、Nb、Ta) 釩屬於 β-Ti 同晶元素，具有 β穩定化作用，在 β-Ti 中無限固溶，在 α-Ti 中也有一定的固溶度。釩具有顯著的固溶強化作用，在提高合金強化的同時能保持良好的塑性。釩還能提高鈦合金的熱穩定性。

　　3.Cu 銅屬於 β穩定化元素，鈦合金中的銅一部分以固溶狀態存在，另一部分形成 Ti2Cu 或 TiCu2化合物， TiCu2 具有熱穩定性，起到提高合金熱強化性的作用。由於銅在 α相中的固溶度隨溫度的降低而顯著減少， 故可以通過時效沉澱強化來提高合金的強度。

　　4.Si 矽的共析轉變溫度較高 （860℃），可改善合金的耐熱性能。在耐熱合金中加入的矽量以不超過 α相最大固溶度為宜，一般為 0.25%左右。由於矽和鈦的原子尺寸差別較大，在固溶體中容易在位錯處偏聚， 阻止位錯運動，從而提高耐熱性。矽除了作為固溶元素固溶於基體， 還有一部分形成第二相沉澱析出， 擴大了馬氏體穩定存在溫度區間， 提高了合金硬度。對於鈦鋁合金的定向凝固生長， 少量矽的加入可改善凝固組織的抗蠕變和氧化性能，但降低斷裂韌性。

　　5.Zr、Sn 中性元素，在 α-Ti 和 β-Ti 中均有較大的溶解度，起補充強化作用。在耐熱合金中， 為保證合金組織以α相為基，除鋁以外還需加鋯和錫來進一步提高耐熱性，同時對塑性的不利影響比鋁小， 使合金具有良好的壓力加工性和焊接性能。鋁、鋯、錫都能抑制 ω 相的形成，並且錫能減少對氫脆的敏感性。在鈦錫系合金系中，當錫 >18.5%時，會形成有序相 Ti3Sn，降低了塑性和熱穩定性。

　　6.Mn、Fe、Cr 強化效果大，穩定 β相能力強，密度比鉬、鎢小，故應用較多，是高強亞穩定 β型鈦合金的主要添加劑。但它們與鈦形成慢共析反應， 在高溫長期工作條件下，組織不穩定，蠕變抗力低。當添加 β同晶型元素，特別是鉬時，有抑制共析反應的作用。

　　
      7.合金元素在鈦合金中的作用歸納：

　　①起固溶強化作用。提高室溫抗拉強度最顯著的是鐵、錳、鉻、矽；其次為鋁、鉬、釩；而鋯、錫、鉭、鈮強化效果差。

　　②升高或降低相變點，起穩定 α相或 β相的作用。

　　③添加 β穩定元素，增加合金的淬透性，從而增強熱處理強化效果。

　　④鋁、鋯、錫有防止 ω相的形成的作用；稀土可抑制 α2 相析出； β同晶元素有阻止 β相共析分解的作用。

　　⑤加鋁、矽、鋯、稀土元素可改善合金的耐熱性。

　　⑥加鈀、釕、鉑等提高合金的耐腐蝕性和擴大鈍化範圍。

工業合金均採用多元組合複合強化， 除鋁外，還添加β穩定元素組釩、 鉬等及中性元素錫、鋯，它們不僅增強了復相組織中α、β相強度，而且改變了β相分解動力學，提高實效組織的彌散度，顯著提高熱處理強化效果