難加工材料典型物理力學(xué)性能
3.2.1 鈦合金材料的物理力學(xué)性能
鈦是同素異形體
，熔點為1668℃
。當溫度低于882℃時
，為密排六方晶格結(jié)構(gòu)的α相鈦
；當溫度高于882℃時
，為體心立方晶格結(jié)構(gòu)的B相鈦
?div id="4qifd00" class="flower right">
；阝伒倪@兩種不同結(jié)構(gòu)，添加其他合金元素，逐漸改變其相變溫度和相分數(shù)
，從而獲得不同結(jié)構(gòu)的鈦合金材料
。室溫下，鈦合金可分為α相鈦合金
、β相鈦合金和（α+β）相鈦合金三類
，國家標準中分別將其分別稱為TA、TB和TC
。表3.2列出了常見鈦合金的化學(xué)成分和物理力學(xué)性能
。
（1）α相鈦合金為單相合金。無論在室溫還是更高的切削溫度下
，其組織均穩(wěn)定
，耐磨性優(yōu)于純鈦材料。在500~600℃下仍能保持較高的強度和抗蠕變性能
，且具有較強的抗氧化性
。但其室溫強度不高，且不能通過熱處理來增強材料性能
。該合金主要含有α相穩(wěn)定化元素
，常用于石油化工行業(yè)，包括工業(yè)純鈦（TA0~TA3）
、TA9和TA10
。（2）β相鈦合金為單相合金，室溫強度無需熱處理即可達到1327~1666MPa
，經(jīng)淬火等處理后可進一步強化
，但熱穩(wěn)定性較差，不適用于高溫使用
。β相穩(wěn)定化元素含量充足
，在適當?shù)睦鋮s速度下，室溫組織均為β相
。通?div id="d48novz" class="flower left">
？煞譃榭蔁崽幚鞡相鈦合金（亞穩(wěn)態(tài)β相鈦合金）和熱穩(wěn)定態(tài)β相鈦合金?div id="d48novz" class="flower left">
？蔁崽幚?beta;相鈦合金在淬火條件下具有極強的工藝塑性
，可冷成型為板材，經(jīng)時效處理可獲得高達1300~1400MPa的室溫抗拉強度
。（3）(α+β)相鈦合金是一種綜合性能良好的雙相合金
，其熱穩(wěn)定性僅次于α相鈦合金，可在400~500℃下長期使用
，具有良好的高溫強度
、韌性
、塑性和高溫變形能力，并可通過淬火
、時效等工藝進行強化
。含有大量β穩(wěn)定化元素。室溫穩(wěn)定狀態(tài)下
，由α相和B相組成的合金主要用于石油石化
、海洋工程、船舶和航空航天等領(lǐng)域
。常用的有TC10和TC18
。
1. TA10的物理機械性能
TA10（Ti-0.3Mo-0.8Ni）屬于α相鈦合金，是α相鈦合金的發(fā)展
。其在300℃下的抗拉強度約為工業(yè)純鈦的兩倍；耐還原性介質(zhì)腐蝕能力強
，在150~200℃的氯化物中不腐蝕
。
TA10材料不含稀有金屬，具有較好的加工性能
。TA10具有優(yōu)異的加工性能
，可在850-950℃的溫度范圍內(nèi)進行鍛造和軋制。在盡可能低的溫度下進行熱加工可最大程度地減少表面污染
。為了防止吸氫引起的氫脆
，需要在氧化環(huán)境中加熱。TA10具有優(yōu)異的塑性和彎曲性能
，在250℃下成形可最大程度地減少回彈
。通常采用氬弧焊，但焊接溫度高于430°C時需要特殊防護
，以防止碳
、氮、氫和氧的污染
。
TA10的體積密度為p = 4.54 g/cm3
。TA10的主要化學(xué)成分如表3.3所示，主要合金元素為鉬和鎳
。其熱導(dǎo)率如圖3.3所示
。
圖3.3和表3.3顯示，在400°C之前
，TA10鈦合金的熱導(dǎo)率與溫度呈負相關(guān)
。在400°C之后，熱導(dǎo)率曲線隨溫度升高略有上升
。TA10的力學(xué)性能如表3.4所示
。
2. TC4的物理力學(xué)性能
TC4（Ti-6Al-4V）是一種（α+β）相鈦合金
，兼具α相和B相的優(yōu)點。其化學(xué)成分如表3.5所示
。Al固溶在α相中
，使其強化，V則使β相穩(wěn)定
。隨著溫度升高
，α相含量減少，β相含量增加
。在約1000℃時
，α相完全轉(zhuǎn)變?yōu)?beta;相。冷卻過程中則發(fā)生相反的轉(zhuǎn)變
。
