鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他合金元素組成的合金。鈦合金材料的種類多樣,根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn),可以有以下幾種劃分方式:
一、按基體組織分類
鈦合金在室溫下主要有三種基體組織,因此可以分為以下三類:
α鈦合金:是α相固溶體組成的單相合金,不論是在一般溫度下還是在較高的實際應(yīng)用溫度下,均是α相。它組織穩(wěn)定,耐磨性高于純鈦,抗氧化能力強。在500℃~600℃的溫度下,仍保持其強度和抗蠕變性能,但不能進行熱處理強化,室溫強度不高。α鈦合金的切削加工性最好。
(α+β)鈦合金:是雙相合金,具有良好的綜合性能,組織穩(wěn)定性好,有良好的韌性、塑性和高溫變形性能,能較好地進行熱壓力加工,能進行淬火、時效使合金強化。熱處理后的強度約比退火狀態(tài)提高50%~100%;高溫強度高,可在400℃~500℃的溫度下長期工作,其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。α+β鈦合金的切削加工性次之。
β鈦合金:是β相固溶體組成的單相合金,未熱處理即具有較高的強度,淬火、時效后合金得到進一步強化,室溫強度可達1372~1666 MPa;但熱穩(wěn)定性較差,不宜在高溫下使用。β鈦合金的切削加工性最差。
在中國,上述三類鈦合金分別以TA、TC、TB表示。
二、按用途分類
工業(yè)純鈦:鈦含量不低于99%,并含有少量鐵、碳、氧、氮等雜質(zhì)的致密金屬。工業(yè)純鈦在常溫雖是密排六方晶格(α),但其軸比?。╟/a=1.587),有較好的可加工性。
耐蝕鈦合金:適合于在強腐蝕性介質(zhì)中應(yīng)用,主要為低強合金。耐蝕鈦合金提高了工業(yè)純鈦在還原性介質(zhì)中的耐腐蝕能力,目前比較成熟的有鈦鉬、鈦鈀、鈦鉬鎳、鈦鎳、鈦鉭等合金。
結(jié)構(gòu)鈦合金:按強度分類,低強度鈦合金主要用于耐蝕環(huán)境,其他鈦合金用于結(jié)構(gòu)件。
普通強度鈦合金:強度約為500MPa,主要包括工業(yè)純鈦、T-2A1-1.5M(TCI)和T-3Al-2.5V(TAI8),由于加工成型性能和可焊性好,合金用于制造各種航空用板材零件和液壓管等,以及自行車民用產(chǎn)品。
中等強度鈦合金:強度約為900 MPa,典型合金是T-6A1-4V(TC4),廣泛用于宇航工業(yè)。
高強度鈦合金:室溫抗拉強度在1100 MPa以上,由近β鈦合金和亞穩(wěn)定β鈦合金組成,主要用來代替飛機結(jié)構(gòu)中常用的高強度結(jié)構(gòu)鋼,典型合金有T-13V-11Cr-3Al、T-15V-3Cr-3Al-3Sn和T-10V-2Fe-3Al等。
低溫鈦合金:是適合于低溫下使用的α和(α+β)鈦合金。該類合金強度隨溫度的降低而增加、韌性隨溫度的降低而很少下降,可作低溫結(jié)構(gòu)件。
三、按強度分類
低強度鈦合金:以優(yōu)異的耐腐蝕性著稱,常用于特定環(huán)境要求高的場合。
普通強度鈦合金:強度約為500MPa,因其良好的加工性、可焊性及經(jīng)濟性,廣泛應(yīng)用于航空板材、液壓管及民用產(chǎn)品如自行車等。
中等強度鈦合金:強度約為900 MPa,以Ti-6Al-4V(TC4)為代表,是宇航工業(yè)的首選材料。
高強度鈦合金:室溫抗拉強度超過1100MPa,主要由近β鈦合金和亞穩(wěn)定β鈦合金構(gòu)成,常用于替代飛機結(jié)構(gòu)中的高強度結(jié)構(gòu)鋼,如Ti-13V-11Cr-3Al等合金便屬此類。
綜上所述,鈦合金材料的種類多樣,不同的鈦合金具有不同的特性和應(yīng)用場景。在選擇鈦合金時,需要根據(jù)具體的使用環(huán)境和要求來確定合適的鈦合金類型。