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    (α+β)型鑄造鈦合金輔助強化元素和雜質元素以及有關工藝措施的影響作用


    在標準GB/T15073中,屬于(α+β)型鑄造鈦合金的有ZTC4和ZTC21。


    在(α+β)型鑄造鈦合金中,鋁是主合金化元素,鋁在鈦中主要溶于α固溶體,少量溶于β相。在室溫下鋁在α-Ti中的溶解度達7%,故有明顯的固溶強化效果。鋁還能提高鈦合金的熱穩定性和彈性模數模量,Ti-Al合金的密度小,所以鋁是鈦合金中重要的合金元素,也是典型的α穩定元素。


    但是,也不應忽視其他輔助強化元素和雜質元素以及有關工藝措施的影響作用:


    (1)其他輔助強化元素的影響作用


    釩  釩與β-Ti屬于同晶元素,具有β穩定化作用。釩在β-Ti中無限固溶,而在α-Ti中也有一定的固溶度,具有顯著的固溶強化作用,在提高合金強度的同時,能保持良好的塑性,此外,釩還能提高鈦合金的熱穩定性。


    鉬  鉬在鈦合金中的性質和作用與釩相似。


    鈮  鈮在鈦合金中的性質和作用與釩、鉬相似。


    錫  錫屬于中性元素,在α-Ti和β-Ti中都有較大的固溶度。錫具有有效的強化作用,在提高合金強度的同時,不明顯降低塑性,此外,還能提高合金的抗蠕變能力,是耐熱鈦合金中主要的合金元素之一。


    (2)雜質元素的影響作用


    (α+β)型鑄造鈦合金中的雜質元素主要有0、N、H、C、Fe和Si,它們的有害作用如下:


    O  是鈦合金的主要雜質元素,它與Ti形成間隙型固溶體,引起晶格畸變,因而使合金的塑性降低。但它在降低性能方面的作用不劇烈,因而在鈦合金中氧的允許含量可達0.15%。


    N  作用與氧相同,降低合金的塑性,其作用比氧劇烈,因此氮的允許含量比氧低,不超過0.04%~0.05%。


    C  與氧和氮相似,也是間隙型雜質元素之一。碳的存在使合金的塑性顯著降低。在鈦合金中碳的允許含量為0.1%。


    H  是雜質元素中most有害的元素,氫能使鈦變脆,稱為氫脆。造成氫脆的原因是在鈦或鈦合金的凝固和冷卻過程中,氫的溶解度大大降低,因而促使氫以TiH2化合物形態析出。這是一種脆性的片狀化合物,沿晶界析出,從而使合金的韌性降低。氫在純鈦中的固溶度很小,0.007%的含量即足以使鈦變脆。氫在鈦合金中的固溶度比在純鈦中大得多,因而鈦合金中氫的允許含量也較高。在鈦合金的兩種固溶體α和β中,氫在β相的固溶度大于在α相中的固溶度,因此氫在α鈦合金中的危害比在β鈦合金中要大。為了避免氫脆,在α鈦合金中氫的允許含量為0.01%~0.015%。


    Fe  也是鈦合金中常見的雜質元素。鐵與鈦形成置換型固溶體,也降低合金的塑性。但其作用較幾種間隙型雜質元素小,在鈦合金中鐵的允許含量為0.3%。


    Si  當鈦合金中硅的質量分數小于0.2%時,僅固溶于α相或β相中,造成晶格畸變,降低合金的塑性。當質量分數大于0.2%時,除固溶外,還與鈦形成Ti5Si3,析出在晶界上,阻止合金在受力時沿晶面產生的滑移。提高鈦合金抗蠕變的能力。因此在少數鈦合金中作為合金元素使用,其質量分數可達0.4%。


    (3)有關工藝措施的影響作用


    (α+β)型鑄造鈦合金是同時加入α穩定元素和β穩定元素,使α和β相都得到強化,這類合金的性能特點是常溫強化、耐熱強度及塑性比較好,并可進行熱處理強化,但合金組織不夠穩定,且焊接性能不如α鈦合金。


    ZTC4合金是(α+β)型鑄造鈦合金的典型。合金中ωAl5.5%~6.8%、ωV3.5%~4.5%,鑄態顯微組織為粗晶的魏氏體,其中α相與β相以層狀交替重疊。經過退火后的顯微組織是以α為基體,在基體之間分布著短桿狀和點狀的β相,β相的數量約占7%~10%。ZTC4合金兼有良好的強度和塑性,經過退火(750~800℃保溫1h,空冷)處理后,合金的力學性能為:σb950MPa、σ0.2858 MPa、δ10%。當合金用于鑄制較薄的鑄件時,還可進行固溶和時效處理,以進一步提高其性能。合金經800~850℃固溶處理1h,水淬,然后450~550℃時效2~4h后,其強度可比退火狀態提高約20%~25%,但塑性則相應有所降低。


    【上一個】 鑄造低合金鋼中不應忽視對硼含量及其有關工藝性問題的控制 【下一個】 在鑄造鋅合金中輔助強化元素和雜質元素以及有關工藝措施的影響作用

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