钛铝合金的金相组织是什么样的

颜色不同：钛铝合金是银白色的金属，它具有许多优良性能。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。密度不同：钛的密度为4.54g/cm3，比钢轻43%，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍。

用途不同：钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。

铝合金工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。

通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金，比如铝合金门窗。铝合金的用途更广。

2、密度不同。钛的密度为4.54g/cm3，比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K，比钢高近500K。而纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的 1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态 σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。

3、用途不同。钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。铝合金工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金，比如铝合金门窗。铝合金的用途更广。

钛合金的特性：

1、强度高

钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右， 钛合金仅为钢的60%，纯钛的密度才接近普通钢的密度，一些高强度钛合金超过了许多 合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。

2、热强度高

使用温度比 铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。

3、抗蚀性好

钛合金在潮湿的 大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。

4、低温性能好

钛合金在低温和超低温下，仍能保持其 力学性能。低温性能好，间隙元素极低的钛合金，如TA7，在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温 结构材料。

5、化学活性大

钛的化学活性大，与大气中O、N、H 钛合金、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15 mm，硬化程度为20%～30%。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。

6、导热弹性小

钛的导热系数λ=15.24W/（m.K）约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的2～3倍，造成 刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。

原理：

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。

用途：

钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的 冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及 环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产 贮氢材料和 形状记忆合金等。

用途不同：钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。

铝合金工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。

通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金，比如铝合金门窗。铝合金的用途更广。

（1）比硬度，一块是铝一块是钛合金，只要二块材料相互划画。划伤的一块是铝。因为钛比铝硬度高。

（2）比耐酸，铝遇酸马上起化学反应，钛耐酸性很好。

（3）比耐碱，铝遇碱也就起化学反应，钛耐碱性很好。

（3）比强度，用手钳、剪刀破坏铝很生力，钛很费力。

（4）比颜色，在一张白纸上划几下铝马上留下黑色划痕，钛看不见划痕。

一、性能不同

1、铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。

2、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。

二、加工工艺不同

1、铝和铝合金可以用各种不同的方法熔炼。常使用的是无芯感应炉和槽式感应炉、坩埚炉和反射式平炉（使用天然气或燃料油燃烧）以及电阻炉和电热辐射炉。炉料种类广泛，从高质量的预合金化铸锭一直到专门由低等级废料构成的炉料都可以使用。

2、钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约 8%的增长速度发展。

三、用途不同

1、各种飞机都以铝合金作为主要结构材料。飞机上的蒙皮、梁、肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造。飞机依用途的不同，铝的用量也不一样。航天飞机的乘员舱、前机身、中机身、后机身、垂尾、襟翼、升降副翼和水平尾翼都是用铝合金制做的。各种人造地球卫星和空间探测器的主要结构材料也都是铝合金。

2、钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。

参考资料：百度百科—铝合金

百度百科—钛合金

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概念定义： 以钛为基加入其他合金元素组成的合金称作钛合金。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,是较为理想的航天工程结构材料。

研究范围： 钛合金可分为结构钛合金和耐热钛合金,或α型钛合金、β型钛合金和α＋β型钛合金。研究范围还包括钛合金的成形技术、粉末冶金技术、快速凝固技术、钛合金的军用和民用等。

(一) 发展过程

50年代初～70年代初

需求动力： 为满足航空工业对材料的需求,钛合金受到重视并得以发展,技术基础主要是冶金学和工艺学。

主要特点： 该阶段的特点是从材料的探索研究逐步转向应用。主要材料有Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn等,主要用于航空发动机、航天用压力容器、发动机壳体等。

典型成果和产品：典型材料:Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Sn

70年代～90年代

需求动力： 钛合金应用领域的扩大,使钛工业得到迅速发展,新工艺和新技术推动钛合金成形工艺的发展。

主要特点： 该阶段的特点:(1)钛在航空航天工业应用量不断增加,在其它行业如海洋工程、化工、电力、冶金、医疗等方面的应用也日趋增多,成为第三金属。(2)新型钛合金不断问世,如高强钛合金、耐热钛合金等。(3)采用新工艺技术如超塑成形、快速凝固技术和等温锻造等。(4)为扩大应用而重视降低成本问题。

典型成果和产品：典型材料: Ti-1100, Ti-1023, IMI834, Timetal62S, SP-700等

(二) 现有水平及发展趋势

钛合金是航空航天工业应用较广的一种金属材料,按用途可分为结构钛合金和高温钛合金(使用温度>400℃)。

结构钛合金以Ti-6Al-4V为代表,该合金已广泛用于飞机、导弹上,并已由次承力结构件转为主结构件。为适应更高强度和韧性的要求(如强度提高至1275～1373MPa,比强度提高至29～33,弹性模量提高至196GPa),近年研制了许多新型钛合金,如美国的Ti-15V-3Cr-3Sn-3AlTi-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr(β-C),Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo-0.23Si,Ti-4.5Al-1.5Cr英国的Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si(IMI500)、日本的SPF00、CR800、SP700和前苏联的BT22等。其中Ti-15-333铸件和β-C可取代沉淀硬化不锈钢和镍基合金,Ti-6-22-22在美国先进战术战斗机（ATF）的样机F－22A中的用量占22%（重量）。日本的SP700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe),不仅强度高,而且在755℃达超塑性,延伸率可达2000%,成形性好,加工成本低,可取代Ti-6Al-4V,已用于航天构件。

高温钛合金近年来取得一定进展,在该领域中,美国和英国占据优势。但两国采用的开发方法和侧重点则截然不同。英国采用的是以α相固溶强化为提高蠕变强度的必要手段而无需β相共存的方法,侧重于研究近α型合金,即开发以提高蠕变强度为主的Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si(使用温度400℃)、Ti-11Sn-2.25Al-5Zr-1Mo-0.2Si(IMI679,使用温度450℃)、Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si(IMI685)合金和以改善疲劳强度为主的Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si(IMI829)和Ti-5.5Al-4.5Sn-4Zr-0.4Mo-0.8Nb-0.4Si(IMI834)。

美国则采用通过牺牲疲劳强度来提高蠕变强度的方法,侧重研究钼含量较高的合金,如Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo(6242,使用温度470℃)、6242S(使用温度500℃)合金。随后,又研究开发了Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si合金(Ti-1100),其使用温度提高到600℃。

最近美国又研制了Timetal21S(Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si)(又称β21S),使用温度704℃,可用于制造高温导管及压力管,被优选为美国国家空天飞机(NASP)机体用金属基复合材料的基体材料。目前,这些新型高温钛合金均尚未进入实用化阶段。

目前高强度钛合金超塑性成形技术发展很快,其发展趋势是气压成形等温锻造和真空成形法。

美国在钛合金的研制和应用方面,一直处于领先水平,据统计在美国的航空工业中,钛的消费比例为70%,美国在钛合金的成形方面,主要采用了超塑性条件下的等温锻造和板材成形。为降低成本,扩大应用,美国推出新牌号的合金,如Timetal62S(Ti-6Al-2Fe-0.1Si),以铁代钒在成本上优于Ti-6Al-V,而且性能与之相当。

前苏联钛工业已有35年以上的历史,它的发展过程平稳,没有大的起伏。生产了大量的与Ti-6Al-4V及Ti-5Al-2.5Sn类似的合金以及一系列高温高强合金,并研究了特种耐蚀钛合金,如4200、4210、4207等,在航天工业中,前苏联广泛采用超塑性条件下钛合金的气压成形工艺。

英国在耐热钛合金的研究和应用方面同美国各占优势,但其侧重研究近α型合金,即大力开发以提高蠕变强度为重点的合金,如Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si、Ti-11Sn-2.25Al-5Zr-1Mo-0.2Si(IMI879)、Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si(IMI685)等,其中IMI685在欧洲已获得广泛应用。

近年来,日本在钛合金的研究方面也取得了较大进展,如为降低成本开发了SP-700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)合金,该合金的成形性能优于Ti-6Al-4V。日本采用低应变率的超塑性真空成形工艺。

(三) 主要研究机构

美国钛金属公司(American Titanium Metal Company)，主攻技术及工程：钛合金

苏联全苏轻合金研究所(ВИЛС)，主攻技术及工程：主攻技术: 钛合金

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铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。

铝合金仍然保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面：一是作为受力构件；二是作为门、窗、管、盖、壳等材料；三是作为装饰和绝热材料。利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点，制成各种装饰品。铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工，制成各种装饰板材、型材，作为装饰材料

用途不同：钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。

铝合金工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。

通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金，比如铝合金门窗。铝合金的用途更广。