難加工材料典型物理力學(xué)性能
發(fā)布時(shí)間：2025-08-28 文章來源：本站原創(chuàng) 閱讀量：34
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(diǎn)為1668℃。當(dāng)溫度低于882℃時(shí)，為密排六方晶格結(jié)構(gòu)的α相鈦；當(dāng)溫度高于882℃時(shí)，為體心立方晶格結(jié)構(gòu)的B相鈦?；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?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度和抗蠕變性能，且具有較強(qiáng)的抗氧化性。但其室溫強(qiáng)度不高，且不能通過熱處理來增強(qiáng)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(qiáng)度無需熱處理即可達(dá)到1327~1666MPa，經(jīng)淬火等處理后可進(jìn)一步強(qiáng)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(dāng)?shù)睦鋮s速度下，室溫組織均為β相。通?？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?？蔁崽幚?beta;相鈦合金在淬火條件下具有極強(qiáng)的工藝塑性，可冷成型為板材，經(jīng)時(shí)效處理可獲得高達(dá)1300~1400MPa的室溫抗拉強(qiáng)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(qiáng)度、韌性、塑性和高溫變形能力，并可通過淬火、時(shí)效等工藝進(jìn)行強(qiáng)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(jī)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(qiáng)度約為工業(yè)純鈦的兩倍；耐還原性介質(zhì)腐蝕能力強(qiáng)，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(jìn)行鍛造和軋制。在盡可能低的溫度下進(jìn)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(shí)需要特殊防護(hù)，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(fù)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(diǎn)。其化學(xué)成分如表3.5所示。Al固溶在α相中，使其強(qiáng)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(shí)，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。