钛合金是以钛为基础加入其他合金元素组成的合金。钛合金材料的种类多样,根据不同的分类标准,可以有以下几种划分方式:
一、按基体组织分类
钛合金在室温下主要有三种基体组织,因此可以分为以下三类:
α钛合金:是α相固溶体组成的单相合金,不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下,均是α相。它组织稳定,耐磨性高于纯钛,抗氧化能力强。在500℃~600℃的温度下,仍保持其强度和抗蠕变性能,但不能进行热处理强化,室温强度不高。α钛合金的切削加工性最好。
(α+β)钛合金:是双相合金,具有良好的综合性能,组织稳定性好,有良好的韧性、塑性和高温变形性能,能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%~100%;高温强度高,可在400℃~500℃的温度下长期工作,其热稳定性次于α钛合金。α+β钛合金的切削加工性次之。
β钛合金:是β相固溶体组成的单相合金,未热处理即具有较高的强度,淬火、时效后合金得到进一步强化,室温强度可达1372~1666 MPa;但热稳定性较差,不宜在高温下使用。β钛合金的切削加工性最差。
在中国,上述三类钛合金分别以TA、TC、TB表示。
二、按用途分类
工业纯钛:钛含量不低于99%,并含有少量铁、碳、氧、氮等杂质的致密金属。工业纯钛在常温虽是密排六方晶格(α),但其轴比小(c/a=1.587),有较好的可加工性。
耐蚀钛合金:适合于在强腐蚀性介质中应用,主要为低强合金。耐蚀钛合金提高了工业纯钛在还原性介质中的耐腐蚀能力,目前比较成熟的有钛钼、钛钯、钛钼镍、钛镍、钛钽等合金。
结构钛合金:按强度分类,低强度钛合金主要用于耐蚀环境,其他钛合金用于结构件。
普通强度钛合金:强度约为500MPa,主要包括工业纯钛、T-2A1-1.5M(TCI)和T-3Al-2.5V(TAI8),由于加工成型性能和可焊性好,合金用于制造各种航空用板材零件和液压管等,以及自行车民用产品。
中等强度钛合金:强度约为900 MPa,典型合金是T-6A1-4V(TC4),广泛用于宇航工业。
高强度钛合金:室温抗拉强度在1100 MPa以上,由近β钛合金和亚稳定β钛合金组成,主要用来代替飞机结构中常用的高强度结构钢,典型合金有T-13V-11Cr-3Al、T-15V-3Cr-3Al-3Sn和T-10V-2Fe-3Al等。
低温钛合金:是适合于低温下使用的α和(α+β)钛合金。该类合金强度随温度的降低而增加、韧性随温度的降低而很少下降,可作低温结构件。
三、按强度分类
低强度钛合金:以优异的耐腐蚀性著称,常用于特定环境要求高的场合。
普通强度钛合金:强度约为500MPa,因其良好的加工性、可焊性及经济性,广泛应用于航空板材、液压管及民用产品如自行车等。
中等强度钛合金:强度约为900 MPa,以Ti-6Al-4V(TC4)为代表,是宇航工业的首选材料。
高强度钛合金:室温抗拉强度超过1100MPa,主要由近β钛合金和亚稳定β钛合金构成,常用于替代飞机结构中的高强度结构钢,如Ti-13V-11Cr-3Al等合金便属此类。
综上所述,钛合金材料的种类多样,不同的钛合金具有不同的特性和应用场景。在选择钛合金时,需要根据具体的使用环境和要求来确定合适的钛合金类型。