α与β钛合金的性能

西工钛合金之前对钛合金的分类及性能做过深入的讲解，以下主要结合α和β两种常用钛合金，对其性能、强度、温度等进行一些说明。

钛合金的性能主要取决于α和β两相的排列方式、体积分数以及各自的性能。与体心立方β相相比，六方α相具有更高的堆积密度和各向异性的晶格结构。与β相相比，α相具有以下特征：

更高的抵抗塑性变形能力；

较低的塑性；

力学和物理性能的各向异性更强；

扩散速率至少低两个数量级；

更高的抗蠕变性能。

下表概括列出了α、α+β和p三种钛合金的物理、力学和工艺性能的主要差别。

Al是最重要的α相稳定化元素，由于其密度仅为Ti的一半，所以α合金的密度小于β合金。由于后者通常用重金属元素如Mo和V进行合金化，致使密度差别更为显著。

α合金一般为单相合金，具有中等强度。然而，α+β两相和亚稳β合金可以分别强化到较高和非常高的强度水平。

译者注：++好；+较好；--差；-较差。

亚稳β合金以低塑性为代价获得非常高的强度。如果不进行时效强化，亚稳β合金具有类似于α和α+β合金的相对较好的塑性。另外，塑性与显微组织密切相关。

由于钛合金的断裂韧性与显微组织和时效条件密切相关，所以钛合金的成分与断裂韧性之间不存在确定的关系。特别是粗大层片状组织的断裂韧性高于细小的等轴状组织。层状组织韧性高的原因是由于这种结构可以使扩展裂纹沿不同取向的板条束发生偏斜，导致裂纹前沿钝化，从而吸收额外的裂纹扩展能量。

密排六方晶体的原子扩散能力和晶体变形能力相对较低是α相具有优异的抗蠕变性能的主要原因。随着β相体积分数的增加，钛合金的抗蠕变性能变差。β相不连续分布的两相组织也具有高的抗蠕变性能。大部分的层片状组织和部分双态组织属于这种情形。

钛与氧之间的亲和力很高，这意味着即使在室温大气中钛合金表面也能形成一层非常薄的致密氧化层(TiO， ) ， 这也是钛合金抗蚀性优异的原因。在三种合金中， α合金比p合金稳定。

钛合金的最高使用温度主要不是受强度不足的限制，而是受其抗氧化能力相对较差的限制。β合金比α合金更容易氧化。

钛合金的另外一个缺点是与周围环境中的O和H之间具有很高的反应活性，从而会导致合金脆化。所以，钛合金的焊接必须在真空或惰性气氛中进行。α合金和α+β合金比p合金更容易焊接，当β合金时效至高强度水平时更是如此。

α相的变形能力极为有限，并且加工硬化能力很强，意味着α合金和α+β合金只能在高温下变形。钛合金的变形温度随着β相体积分数的增加而降低，一些亚稳β合金甚至可以在室温下变形。连续的β相中嵌有细小的等轴状组织是实现超塑性变形的要求。