[科普中国]-近α钛合金

近α钛合金，near α titanium alloy，以α固溶体为基，在稳定状态下含2%～8%的β相，从β区急冷后含8%～15%β相的钛合金。

简介成分中主要含有α稳定元素铝、锡、锆等和少量β稳定元素钼、钒、锰等。具有优良的高温抗蠕变能力，良好的热稳定性和焊接性能。长期工作温度达300℃。采用真空自耗电弧炉熔炼制取。适于制造板材焊接结构件。多作船用钢板。

钛合金钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金。70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。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。1

发展历史钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。

第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%～85%。其他许多钛合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。

20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。

另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。

世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。

据相关统计数据，2012年我国化工行业用钛量达2.5万吨，比2011年有所减少。这是自2009年以来，我国化工用钛市场首次出现负增长。近些年来，化工行业一直是钛加工材最大的用户，其用量在钛材总用量的占比一直保持在50%以上，2011年占比高达55%。但随着经济陷入低迷期，化工行业不但新建项目明显减少，同时还将面临产业结构调整，部分产品新建产能受到控制，落后产能也将逐步淘汰的境地。受此影响，其对钛加工材用量的萎缩也变得顺理成章。在此之前，便有业内人士预测化工行业用钛量在2013~2015年间达到峰值。以当前市场表现看来，2012年整体经济的疲软有可能使得化工用钛的衰退期提前。

原理钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。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。

α型钛合金α型钛合金指的是使用温度下有α型单相态，抗拉强度比工业纯钛稍高，是优良的超低温合金之一。

特点α型钛合金在室温和使用温度下有α型单相态，不能热处理强化(淬火是唯一的处理方式)，,主要依靠固溶强化。室温强度一般低于β型和α+β型钛合金(但高于工业纯钛)，而在高温(500℃600℃)下的强度和蜕变，强度却是三类钛合金中最高的，且组织稳定，抗氧化性和焊接性能好，耐蚀性和可切削加工性能也较好，但塑性低(热塑性仍然良好)室温冲压性能差。其中使用最广的是TA7，它在退火状态下具有中等强度和足够的塑性,焊接性能良好,可在500℃以下使用,当其间隙杂质元素(氧、氢、氮等)含量极低时，再超低温时还具有良好的韧性和综合力学性能，是优良的超低温合金之一。

用途TA4 抗拉强度比工业纯钛稍高,可做中等强度范围的结构材料，国内主要用作焊丝。

TA5&TA6 用于400℃以下在腐蚀介质中工作的零件及焊接件，如飞机才皮,骨架零件,压气机壳体、叶片、船舶零件等。

TA7 500℃以下长期工作的结构零件和各种模锻件，短时使用可到900℃。亦可用作超低温(-233℃)部件(如超低温用的容器)。

TA8 500℃长期工作的零件，可用于制造发动机压气机盘和叶片。但合金的组织稳定性较差。在使用上受到一定限制。2

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学