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1、1 知知识识点点讲讲义义 授课题目 第 2 章 工业纯钛 知识点 2 杂质元素对钛性能的影响 教学目的 和要求 理解杂质元素对钛性能的影响 教学重点 杂质元素对钛性能的影响 教学难点 无 教学进程教学进程 教学内容、教学设计、教学过程教学内容、教学设计、教学过程 教学目标教学目标 1：杂质元素对钛性能的影响 教学内容及过程设计：杂质对工业纯钛的性能影响很大，杂质含量高则强度提高、塑性急剧降低。生产上常以硬度作为测定工业纯钛的纯度标准。钛是一种化学性质非常活泼的金属，原子价是可变的。在较高的温度下，可与许多元素和化合物反应。钛主要与 C、H、N、O 发生反应，使其脆化。掌握钛的吸气性能、钛的热加
2、工、机械加工、加工成形、铸造、焊接和使用，具有重要意义。钛与氧的亲和力极强，加热初期，氧进入钛表面晶格中，形成一层致密的氧化膜，这层氧化膜可以阻止氧进一步向基体扩散；当加热到 500以上时，钛的氧化膜成为多孔状，变厚并容易剥落，氧通过膜中的小孔不断地向基体扩散，在钛的内部形成一硬脆层，使钛的塑性变低。因此，钛在热加工中，要在保护气氛中进行。钛在 400以上大量吸氢，会引起氢脆。钛中常见的杂质有氧、氮、碳、氢、铁及硅等。前四种杂质元素与钛形成间隙固溶体，后两种与钛形成置换固溶体，过量时形成脆性化合物。钛的性能与杂质含量有密切关系。氧、氮、碳提高-转变温度，扩大相区，是稳定相的元素。这些元素占据钛
3、原子间隙位置形成间隙固溶体，而因此形成的钛晶格畸变将阻碍位错运动，产生固溶强化；同时，钛晶格的 c 轴增加多，a 轴增加少，致使2 长短轴比 c/a 增大，当其接近理论值 1.633 时，钛的滑移系减少，从而塑性降低。因而需限制它们的含量。Fe 和 Si 元素，与钛形成置换固溶体，过量时形成脆性化合物。氢是稳定相的元素，从钛和氢的相图可知氢在钛中溶解度比在钛中的溶解度大得多，且在钛中的溶解度随温度的降低而剧烈减少。黄商君等研究了钛吸氢和放氢动力学问题，并测量了吸氢和放氢曲线，发现相钛合金很容易发生氢脆。一般钛的冲击韧性 l80J/cm2，当氢含量为 0.015%时，冲击韧性降至30J/cm2。
4、当含氢的钛共析分解，以及含氢的钛冷却时，析出氢化物：TiH,使钛合金的脆化。3 因此，具有及+组织的钛合金要求氢含量很低，一般采用真空冶炼工艺使氢的含量保持很低。氢在钛中溶解度较高，且相容易吸氢，所以，钛合金中氢的含量较高，达到 0.01%-0.02%。氢含量低时 TiH 呈点状，高时呈针状。氢含量高时，可采用真空退火去氢。氢对铁及钛合金的影响，目前已不仅仅是关注其对性能的不利影响，也是利用氢致塑性、氢致相变，以及钛合金中氢的可逆合金化作用以实现钛氢系统最佳组织结构，改善加工性能的一种新体系、新方法和新手段，利用该技术不仅可以改善钛合金的加工性能，而且可以提高钛制件的使用性能，降低钛产品的制造
5、成本，提高钛合金的加工效率。这种工艺称为热氢处理。教学目标教学目标 2：热氢处理 教学内容及过程设计：热氢处理利用了氢在钛合金中的特性，把氢作为临时合金化元素。它主要包括以下 3 方面的影响：1、氢是相稳定元素，可以有效地降低（+)转变温度，相应增加了退火和淬火合金中相数量如渗氢后纯钛的相转变温度由860降至330,对TC4合金，0.5%的 H 可使相转变温度由 980降至 805。同时由于氢增加了4 相的稳定性，降低临界冷却速率和马氏体转变的特征温度，因此，在较低温度和较低冷却速度下淬火可得到大量亚稳相。2、氢对钛合金相变和组织形成的影响与置换元素（V、Mo、Cr、Fe 等)作为相稳定剂的结果相似。含 0.1%H 的相稳定效果与 3.3%的 Nb，1.62%的 V、1.05%的 Mo,0.66%的 Fe 和 0.64%的 Cr 相当。3、氢是钛的共析反应元素，可导致-+TiH2共析反应，可利用这种共析转变细化粗大钛合金组织。加入氢也会出现共析转变和马氏体转变，且在温度较低时，马氏体转变产生大量的晶格缺陷，并在随后冷却过程中保留在相中，因而可将不能热处理强化的合金和近合金转变为可热处理强化的+合金。