高性能钛合金Super-TIX800的实用特性

…　ｍ　ｍ　“－　震　…………　ｍ　………………～　……………一………　一　……　…一一一…一　—　一＿—一　　高性鹾钛合金Ｓｕｐｅｒ—ＴＩＸ８００帕实用特性　日本开发了Ｓｕｐｅｒ—ＴＩＸ系列钛合金，它不含高价　的添加元素。具有优良的热加工和冷加工性能，室温　而且没有焊裂缺陷。对焊接板进行在７５０　ｏＣ，保温　１　ｈ后空冷的焊后热处理，测试焊接接头的拉伸性　强度在７００～１　０００　ＭＰａ之间。该系列钛合金大致可　分为２大类：①Ｔｉ…Ｆｅ　Ｏ　Ｎ系，其强度水平在ＣＰ纯　能。并与不进行焊后热处理的接头进行比较。结果表　明．二者的屈服强度和拉伸强度几乎不变，而伸长率　钛与ＴＣ４合金之间；②　一Ｆｅ—ＡＩ系，目的是代替ＴＣ４　合金。特别是第１类的代表性合金Ｓｕｐｅｒ—ＴＩＸ８００　（Ｔｉ一１．０Ｆｅ一０．３５０—０．０１Ｎ）．具有介于Ｔｉ一６ＡＩ一４Ｖ和　Ｔｉ一３ＡＩ一２．５Ｖ之间的高强度，且有很好的热加工和冷　加工性能，添加元素仅是Ｆｅ，Ｏ，Ｎ等廉价元素，而且　该合金的残废料可以通过电子束炉重熔后作为ｃＰ　纯钛再次利用。这种合金的热延性和热变形抗力与　ＣＰ纯钛相当。可不经中间退火直接从　１３．５　ｍｍ冷　拉到　１．５　ｍｍ，而且具有与ｃＰ纯钛和ＴＣ４同等的　焊接性能。　将Ｓｕｐｅｒ—ＴＩＸ８００连续热轧成卷材后，没有发生　边裂等有害缺陷，热轧过程中轧辊受到的负荷也几　乎与纯钛ＧＲ４相当。另外，末经中间退火进行冷轧，　也没有产生边裂和内部孑Ｌ洞等有害缺陷。因此与纯　钛ＧＲ４一样可进行冷轧。冷轧退火板材典型的拉伸　性能和弯曲性能见表１。由表１可知．板材轧制方向　比宽度方向的屈服强度略低。而拉伸强度的值在２　个方向几无差异。可见这种合金在单向轧制时各向　异性比Ｔｉ一６Ａ１—４Ｖ合金及其它ａ＋／３合金的要小。弯　曲试验在ｒ＝２　Ｔ时不裂。优于日本ＣＰ４类和Ｔｉ一３Ａ１—　２．５Ｖ合金所规定的ｒ：２．５　Ｔ的要求，具有良好的弯　曲加工性　表１　Ｓｕｐｅｒ－ＴＩＸ８００冷轧板典型的力学性能　对Ｓｕｐｅｒ—ＴＩＸ８００热轧退火板材进行了焊接性　能的评价。采用同系列焊条对厚为４．６　ｍｍ．拉伸强度为　７５０－８００　ＭＰａ，坡ＩＺｌ为Ｖ型（６Ｏ。角）的Ｓｕｐｅｒ—ＴＩＸ８００　板材，进行了３道ＴＩＧ焊接（表面２道，背面１道）。　结果显示，该合金可以与纯钛在同样的条件下焊接，　从７％～８％上升到２０％，几乎与母材相当，断裂部几　乎都发生在母材（未经焊后热处理的接头有时发生在　焊接区）。夏氏冲击试验结果显示，材料经热处理后　的冲击功达６０　Ｊ・ｃｍ＿２，未经热处理的仅为４０　Ｊ・ｃｍ　。　可见这种合金焊接接头的性能良好，进行焊后热处　理．可得到与母材相当的延性和韧性。　对这种合金热轧退火后的圆棒进行室温、１００℃、　２００　ｏＣ的压缩试验。以评价这种合金的温加工性能。　结果表明。当压缩率为５０％时，２００　ｏＣ下的变形抗力　为室温下的２／３；在１００　ｏＣ，２００　ｏＣ下压缩，直至试验　机的上限压力，仍未发生裂纹，约可进行６０％的压缩　变形。　对该合金１　ｍｍ厚的冷轧退火板。在焊接后不经　热处理和经热处理后．考察变形温度（２５～２００　ｏｃ）对　焊接接头力学性能的影响。结果表明，在２００℃下，　伸长率都超过２０％，而且断裂部位均在母材处，显示　了焊接接头的良好延性。对Ｓｕｐｅｒ—ＴＩＸ８００，ＣＰ１，Ｔｉ一　３Ａ１—２．５Ｖ．Ｔｉ一６Ａ１—４Ｖ　４种合金制作的螺栓（Ｍ１０×　１４０　ｍｍ）进行了落锤式冲击拉伸试验。结果表明。随　着冲击强度的提高。螺栓的伸长率和断面收缩率呈　直线下降。其中Ｓｕｐｅｒ—ＴＩＸ８００的强度和延性处于　Ｔｉ一６Ａ１—４Ｖ和Ｔｉ一３Ａ１—２．５Ｖ合金的中间位置。因此，　Ｓｕｐｅｒ—ＴＩＸ８００合金适用于作为８００　ＭＰａ量级强度的　螺栓用材。　最后还评价了该合金的耐蚀性。把该合金浸渍　在２０％ＮａＣＩ＋ＨＣ１的沸腾溶液中。４５　ｈ后的去钝化　ｐＨ值约为１．５，而ＣＰ纯钛约为１．７５，即耐蚀性略有　下降。而与Ｓｕｐｅｒ－ＴＩＸ８００有同等强度的Ｓｕｐｅｒ—　ＴＩＸ８００Ｎ（Ｔｉ一１．０Ｆｅ一０．３００—０．０４Ｎ）的去钝化ｐＨ值约　为１．０，与ＣＰ纯钛的耐蚀性相当。因此，可通过添加　Ｎ元素来抑制添加Ｆｅ引起的耐蚀性下降。　维普资讯 http://www.cqvip.com

～　熟　然Ｌ…　…　……　另外Ｓｕｐｅｒ－ＴＩＸ８００不含Ａｌ，Ｖ等元素，其强度和　损性及口腔环境下的耐蚀性等。因此，这种合金也适　硬度高于ｃＰ纯钛，又具有与ＣＰ纯钛同等的可铸造　用于作为牙科材料。　性。实验结果显示，该合金具有优良的研磨性、耐磨　吴全兴摘译自《手夕二／》　生物医学用Ｔｉ－Ｎｂ－Ｓｉ合金的微观结构和弹性模量　Ｔｉ一６Ａｌ—４Ｖ合金以其优异的耐腐蚀性．高强度　和良好的生物相容性被广泛用做受损硬组织的替代　材料，例如人工髋关节和牙齿。然而钒及其氧化物都　有毒，长期使用将在人体内留下残骸，引发骨瘤，使　人工器官的无菌防腐剂脱落。Ｔｉ—Ｎｂ。Ｔｉ—Ｔａ和Ｔｉ—Ｚｒ　基合金具有无毒、弹性模量低、拉伸强度高的特点．　不含Ｖ．Ａｌ，Ｎｉ等有毒元素。韩国工业技术研究院的　研究人员对Ｔｉ—Ｎｂ—Ｓｉ三元合金进行了研究。选择添　加Ｓｉ元素。是因为它具有良好的生物相容性。同时　可作为ｐ相稳定剂，从而可以控制ｐ相的稳定性。　试验采用纯度为９９．９９％的Ｔｉ．９９．９９９％的Ｓｉ和　９９．９％的Ｎｂ作为原料。在氩气保护下，采用钨电极，　在水冷铜坩埚内进行电弧熔炼。制得直径为５０　ｍｍ　的合金纽扣锭。为了使组织均匀，纽扣锭至少要重熔　８次。然后在１　２７３　Ｋ盐浴中（由硼砂和ＳｉＯ：组成）固　溶处理３０　ａｒｉｎ，之后在冰水中淬火。淬火后去除纽扣　锭表面的氧化层（应避免摩擦热导致的相变），用电　火花加工机床（ＥＤＭ）制备化学成分、微观组织及弹性　模量所需的试样。用于金相观察的试样，镶嵌好后用　ＳｉＣ砂纸、Ａｌ２０，粉、水进行抛光。用做ＴＥＭ观察的样　品，用ＥＤＭ切成１．０　ｍｍ的薄片，机械抛光至８０　ｍ，　最后在Ｈ２ＳＯ　和甲醇的混合溶液中用双喷嘴电子抛　光机抛光。抛光的试样用ＸＲＤ分析组成相的晶体结　构和晶格参数．晶格参数用最小二乘法计算。测弹性　模量的样品长３０　ｍｍ。横截面积４．０　ｍｍｘ３．０　ｍｍ。抛　光后用谐振法，在室温下测量。　将４组样品Ｔｉ一１８Ｎｂ一１．５Ｓｉ合金，Ｔｉ一２２Ｎｂ一１．５Ｓｉ　合金。Ｔｉ一２６Ｎｂ一１．５Ｓｉ合金，Ｔｉ一２８Ｎｂ一１．５Ｓｉ合金的微　观组织对比可知，随着Ｎｂ含量的增大，马氏体逐渐　转化为口相。Ｔｉ一１８Ｎｂ一１．５Ｓｉ合金为典型的马氏体组　织，无其他相：Ｔｉ一２６Ｎｂ一１．５Ｓｉ合金只是在晶界处存在　马氏体；Ｔｉ一２８Ｎｂ一１．５Ｓｉ合金已经是单一的口相了。　马氏体明显减少，与ｐ相的稳定性有关。由于Ｎｂ可　以作为口相稳定剂，因而随着Ｎｂ含量的增加马氏体　转化为更稳定的ｐ相。现有的三元合金系中，２７ａｔ％　Ｎｂ合金中仍存在马氏体和　相界面。另外，Ｔｉ一　２６Ｎｂ一０．５Ｓｉ合金和Ｔｉ一２６Ｎｂ—１．５Ｓｉ合金的微观组织　没有明显的差异，说明Ｓｉ对合金的相组成影响不大。　对５组试样进行了ＸＲＤ分析。结果表明。Ｔｉ一　１８Ｎｂ一１．５Ｓｉ合金的马氏体属斜方晶系；Ｔｉ一２２Ｎｂ一　１．５Ｓｉ合金。Ｔｉ一２４Ｎｂ一１．５Ｓｉ合金。Ｔｉ一２６Ｎｂ一１．５Ｓｉ合　金，Ｔｉ一２６Ｎｂ一０．５Ｓｉ合金中未转变的区域均为ｂｃｃ结　构的　相；Ｔｉ一（１８￣２２）Ｎｂ一１．５Ｓｉ合金中存在∞相；　Ｔｉ一２６Ｎｂ一１．５Ｓｉ合金为单一的口相，其晶格参数随　Ｎｂ含量（０．５ａｔ％～１．５ａｔ％）的增大而非线性减小。Ｓｉ在　Ｔｉ一２６Ｎｂ口相中的溶解极限为１．５ａｔ％。但是用ＴＥＭ　在Ｔｉ一２６Ｎｂ一１．５Ｓｉ合金中还观察到了　”相和∞相，　由选区衍射（ＳＡＤ）可知存在沿（０００１）　ｌｌ（１ｌ１）　取向的［１１２０１　ｌｌ［０１１］口结构。　Ｔｉ一２６Ｎｂ－ｘＳｉ（０．５≤　≤１．５）的弹性模量随Ｓｉ含　量的增加先减小后增大，在ｘ＝１．０处最小，为４８　ＧＰａ。　认为，ｓｉ含量的增加（ｘ＜１．０）可以抑制∞相的生成，　使弹性模量降低。但同时引起固溶强化，使ｘ＞１．０时　弹性模量反而增大。弹性模量与相组成及母相的稳　定性有关，亚稳的ｐ相比稳定的ｐ相更有利于弹性　模量的降低。为了进一步研究口相的稳定性，对Ｔｉ一　２６Ｎｂ－ｘＳｉ合金进行了冷轧处理。结果发现，冷轧后　Ｔｉ一２６Ｎｂ一０．５Ｓｉ合金中　”相显著增多，Ｔｉ一２６Ｎｂ一　１．５Ｓｉ合金中的马氏体也有所增加。分析认为，应力　促进了亚稳口相向马氏体转变。　尹云飞摘译自《Ｓｃｒｉｐｔａ　Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ））