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各元素含量對鈦力學性能的影響

來源:鈦,鈦合金,鈦棒,鈦板,鈦絲,鈦管,鈦設備 發布時間:2013-5-27 11:11:38
中有很多元素,其元素含量越高,鈦的強度越高,塑性韌性越低。工業純鈦中也有各種元素,和鈦合金相比只是沒有添加合金元素(人為加入的元素),只有雜質元素;耐蝕低合金鈦中主要合金元素量不多,量已固定,因而工業純鈦和耐蝕低合金鈦中影響力學性能的主要是雜質元素的含量。雜質元素含量越高,則鈦的強度越高,塑性和韌性越低。鈦中的主要雜質元素為:鐵、氮、氧、碳和氫。不同雜質含量形成了工業純鈦的各種牌號。
  鐵溶于鈦中為置換式溶解,鐵稱為置換元素。鐵在a鈦中的室溫溶解度為0.05%0.1%,由于鐵溶于鈦中是置換溶解,不足以顯著影響a鈦的晶格,鐵含量超過溶解度后會析出TiFe化合物,隨著鐵含量增加,TiFe析出量增加,會使鈦的強度增加,塑性和韌性下降,當鐵含量不超過0.3%時,對工業純鈦強度、塑性和韌性的影響不是很大。
  雜質元素氮、氧、碳和氫相對于鈦而言原子直徑較小,一般多為間隙式地溶人鈦中,使鈦的晶格產生較大歪曲,對提高強度降低塑性韌性的影響很大。這些元素稱為間隙元素。
a鈦為密排六方晶格,室溫下鈦的晶格常數為:
a=2.9503A土0.0004A   c=4.6832A土0.0004A
  在這些雜質含量不高的情況下,溶于鈦中的量相同時,對晶格常數的影響以碳為最大,約為氧的3倍,為氮的2倍,但實際上氮和氧引起鈦硬化的作用比相同量原子濃度的碳的作用大得多,這是因為氮和氧所引起晶格歪扭與硬化程度之間有正常的相互關系,即晶格歪扭大,所引起的硬化程度也嚴重;而碳溶人鈦中,雖然會引起晶格的巨大彈性歪扭,但碳間隙地溶人鈦晶格的間隙中,會達到某種程度的有序化,它并沒有強烈地阻止沿一定結晶方向的滑移,因而碳對鈦的硬度影響反而較小,對提高強度降低塑性韌性的影響是氮最大,氧其次,碳再次。
  氫亦為間隙元素,室溫下氫在鈦中的溶解度約為0.002%一0.02%,一般鈦材的含氫量均控制在0.015%以下,有時含氫0.004%時即可發現TiH化合物存在,TiH系體心立方晶格,不是完全脆性的,在一定條件下其伸長率可達1%一2%,TiH相形成的脆性為沖擊型氫脆,低速變形時,TiH與基體鈦可共同變形導致應力松弛,因而一般拉力試驗中伸長率的下降不大,但在高速變形時沖擊韌性會顯著降低。一般當氫含量超過0.01%時,沖擊韌性顯著降低。
  因此,容器用鈦的強度、塑性、韌性的高低取決于雜質含量的高低。雜質含量高是比較容易做到的,要將雜質含量降低到較低的水平,則要求低雜質高質量的海綿鈦原料,以及高超的真空熔煉技術,在規范的真空自耗爐熔煉設備與技術的條件下,海綿鈦的低雜質高質量則起著決定性作用。
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