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鈦及鈦合金鍛造化學(xué)成分對性能的影響及其與組織的關(guān)系

化學(xué)成分對鈦合金性能影響規(guī)律性的系統(tǒng)研究從研制鈦合金時就開始了，大量的研究工作討論了具體合金的合金化理論。在合金中，通常規(guī)定足夠?qū)挼暮辖鹪刈畹秃妥罡吆恐g的范圍（從0.5%到1.5%),這樣增加了性能的分散性，但與此同時卻保證了將成分控制在合格范圍內(nèi)的可能性，以便提高從使用條件考慮最重要的性能指標(biāo)。在不考慮氧和氮的情況下，合金中元素最低含量和最高含量之和的差值是：TC6-4.5%,TC4-2.5%,TC11-3.9%,TC18-6.3%,C18-6.3%,BT25y-5.3%％。因而，必然帶來性能有一個變化的范圍，例如在相同的組織情況下，TC6合金力學(xué)性能的變化可能達(dá)到：b-260MPa,K1c-53MPa·m2,σ-1-170MPa,0400-130MPa
由此得出，為了對具體使用條件的合金預(yù)測其最佳的成分，必須以掌握性能與成分的多因素定量關(guān)系式作為基礎(chǔ)。對于TC6、TC11、BT8和其他合金采用數(shù)學(xué)實驗設(shè)計方法獲得了相似的關(guān)系式。其中某些適用于具有球狀組織的TC6(式（4-1)~式（4-5))和TC11(式（4-6))合金的關(guān)系式如下（其中CA為A1元素的含量，CM.為Mo元素的含量，C.為雜質(zhì)0元素的含量，其余類推）。

拉伸強(qiáng)度：
σb=58+3.0CA+3.5Cм+3.5Cc+7.0CF.+17Csi+83C.（4-1)
斷面收縮率：
4=114-4.2CA-5.0CMo-5.0Cc-10CFe-24Csi-120Co（4-2)
沖擊韌性：
Kcu=12-0.4CA1-0.5Cмo-0.5Cc-。0CFe-3.4Csi-15C.（4-3)
斷裂韌性：
K1c=546-21CA-25CMo-25Cc-4.9CFe-128Csi-596（4-4)
450℃持久強(qiáng)度：
4100=21+4.5CA1+1.5CMo+1.9Cc+2.2CF+1.8Csi+43C.（4-5)
500℃持久強(qiáng)度：
0500=26+4.9CA1+1.3CM.+0.5Cz+2.1Csi-7.4C.（4-6)
對這些關(guān)系式的分析表明，所研究合金的拉伸強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和疲勞極限隨著所有元素含量的增加而提高（氧除外），而塑性、沖擊韌性（Kcu）和斷裂韌性則相應(yīng)降低。按照對強(qiáng)度性能、塑性和韌性指標(biāo)影響的降低程度，合金元素和氧可以按以下次序排列：氧、硅、鐵、鉻、鉬、鋁、鋯。而按照對持久強(qiáng)度的影響，在氧之后鋁占據(jù)第二的位置。
在統(tǒng)計數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對獲得的關(guān)系式的驗證表明，性能的計算、值和實驗值有很好的相似性。這樣就有可能在必要情況下利用這些關(guān)系式將合金成分控制在合格范圍內(nèi)。
根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)能夠作出一個基本的結(jié)論是：用鋁、鋯和錫合金化與用β穩(wěn)定元素合金化相比，在較小程度上影響性能對組織的敏感性。當(dāng)上述α穩(wěn)定元素含量每增加1%時，性能對組織的敏感系數(shù)K的提高為0.03~0.05,而β穩(wěn)定元素每增加1%時，K提高0.1~0.15.此外，合金化程度的不同也直接影響合金的組織參數(shù)與性能的關(guān)系，例如，α型TA7合金未曾發(fā)現(xiàn)厚度小于3.5μm的片層，在β穩(wěn)定系數(shù)
Kg=0.18的近α型OT4合金中未曾發(fā)現(xiàn)厚度小于1.5μm的片層，而KB=0.33~0.54的（α+β)型TC11和TC6合金最小α片厚度為0.11~0.2μmm,可見，隨著系數(shù)KB的提高，α片可能更精細(xì)。這正是為什么（α+β)合金比α和近α合金具有眾所周知的更高的力學(xué)性能對組織類型的敏感性的原因。