钛合金 - 物理性质

写道氮杂2002年4月2日

主题涵盖

背景

密度

背景

表1总结了钛及其合金的物理性能，从表中可以看出，不同合金之间的差异很小。例如，热膨胀系数范围为7.6 × 10^-6K^-1到9.8x10.^-6K^-1．

表格1。钛及钛合金的物理性能。

合金		密度（G.CM.^-3）	熔化范围（°C.±15）	规格。热（J.G.^-1.k.^-1）	电子。抵抗。（μΩ.cm）
商业纯净	ASTM 1级	4.51	1670.	0.54	56.
商业纯净	ASTM等级2	4.51	1677.	0.54	56.
商业纯净	ASTM等级3	4.51	1677.	0.54	56.
商业纯净	ASTM等级4.	4.54	1660.	0.54	61.
Ti-3％Al-2.5％V.	ASTM 9级	4.48	1704.	-	124.
Ti-0.8％Ni-0.3％Mo	ASTM等级12	4.51	-	0.54	51.
Ti-3％Al-8％V-6％Cr-4％Zr-4％Mo	βC	4.81	1649.	-	-
Ti-15％Mo-3％Nb-3％Al-0.2％Si	时间表21秒	4.90	-	0.49	135.
Ti-6％Al-4％V.	ASTM等级5.	4.42	1649.	0.56	170.
Ti-2.5％Cu	IMI 230.	4.56	-	-	70
ti - - al - 4% - mo - 2% - 4% - si sn - 0.5%	IMI 550.	4.60	-	-	160.
Ti-6％Al-6％V-2％Sn		4.54	1704.	0.65	-
Ti-10％V-2％Fe-3％Al		4.65	1649.	-	-
Ti-15％V-3％Cr-3％Sn-3％Al		4.76	1524.	0.50	147.
ti - - mo - 1% - 8% - al - 1% v		4.37	1538.	-	198
Ti-11％Sn-5％ZR-2.5％Al-1％Mo	IMI 679.	4.84	-	-	163.
ti - 5.5% - al - sn - 3% - zr - 1% - 3.5% - mo - 0.3% si nb - 0.3%	IMI 829	4.54	-	-	-
Ti-5.8％Al-4％Sn-3.5％Zr-0.7％Nb-0.5％Mo-0.3％Si	IMI 834	4.55	-	-	-
Ti-6％Al-2％Sn-4％ZR-2％Mo		4.54	1649.	0.42	191.
Ti-6％Al-2％Sn-4％ZR-6％Mo		4.65	1635.	-	-
Ti-6％Al-5％Zr-0.5％Mo-0.2％Si	IMI 685.	4.45	-	-	-
Ti-6％Al-3％Sn-4％Zr-0.5％Mo-0.5％Si	TI 1100.	4.50	-	-	180.

表1(续)。钛及钛合金的物理性能。

合金		Therm。条件。（下^-1.k.^-1）	Therm。 Exp。合作 0-100°C. （10^-6K^-1）	Therm。 Exp。合作 0 - 300°C （10^-6K^-1）	bet Transus （°C.±15）
商业纯净	ASTM 1级	16.3	8．6	9.2	888.
商业纯净	ASTM等级2	16.3	8．6	9.2	913
商业纯净	ASTM等级3	16.3	8．6	9.2	921
商业纯净	ASTM等级4.	16.3	8．6	9.2	949
Ti-3％Al-2.5％V.	ASTM 9级	7．6	-	7．9	935
Ti-0.8％Ni-0.3％Mo	ASTM等级12	22.7	9.5	-	888.
Ti-3％Al-8％V-6％Cr-4％Zr-4％Mo	βC	8.4	9.4	9.7	793.
Ti-15％Mo-3％Nb-3％Al-0.2％Si	时间表21秒	7.62	4.4	4.9	785.
Ti-6％Al-4％V.	ASTM等级5.	7．2	8．8	9.2	999
Ti-2.5％Cu	IMI 230.	16.0	9.0	9.1	895.
ti - - al - 4% - mo - 2% - 4% - si sn - 0.5%	IMI 550.	7．9	8．8	9.2	975.
Ti-6％Al-6％V-2％Sn		7．2	9.0	9.4	946
Ti-10％V-2％Fe-3％Al		-	-	9.7	796.
Ti-15％V-3％Cr-3％Sn-3％Al		8.1	-	9.7	760.
ti - - mo - 1% - 8% - al - 1% v		6.5	8.5	9.0	1038
Ti-11％Sn-5％ZR-2.5％Al-1％Mo	IMI 679.	7．1	8.2	9.3	950
ti - 5.5% - al - sn - 3% - zr - 1% - 3.5% - mo - 0.3% si nb - 0.3%	IMI 829	-	9.45	9.77	1015
Ti-5.8％Al-4％Sn-3.5％Zr-0.7％Nb-0.5％Mo-0.3％Si	IMI 834	-	10．6	10．9	1045.
Ti-6％Al-2％Sn-4％ZR-2％Mo		6．0	9.9	-	996.
Ti-6％Al-2％Sn-4％ZR-6％Mo		7．1	9.4	10.3	932
Ti-6％Al-5％Zr-0.5％Mo-0.2％Si	IMI 685.	4.8	9.8	9.5	1025
Ti-6％Al-3％Sn-4％Zr-0.5％Mo-0.5％Si	TI 1100.	6．6	8．8	9.5	804

密度

合金的密度取决于合金成分的数量和密度。例如，含有铝作为合金元素的合金可能比含有相当数量锡的合金轻得多。一般来说，β合金是重的，因为它们含有合金成分，如密度相对较高的钼。在重量很重要的情况下，比较合金的具体性能可能是值得的，例如比强度。

力量

在表2中，将一些钛合金的比强度与其他结构金属的比较。

表2。一些钛合金在室温下的强度，正火通过密度，与其他结构金属相比。

材料		产量str /密度（X10.⁶n.m.kg.^-1）	拉伸str /密度（X10.⁶n.m.kg.^-1）	10.⁷循环疲劳str /密度（X10.⁶n.m.kg.^-1）
商业纯净	ASTM等级2	78.	107.	54.
Ti-6％Al-4％V.	ASTM等级5.	206.	226.	135.
Ti-6％Al-2％Sn-4％ZR-2％Mo		202.	223.	123.
ti - - al - 4% - mo - 2% - 4% - si sn - 0.5%	IMI 550.	225.	247.	136.
Ti-10％V-2％Fe-3％Al		264.	282.	155.
钢铁		170.	202.	121.
FV 520 B钢		153.	165.	105.
13％Cr不锈钢		95.	105.	68.
18/8不锈钢		68.	75.	40

导热系数

所有钛合金的导热系数对于金属相对较低，但最近的工作表明，商业上纯钛的价值实际上是21.6 W m^-1.k.^-1，比表1中引用的值高约32％。钛合金通常具有比商业上纯材料更低的导热性。

电阻率

由此可以预料，电阻率相对较高。比热在400 ~ 600 J.kg之间没有明显的变化趋势^-1.k.^-1．

磁性特性

商业纯钛和所有钛合金是非磁性的。商业纯钛的渗透率为1.00005-1.0001，955小时^-1．

弹性模量

弹性(杨氏)模量的值通常在80至125 GPa之间，但这在一定程度上取决于生产材料的工作过程和测试材料的方向性。然而，普遍的趋势是高含铝材料比其他合金具有稍高的模数。亚博网站下载

泊松比

由于各向异性会导致弹性模量和剪切模量的微小差异，因此很难给出可靠的钛合金泊松比值。然而，商业纯钛的普遍接受值是0.36,ASTM 5级为0.31。

温度对物理性质的影响

在表3中给出了温度对商业上纯钛物理性质的影响。该合金遵循类似的图案，尽管导热率趋于在升高的温度下升高，但大多数合金显示环境和环境之间的增加60％至80％500°C。其他性质更加遵循商业纯钛的趋势。

表3。温度对纯钛物理性能的影响。

温度。（°C）	Therm。Exp。合作 20-T°C（X10^-6K^-1）	Therm。条件。（下^-1.k.^-1）	电子。抵抗。（μΩ.cm）	规格。热（J.G.^-1.k.^-1）	磁的 ascept。（X10.^-6）	松紧带 mod。（GPA）
20.	-	17.	0.48	0.50	3.4	110.
100.	7．6	16.	0.65	0.55	3.5	101.
200.	8．9	15.	0.83	0.58	3.6	92.
300	9.5	15.	1.00	0.595	3.7	85.
400	9.6	15.	1.15	0.605	3.9	78.
500.	9.7	15.	1.29	0.615	4.0	72.
600	-	16.	1.41	-	-	-

抗拉强度

在环境温度下钛及其合金的拉伸强度范围为240MPa，用于最柔软的商业纯钛的级别为1400mPa，用于非常高的强度合金。根据成绩和条件，证明优势在约170至1100MPa范围内变化。详细信息在表4中给出。

表4。保证钛合金的性能。

合金		0.2%的证据（MPA）	十。 Str。（MPA）	疲劳限制（占TENS。str）	伸长。（％）	红色的。面积（％）	松紧带模量（GPA）
商业纯净	ASTM 1级	172.	241.	50.	25.	35.	103.
商业纯净	ASTM等级2	276.	345.	50.	20.	35.	103.
商业纯净	ASTM等级3	379.	448.	50.	18.	35.	103.
商业纯净	ASTM等级4.	483.	552.	50.	15.	30.	104.
Ti-3％Al-2.5％V.	ASTM 9级	483.	621.	-	15.	-	91.
Ti-0.8％Ni-0.3％Mo	ASTM等级12	345.	483.	-	18.	25.	103.
Ti-3％Al-8％V-6％Cr-4％Zr-4％Mo	βC	1104	1172.	-	6	19.	103.
Ti-15％Mo-3％Nb-3％Al-0.2％Si	时间表21秒^一个	750.	792.	-	10.^b	-	74.
Ti-6％Al-4％V.	ASTM等级5.	828	897.	55-60.	10.	20.	114.
Ti-2.5％Cu	IMI 230.	400	540.	-	16.	35.	-
ti - - al - 4% - mo - 2% - 4% - si sn - 0.5%	IMI 550.	959	1104	50 - 60	9	38.	114.
Ti-6％Al-6％V-2％Sn		966	1035.	50 - 60	8	15.	-
Ti-10％V-2％Fe-3％Al		1104	1241	50.	-	-	103.
Ti-15％V-3％Cr-3％Sn-3％Al		966	1000	-	7	-	103.
ti - - mo - 1% - 8% - al - 1% v		828	897.	-	10.	20.	117.
Ti-6％Al-5％Zr-0.5％Mo-0.2％Si	IMI 685.	990	850	-	6	-	125.
Ti-6％Al-2％Sn-4％ZR-2％Mo		862.	931	50 - 60	8	-	114.
Ti-6％Al-2％Sn-4％ZR-6％Mo		1069.	1172.	-	10.	20.	114.
ti - 5.5% - al - sn - 3% - zr - 1% - 3.5% - mo - 0.3% si nb - 0.3%	IMI 829	820	960	50.	10.	-	120.
Ti-5.8％Al-4％Sn-3.5％Zr-0.7％Nb-0.5％Mo-0.3％Si	IMI 834	910	1030	-	6	-	120.

A =处理，B =典型值

在升高的温度下，每个等级的钛表现出特征拉伸性能。合金等级，特别是高强度材料，将证明和拉伸强度保持高于商业纯度的高温。亚博网站下载这在图1和2中清楚地示出。延展性通常随温度的增加而增加，如图3所示。然而，在商业上纯的等级中存在轻微的不规则性，因为延展性始终增加到200°C和温度之间的延伸增加如下300℃，但后，直至400至450°C值与室温下的值非常相似。

氮杂金属，陶瓷，聚合物和复合材料：钛和钛合金的拉伸强度。

图1所示。钛及其合金的抗拉强度的典型值

氮杂物 - 金属，陶瓷，聚合物和复合材料：钛和钛合金的0.2％耐压。

图2。钛及其合金证明应力的典型值。

氮杂物 - 金属，陶瓷，聚合物和复合材料：钛和钛合金的伸长率值。

图3。钛及其合金的典型伸长值。

硬度

当钛材料受热时，它的表面吸收了氧气，使表层硬度增加。磨削和抛光对冶金样品也有类似的影响，正是由于这个原因，硬度值可能会被误导。然而，如果解释正确，钛的硬度可以是用于以下目的的有用测量方法:

•硬度可用来粗略地表示钛合金的等级;

•前硬度比较退火后可用于估计最初存在的工作程度或根据具体情况来退火的完整性;

•对于某些合金，已知硬度和拉伸强度之间的关系。因此，可以使用硬度测量来赋予局部机械性能的指示，例如失效的部件的片段，或者可选地检查热处理的成功。

图4说明了商业纯钛的硬度与其拉伸强度之间的近似关系。

氮杂 - 金属，陶瓷，聚合物和复合材料：商业纯钛硬度与拉伸强度之间的真实处理。

图4。工业纯钛的硬度和抗拉强度的近似关系。

蠕动

有关商业纯钛的蠕变性质的公开信息很少，主要是因为目前的应用程序通常不需要对此属性的详细了解。通常，在100,000小时内将材料的蠕变值为0.1％塑性菌株，在高达300℃的温度下的拉伸强度的约50％。

化工厂的设计码允许使用高达150°C的设备的拉伸信息，这涵盖了化学工业中商业纯钛的大部分目前使用。app亚博体育在上述温度下，钛通常用作钢支撑的衬里。化学厂设计码还指压力破裂值和信息中的信息在图5和6中给出。

Azom - 金属，陶瓷，聚合物和复合材料：钛合金 - 物理性质，应力破裂Bahaviour。

图5。10万小时应力破裂曲线用于市售纯钛板（Larson-Miller插值）。

Azom - 金属，陶瓷，聚合物和复合材料：钛合金 - 物理性质，应力破裂行为。

图6。10万小时应力破裂曲线用于商业纯钛板（Larson-Miller插值）。

显然，一些应用需要使用具有良好抗蠕变和钛合金的材料，并且多年来已经开发出了达到这一要求。他们通常分为三大类：

•α-beta合金。这些含有足够的β稳定元素，以允许一些β相在室温下保留。它们在α-β相域中进行热处理，其结构由初级α和转化的β组成。这些材料的蠕变条件下的最大工作温度通常为300-450°C;亚博网站下载

•在α - β相场中热处理的近α合金。通过优化α和β稳定元素，已经开发出的合金在450-500°C范围内提高了抗蠕变性能;

•近α合金在β相田中进行热处理。通过在β相域内的α合金附近的热处理获得蠕变性质的显着进一步改善，并且这种材料适用于高达600℃。亚博网站下载

疲劳

与它们的拉伸强度相比，钛合金的高循环疲劳强度通常良好。虽然S-N疲劳曲线不会像金属一样显示出锋利的膝盖，但它们往往会在大约10左右变平⁷循环次数和由此定义的疲劳极限在抗拉强度的40 - 60%之间。从应力集中系数和疲劳裂纹扩展速率来看，切口的影响小于预期，裂纹试样的残余静态强度优于钢和铝合金。表2为钛合金与其他高强材料的比疲劳强度对比。亚博网站下载

与其他材料一样，钛的疲劳性能亚博网站下载随表面饰面而变化，缺口标本试验基本上比具有不存在的样品的值基本较低的值。因此，设计和制造中需要护理以避免应力集中器。表面光洁度差，尖锐的截面过渡，未混浊的半径和角落是应避免的条件。

钛合金的低循环疲劳性能与飞机应用中的旋转部件有关。大多数数据已经在恒定负载下产生，零最小应力条件，其中建立了合金的疲劳强度与强度和延展性密切相关。

断裂韧性。

钛合金的韧性取决于强度，组成，微观结构和质地，性质是相互关联的。然而，一般而言，钛合金的韧性以与钢或铝合金的方式相同的方式与强度相同。例如，α-β合金的普通菌株断裂韧性从60到100mPam的值下降^-½.在800MPa的证明应力水平，到20至60 MPa.m^-½.验证应力水平为1200 MPa。通常，通常开发通常与钛一起使用的热处理，以提供最佳的拉伸性，而不是改善裂缝韧性。然而，已经确定，对于某些α-β合金，通过例如通过降低Ti-6中的氧气水平，可以通过简单的热处理过程或微小变化来显着增加断裂韧性显着增加断裂韧性。％Al-4％V合金以产生额外的低间质（ELI）等级。这种改进通常仅与拉伸和疲劳强度的小降低相关。其他合金类型如α合金附近处理的β热量具有比α-β型更好的断裂韧性水平。

资料来源：材料信亚博网站下载息服务 - 选择和使用钛，设计指南

有关此来源的更多信息，请访问材料研究所亚博网站下载．

amis urgel. 说：

2013年5月11日上午9:20

我有钛骑自行车。我的问题是，座位柱子握住了连接到自行车的主框架/管的鞍座，这意味着由于长时间待机，我无法移动或调整座位柱的高度。我尝试了几种渗透油来润滑，希望它能移动，但无济于事。我可以加热钛吗？

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- 艾伦贾维斯说：
  
  2016年2月7日凌晨6:35
  
  它被困，因为它已经陷入困境。这是一种磨损，在两部分之间的非常小的运动导致小块断开，并涂抹/粘附每个表面。
  这就像他们已经被焊接在一起。
  它在钛部件中非常常见，如排气管和自行车管在一起。
  使用固体润滑剂糊剂防止它;通常是白色或浅灰色的。
  这应该在提供或给您时应用。
  通常在小塑料管或小罐头中。
  
  一旦开发出来，就会棘手，在不损坏表面的情况下会棘手。
  您可以尝试抓住两部分并在它们上施加高扭矩：不足以导致永久性扭曲。
  然后来回骑自行车。
  高剪切力应打破隐形区域，希望没有太多损坏。
  加热不会做多少：它们都是相同的材料。
  但是，如果您有耐心，尽可能高的升温（例如，200-300 c），然后在冰水中淬火也会导致裂缝更脆弱的粘土区域。
  
  我怀疑您可能不得不坐落在座椅柱子上切断座椅管道钻孔/磨削/钻孔。
  
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凯尔詹姆斯说：

2013年8月11日晚上9点58分

只有在惰性气体中才能避免脆化。(我推荐)

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凯尔詹姆斯说：

2013年8月11日晚上10:00

也许试着用tig焊机在一个非常低的设置，堆低于足够熔化的材料。

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克里斯托弗•斯通说：

2016年5月25日在上午4:15

我想使用钛进行水电子，但无法找到有关如何在水下行事的信息，而电流通过它......

什么年级的钛是最好的？

预先感谢

克里斯

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Roberto Taier 说：

2016年11月14日下午1:17

我在哪里可以得到钛2级的SN曲线?

预先感谢

RTaier

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乔纳斯·迪亚兹说：

2018年9月7日上午5:49

您知道Ti级2和4级低温下的热膨胀系数是否存在显着差异（液体HE）？

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Davinder Kumar. 说：

2019年2月25日上午10:44

我焊接了一条9级和12级的钛条。在任何方面它是有用的吗?

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