钛及钛合金锻造化学成分对性能的影响及其与组织的关系

化学成分对钛合金性能影响规律性的系统研究从研制钛合金时就开始了，大量的研究工作讨论了具体合金的合金化理论。在合金中，通常规定足够宽的合金元素最低和最高含量之间的范围（从0.5%到1.5%),这样增加了性能的分散性，但与此同时却保证了将成分控制在合格范围内的可能性，以便提高从使用条件考虑最重要的性能指标。在不考虑氧和氮的情况下，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，必然带来性能有一个变化的范围，例如在相同的组织情况下，TC6合金力学性能的变化可能达到：b-260MPa,K1c-53MPa·m2,σ-1-170MPa,0400-130MPa
由此得出，为了对具体使用条件的合金预测其最佳的成分，必须以掌握性能与成分的多因素定量关系式作为基础。对于TC6、TC11、BT8和其他合金采用数学实验设计方法获得了相似的关系式。其中某些适用于具有球状组织的TC6(式（4-1)~式（4-5))和TC11(式（4-6))合金的关系式如下（其中CA为A1元素的含量，CM.为Mo元素的含量，C.为杂质0元素的含量，其余类推）。

拉伸强度：
σb=58+3.0CA+3.5Cм+3.5Cc+7.0CF.+17Csi+83C.（4-1)
断面收缩率：
4=114-4.2CA-5.0CMo-5.0Cc-10CFe-24Csi-120Co（4-2)
冲击韧性：
Kcu=12-0.4CA1-0.5Cмo-0.5Cc-。0CFe-3.4Csi-15C.（4-3)
断裂韧性：
K1c=546-21CA-25CMo-25Cc-4.9CFe-128Csi-596（4-4)
450℃持久强度：
4100=21+4.5CA1+1.5CMo+1.9Cc+2.2CF+1.8Csi+43C.（4-5)
500℃持久强度：
0500=26+4.9CA1+1.3CM.+0.5Cz+2.1Csi-7.4C.（4-6)
对这些关系式的分析表明，所研究合金的拉伸强度、持久强度和疲劳极限随着所有元素含量的增加而提高（氧除外），而塑性、冲击韧性（Kcu）和断裂韧性则相应降低。按照对强度性能、塑性和韧性指标影响的降低程度，合金元素和氧可以按以下次序排列：氧、硅、铁、铬、钼、铝、锆。而按照对持久强度的影响，在氧之后铝占据第二的位置。
在统计数据基础上对获得的关系式的验证表明，性能的计算、值和实验值有很好的相似性。这样就有可能在必要情况下利用这些关系式将合金成分控制在合格范围内。
根据现有数据能够作出一个基本的结论是：用铝、锆和锡合金化与用β稳定元素合金化相比，在较小程度上影响性能对组织的敏感性。当上述α稳定元素含量每增加1%时，性能对组织的敏感系数K的提高为0.03~0.05,而β稳定元素每增加1%时，K提高0.1~0.15.此外，合金化程度的不同也直接影响合金的组织参数与性能的关系，例如，α型TA7合金未曾发现厚度小于3.5μm的片层，在β稳定系数
Kg=0.18的近α型OT4合金中未曾发现厚度小于1.5μm的片层，而KB=0.33~0.54的（α+β)型TC11和TC6合金最小α片厚度为0.11~0.2μmm,可见，随着系数KB的提高，α片可能更精细。这正是为什么（α+β)合金比α和近α合金具有众所周知的更高的力学性能对组织类型的敏感性的原因。