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鈦及鈦合金鍛造化學成分對性能的影響及其與組織的關系

化學成分對鈦合金性能影響規律性的系統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，通常規定足夠寬的合金元素最低和最高含量之間的范圍（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的可能性，以便提高從使用條件考慮最重要的性能指標。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合金力學性能的變化可能達到：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測其最佳的成分，必須以掌握性能與成分的多因素定量關系式作為基礎。對于TC6、TC11、BT8和其他合金采用數學實驗設計方法獲得了相似的關系式。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0元素的含量，其余類推）。

拉伸強度：
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℃持久強度：
4100=21+4.5CA1+1.5CMo+1.9Cc+2.2CF+1.8Csi+43C.（4-5)
500℃持久強度：
0500=26+4.9CA1+1.3CM.+0.5Cz+2.1Csi-7.4C.（4-6)
對這些關系式的分析表明，所研究合金的拉伸強度、持久強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）和斷裂韌性則相應降低。按照對強度性能、塑性和韌性指標影響的降低程度，合金元素和氧可以按以下次序排列：氧、硅、鐵、鉻、鉬、鋁、鋯。而按照對持久強度的影響，在氧之后鋁占據第二的位置。
在統計數據基礎上對獲得的關系式的驗證表明，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系式將合金成分控制在合格范圍內。
根據現有數據能夠作出一個基本的結論是：用鋁、鋯和錫合金化與用β穩定元素合金化相比，在較小程度上影響性能對組織的敏感性。當上述α穩定元素含量每增加1%時，性能對組織的敏感系數K的提高為0.03~0.05,而β穩定元素每增加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與性能的關系，例如，α型TA7合金未曾發現厚度小于3.5μm的片層，在β穩定系數
Kg=0.18的近α型OT4合金中未曾發現厚度小于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KB的提高，α片可能更精細。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性能對組織類型的敏感性的原因。