自20世紀(jì)50年代以來(lái)，鈦及鈦合金因具有優(yōu)異的綜合性能，得到了世界各國(guó)的高度重視，在各行各業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。鈦合金牌號(hào)眾多，各種合金各有特點(diǎn)，按合金類型主要分為α及近α型鈦合金、α+β型鈦合金和β型鈦合金。本文根據(jù)以上三種類型介紹各種典型鈦合金的物理性能和力學(xué)性能

1   

α及近α型鈦合金   

TA7鈦合金   

TA7鈦合金是一種中等強(qiáng)度的α型單相鈦合金，含有 5％α穩(wěn)定元素鋁和 2.5％中性元素錫。通常在退火狀態(tài)下使用，在室溫和高溫下具有良好的斷裂韌度，工藝塑性較低，板材成形應(yīng)在加熱狀態(tài)進(jìn)行，其特點(diǎn)是耐熱強(qiáng)度較好，還具有很好的熔焊性能，適用惰性氣體保護(hù)下的鎢電極和金屬電極熔焊工藝。長(zhǎng)期工作溫度可達(dá) 500℃,短時(shí)工作溫度可達(dá)800℃，該種鈦合金常應(yīng)用于航空工業(yè)和制造船舶零部件。

物理性能

密度ρ=4.42g /cm3，熔化溫度范圍為1540-1650℃。

表1 TA7鈦合金的熱導(dǎo)率

表2 TA7鈦合金的比熱容

表3 TA7鈦合金線膨脹系數(shù)

力學(xué)性能  

表4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TA7鈦合金力學(xué)性能

TA11鈦合金  

TA11鈦合金是一種近α型鈦合金，其名義成分為 Ti-8A1-1Mo-1V，含有α穩(wěn)定元素Al和同晶型β穩(wěn)定元素Mo和V。該合金具有較高的彈性模量和較低的密度，所以其比剛度是工業(yè)鈦合金中最高的。該合金主要用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)盤、葉片和機(jī)匣等，最高長(zhǎng)期工作溫度為450℃。生產(chǎn)的半成品主要有板材、帶材、棒材、鍛件、焊絲等。

物理性能

密度ρ=4.37g /cm3。

表5 TAI1鈦合金的熱導(dǎo)率

表6 TAll鈦合金的比熱容

表7 TAI1鈦合金的線膨脹系數(shù)

表8 TAll鈦合金經(jīng)應(yīng)力熱暴露后的室溫拉伸性能

力學(xué)性能

表9 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TAll鈦合金力學(xué)性能

TA12鈦合金  

TA12鈦合金名義成分為Ti-5.5AI-4Sn-2Zr-1Mo-0.25Si-1Nd，是一種用稀土金屬Nd強(qiáng)化的綜合性能良好的近α型熱強(qiáng)鈦合金。該合金長(zhǎng)時(shí)間工作溫度可達(dá)550℃，用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓段的壓氣機(jī)盤、鼓筒和葉片等零件。該合金具有良好的工藝塑性，適合于各種壓力加工成形，并可采用各種方式的機(jī)械加工。生產(chǎn)的半成品主要有棒材、鍛件、板材等，也可用于生產(chǎn)鑄件。

物理性能

密度ρ=4.56g/cm3

表10 TA12鈦合金熱導(dǎo)率

表11 TA12鈦合金比熱容

表12 TA12鈦合金熱膨脹系數(shù)

力學(xué)性能

表13 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TA12鈦合金力學(xué)性能

TA19鈦合金   

TA19鈦合金是一種近α型鈦合金，其名義成分為Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo，含有穩(wěn)定元素Al、中性元素Sn和Zr、同晶型β穩(wěn)定元素Mo、共析型β穩(wěn)定元素Si。主要用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)機(jī)匣和飛機(jī)蒙皮等，長(zhǎng)期工作的最高溫度為 500℃。

物理性能

密度ρ=4.53g/cm3，熔化溫度范圍為1588-1715℃。

表14 TA19鈦合金熱導(dǎo)率

表15 TA19鈦合金比熱容

表16 TA19鈦合金線膨脹系數(shù)

力學(xué)性能

表17 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TA19鈦合金力學(xué)性能

TA15鈦合金   

TAI5鈦合金的名義成分為 Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V。該合金不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。在退火狀態(tài)以α相固溶體為基體，含少量的β相（5％一7％），該合金具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能，主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的各種葉片、機(jī)匣；飛機(jī)的各種板 金件、梁、接頭、大型壁板、焊接承力框等，焊接結(jié)構(gòu)件和鑄件也廣為選用。

物理性能

密度ρ=4.450 g/cm3

表18 TA15鈦合金的熱導(dǎo)率

表19 TA15鈦合金的比熱容

表20 TA15鈦合金線膨脹系數(shù)

力學(xué)性能

表21 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TA15鈦合金力學(xué)性能

Ti53311S鈦合金   

Ti53311S鈦合金的名義成分為 Ti-5Al-3Sn-3Zr-1Nb-1Mo-0.25Si，是多元合金化的近α型鈦合金，含有β穩(wěn)定元素Al，對(duì)α相起固溶強(qiáng)化的作用；含有β穩(wěn)定元素Mo,Nb，強(qiáng)化β相并改善工藝塑性；含有中性穩(wěn)定元素 Sn,Zr,Si，提高合金的耐熱性。該鈦合金還具有較好的與異種金屬焊接的性能，能在高溫下長(zhǎng)時(shí)間工作。該合金適用于航空、航天飛行器的耐熱結(jié)構(gòu)件選材，可經(jīng)受50萬(wàn)次以上的熱震疲勞試驗(yàn)。

物理性能

密度p=4.54g/cm3，熔化溫度約為（1650士50)℃。

表22 Ti53311S鈦合金的熱導(dǎo)率

表23 Ti53311S鈦合金的線膨脹系數(shù)

力學(xué)性能

表24 Ti53311S鈦合金棒材（ф10-90mm）在不同溫度下的拉伸性能

表25 Ti53311S鈦合金棒材（ф10-90mm）的550℃蠕變性能

2    

α+β型鈦合金   

TC4鈦合金   

TC4(Ti-6Al-4V）鈦合金是由美國(guó)于1954年研制成功的Ti-AI-V系α-β型鈦合金，含有6％的α穩(wěn)定元素Al和4％的β穩(wěn)定元素V。TC4鈦合金的主要特點(diǎn)是優(yōu)異的綜合性能和良好的工藝性能。

物理性能

密度ρ=4.44g/cm3，熔化溫度為1630-1650℃

表51 TC4鈦合金熱導(dǎo)率

表52 TC4鈦合金比熱容

表53 TC4鈦合金線膨脹系數(shù)

表54 TC4鈦合金電阻率

表55 TC4鈦合金靜態(tài)和動(dòng)態(tài)彈性模量

表56 TC4鈦合金切變模量

表57 TC4鈦合金泊松比

力學(xué)性能

表58 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TC4鈦合金力學(xué)性能

表59 TC4鈦合金各種溫度下的拉伸性能

表60 TC4鈦合金室溫沖擊韌性

表61 TC4鈦合金室溫?cái)嗔秧g度

表62 TC4鈦合金應(yīng)力腐蝕斷裂韌度

TC6鈦合金   

TC6鈦合金是一種綜合性能良好的馬氏體型α-β兩相鈦合金，其名義成分為Ti-6A1-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si，含有α穩(wěn)定元素Al、同晶型β穩(wěn)定元素Mo和共析型β穩(wěn)定元素 Cr,Fe和Si,β穩(wěn)定系數(shù)Kβ=O.6。TC6鈦合金主要用來(lái)制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)盤和葉片等零件，能在400℃以下長(zhǎng)時(shí)間工作6000h以上和在450℃工作2000h以上。

物理性能

密度ρ=4.50g /cm3

表63 TC6鈦合金的熱導(dǎo)率

表64 TC6鈦合金的比熱容

表65 TC6鈦合金的線膨脹系數(shù)

力學(xué)性能

表66 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TC6鈦合金力學(xué)性能

TC11鈦合金   

TC11鈦合金是一種綜合性能良好的α-β型鈦合金，名義成分為Ti-6.5A1-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si，鋁當(dāng)量為3.5，鉬當(dāng)量為 7.3。在 500℃以下有優(yōu)異的熱強(qiáng)性能，并且具有較高室溫強(qiáng)度。該鈦合金還具有良好的熱加工工藝性（包括常規(guī)工藝性能和超塑性），可以進(jìn)行焊接和各種方式的機(jī)加工。

物理性能

TC11的密度 ρ=4.48g/cm3

表 67 TC11鈦合金熱導(dǎo)率

表 68 TC11鈦合金比熱容

表 69 TC11鈦合金線膨脹系數(shù)

表 70 TC11鈦合金電阻率

力學(xué)性能

表71 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TC11鈦合金力學(xué)性能

TC16鈦合金   

TC16鈦合金是一種馬氏體型α-β兩相鈦合金，其名義成分為Ti-3Al-5Mo-4.5V，含有α穩(wěn)定元素Al和同晶型β穩(wěn)定元素Mo和V。TC16鈦合金主要用于制造緊固件，最高工作溫度為 350℃。該鈦合金的半成品主要有熱軋棒材和冷鐓用磨光棒（線）材。

物理性能

密度ρ＝4.68g/cm3

表72 TC16鈦合金的熱導(dǎo)率

表73 TC16鈦合金的比熱容

表74 TC16鈦合金的線膨脹系數(shù)

力學(xué)性能

表75 TC16鈦合金退火狀態(tài)的室溫拉伸性能（退火狀態(tài)）

表76 TC16鈦合金在不同溫度下的拉伸性能

表77 TC16鈦合金的沖擊性能

表 78 TC16鈦合金的扭轉(zhuǎn)性能

表79 TC16鈦合金的剪切性能

表80 TC16鈦合金的熱穩(wěn)定性

TC17鈦合金   

TC17鈦合金是一種富β相的α-β型鈦合金，名義成分為Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr。含有α穩(wěn)定元素Al，中性穩(wěn)定元素Sn和Zr，同晶型β穩(wěn)定元素Mo，共析型β穩(wěn)定元素Cr。該合金具有強(qiáng)度高、斷裂韌度好、淬透性高和鍛造溫度范圍寬等一系列優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足損傷容限設(shè)計(jì)的需要和高結(jié)構(gòu)效益、高可靠性及低制造成本的要求。TC17鈦合金的最高工作溫度可達(dá)427℃。

物理性能

密度ρ=4.65g/ cm3，室溫?zé)釋?dǎo)率為8.2W/(m·℃）

表81 TC17鈦合金的線膨脹系數(shù)

力學(xué)性能

表82 TC17鈦合金棒材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

表83 TC17鈦合金盤件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

TC21鈦合金   

TC21是中合金化的Ti-AI-Sn-Zr-Mo-Cr-Nbα+β型高強(qiáng)高韌損傷容限鈦合金，其主要性能特點(diǎn)是高強(qiáng)、高韌、損傷容限、可焊，可在 500℃以下長(zhǎng)期工作。TC21鈦合金最適合于制造各類結(jié)構(gòu)鍛件及零部件，在航空航天工業(yè)和民用行業(yè)中可望 獲得廣泛應(yīng)用。

物理性能

密度ρ=4.6g/cm3，室溫?zé)釋?dǎo)率為6.62W/(m℃)，室溫到100℃的線膨脹系數(shù)為8.7X10-6℃-1，室溫電阻率為 1.75μΩ*m，室溫比熱容為 0.54J/(kg ℃），室溫彈性模量為119GPa。

力學(xué)性能

表84 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TC21鈦合金力學(xué)性能（熱處理態(tài)）

表85 直徑為20mm的TC21棒材不同溫度下的拉伸性能

TC18鈦合金   

TC18鈦合金是一種近β型鈦合金，其名義成分為Ti-5Al-4.75Mo-4.75V-1Cr-1Fe。該鈦合金具有高強(qiáng)、高韌、高淬透性，故稱為“三高”鈦合金。該合金的半成品主要有鍛件、棒材、型材、厚板和管材等。

物理性能

密度ρ=4.62g/cm3

表86 TC18鈦合金的熱導(dǎo)率

表 87 TC18鈦合金的比熱容

表 88 TC18鈦合金的線膨脹系數(shù)

表 89 TC18鈦合金的電阻率

力學(xué)性能

表 90 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TC18鈦合金力學(xué)性能(退火狀態(tài))

TC19鈦合金   

TC19合鈦金名義成分為 Ti-6A1-2Sn-4Zr-6Mo，為 Ti-AI-Zr-Sn-Mo系馬氏體型熱強(qiáng)鈦合金，可以進(jìn)行熱處理強(qiáng)化可應(yīng)用于高溫、長(zhǎng)時(shí)、大載荷環(huán)境，長(zhǎng)時(shí)使用溫度可達(dá)到400℃，短時(shí)、大載荷使用溫度可達(dá)540℃。該鈦合金用來(lái)制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中溫段的零部件，如壓氣機(jī)盤、風(fēng)扇和葉片等重要構(gòu)件。

物理性能

表 91 TC19鈦合金的典型物理性能

力學(xué)性能

表 92 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TC19鈦合金力學(xué)性能

3

β型鈦合金

TB2鈦合金   

TB2鈦合金是一種亞穩(wěn)定β型鈦合金，其名義成分為 Ti-5Mo-5V-8Cr-3A1，含有同晶型β穩(wěn)定元素 M o 和 v ，共 析 型β穩(wěn) 定 元 素 C r ,α穩(wěn)定元素A l,M o 當(dāng)量為22.2。該合金在固溶處理狀態(tài)下具有良好的冷成形性能和焊接性能，在 固溶時(shí)效狀態(tài)下具有高的強(qiáng)度和良好的塑性相匹配。該合金的主要半成品有板材、帶材、箔材、絲材、棒材和鍛件等。該鈦合金已應(yīng)用于航天的星箭連接帶，適合于制造在300°C以下工作的航空緊固件，也適合于制造在500°C以下短時(shí)工作的航天緊固件。

物理性能

密度ρ=4.83g/cm3

表93 TB2鈦合金的熱導(dǎo)率

表94 TB2鈦合金比熱容

表 95 TB2鈦合金線膨脹系數(shù)

表 96 TB2鈦合金電阻率

力學(xué)性能

表 97 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TB2鈦合金力學(xué)性能

TB6鈦合金   

TB6鈦合金是一種Ti-AI-V系近β型鈦合金，含有3％的α穩(wěn)定元素A1,10％的同晶型β穩(wěn)定元素V和2％的共析型β穩(wěn)定元素Fe。主要特點(diǎn)是比強(qiáng)度高、斷裂韌性好、鍛造溫度低和抗應(yīng)力腐蝕能力強(qiáng)，適合于制造高強(qiáng)度的鈦鍛件。

物理性能

密度ρ=4.62g/cm3，熔化溫度范圍為（1650士14)℃。

表 98 TB6鈦合金的熱導(dǎo)率

表 99 TB6鈦合金的比熱容

表 100 TB6鈦合金的線膨脹系數(shù)

表 101 TB6鈦合金的電阻率

力學(xué)性能

表 102 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TB6鈦合金力學(xué)性能

TB8鈦合金    

TB8鈦合金的名義成分是Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si，是一種介穩(wěn)定的β型鈦合金。該鈦合金采用較多的Mo元素而不是V，大大改善了合金的抗氧化性能和抗腐蝕性能，并具有與TB5(Ti-15-3)鈦合金相似的較好的冷軋和冷成形能力。TB8鈦合金除了生產(chǎn)板材、帶材外，也可生產(chǎn)箔材、絲材、管材、棒材和鍛件 。板材主要用于制造中等復(fù)雜程度的飛機(jī)冷成形飯金零件。

物理性能

密度ρ=4.93g /cm3

表 103 TB8鈦合金的熱導(dǎo)率

表104 TB8鈦合金的比熱容

表 105 TB8鈦合金的線膨脹系數(shù)

表 106 TB8鈦合金的電阻率

力學(xué)性能

表 107 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TB8鈦合金板材力學(xué)性能

表 108 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TB8鈦合金棒材和鍛件力學(xué)性能

TB7鈦合金    

 TB7是一種在高濃度還原性酸（H2S04,HCl等）中具有優(yōu)異耐蝕性能的耐蝕鈦合金，其名義成分為Ti-32Mo。該鈦合金含有高達(dá)32％的難熔金屬元素Mo。TB7鈦合金可用于鑄造化工機(jī)械的泵、閥等零件，也可生產(chǎn)包括鍛件、棒材、板材和管材等形式的半成品。

物理性能

密度ρ=5.58g/cm3，熔化溫度為1780℃。

表 109 TB7鈦合金的熱導(dǎo)率

表 110 TB7鈦合金的比熱容

表111 TB7鈦合金的線膨脹系數(shù)

表 112 Ti-32Mo在硫酸中的耐蝕性

表 113 Ti-32Mo在鹽酸中的耐蝕性

表 114 Ti-Mo鈦合金在鹽酸中的腐蝕率（mm/a）

力學(xué)性能

表 115 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TB7鈦合金力學(xué)性能