钛合金相变及热处理 -中南大学出版社

钛合金相变及热处理

【作者】：赵永庆,陈永楠,张学敏,曾卫东,王磊
【出版时间】：2012-01
【字数】：303（千字）
【定价】：￥68.00（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-7-5487-0389-1
【页码】：242（页）
【开本】：16开

本书是目前国际上有关钛合金相变与热处理研究的最新著作。书中全面系统地介绍了钛与钛合金的最新研究成果。内容覆盖了钛合金的特性、加工技术、应用、相变理论、热处理技术、微观组织变化、力学性能研究、超塑成形、半固态加工及锻造等, 并对相应的科学问题进行了论述。

本书的特点是各个章节由来自不同研究机构和院校的专家撰写。书中附有大量的图表, 数据翔实, 对钛合金材料的研究具有较强的理论指导意义和很高的参考价值。可供从事钛合金研究、设计、开发、生产、应用的科技人员和工程技术人员参考。

第1章钛及钛合金的特点、分类及锻造加工 1

1.1 钛及钛合金的发展概况 1

1.2 钛及钛合金的特点 2

1.3 钛合金的分类 5

1.3.1 钛的合金元素 5

1.3.2 钛合金的分类 7

1.4 钛合金的显微组织 12

1.5 钛合金的锻造工艺 15

1.5.1 钛合金的锻造特性 15

1.5.2 钛合金的锻造方法 17

1.5.3 α+β锻造工艺 17

1.5.4 β锻造工艺 18

1.5.5 近β锻造工艺 22

1.5.6 准β锻造工艺 28

参考文献 29

第2章钛合金研究的发展现状及趋势 31

2.1 概述 31

2.2 新型钛合金的研究进展 31

2.2.1 宇航用钛合金 31

2.2.2 船用钛合金 35

2.2.3 生物医用钛合金 37

2.2.4 低成本钛合金 39

2.2.5 其他合金 39

2.3 国内外钛合金研制的差距 41

2.4 钛合金发展趋势 41

参考文献 42

第3章钛及钛合金的应用 45

3.1 概述 45

3.2 宇航应用 47

3.3 化工、汽车及能源等工业上的应用 58

3.4 日常生活领域中的应用 60

3.4.1 体育器械 60

3.4.2 医疗器械与人工器官 61

3.4.3 照相器材 63

3.4.4 建筑用钛 64

3.4.5 其他日常生活用途 64

3.5 粉末冶金钛合金的民用 66

3.5.1 汽车工业应用 66

3.5.2 生物医疗应用 67

3.5.3 储氢应用 69

3.5.4 其他应用 70

参考文献 72

第4章钛合金相变研究方法 74

4.1 概述 74

4.2 物相类型分析 74

4.2.1 物相种类分析原理 74

4.2.2 X射线衍射分析 76

4.2.3 电子衍射分析 79

4.3 微观组织分析 81

4.3.1 光学电子显微镜 81

4.3.2 扫描电子显微镜 85

4.3.3 透射电子显微镜 89

4.4 相变过程的分析方法 92

4.4.1 热分析法 92

4.4.2 电阻分析法 93

4.5 小结 95

参考文献 95

第5章钛合金的相变 97

5.1 概述 97

5.2 钛与钛合金的同素异晶转变 98

5.3 β钛合金热处理过程中的相变 100

5.3.1 马氏体相变 102

5.3.2 ω相变 106

5.3.3 β相的分离 112

5.3.4 α相的形成 113

5.3.5 马氏体相的分解 115

5.3.6 共析分解 117

5.3.7 α相的分解 121

5.3.8 界面相的形成 122

5.4 小结 122

参考文献 122

第6章热处理对钛合金组织和强韧性的影响 125

6.1 概述 125

6.1.1 钛合金的热处理特点 125

6.1.2 钛合金的热处理类型 126

6.2 钛合金的显微组织特征 128

6.2.1 片层组织 128

6.2.2 网篮组织 129

6.2.3 双态组织 129

6.2.4 等轴组织 130

6.3 热处理工艺对钛合金显微组织演化的影响 130

6.3.1 固溶温度对TC21合金显微组织的影响 130

6.3.2 固溶时间对TC21合金显微组织的影响 131

6.3.3 冷却方式对TC21合金显微组织的影响 132

6.3.4 时效温度对TC21合金组织的影响 133

6.3.5 时效时间对TC21合金组织的影响 134

6.3.6 热处理对典型钛合金显微组织的影响 135

6.4 显微组织对钛合金强韧性的影响 137

6.4.1 LM和BM组织对钛合金拉伸变形行为的影响 137

6.4.2 LM和BM组织对钛合金低周疲劳(low cycle fatigue, LCF)行为的影响 140

6.4.3 α₂相对钛合金LCF行为的影响 143

6.4.4 α相时效析出行为对钛合金拉伸性能的影响 145

6.4.5 针状α相对钛合金韧性的作用 151

6.5 小结 155

参考文献 155

第7章钛合金置氢处理组织与性能间的关系 159

7.1 概述 159

7.2 钛合金中氢的特性 159

7.2.1 氢在钛中的存在形式 159

7.2.2 氢在钛中的溶解 161

7.2.3 氢在钛中的扩散 161

7.2.4 钛氢微观作用机理 162

7.3 置氢处理对钛合金组织和相结构的影响 163

7.3.1 置氢处理对α型Ti600合金组织和相结构的影响 164

7.3.2 置氢处理对(α+β)型TC21合金组织和相结构的影响 167

7.3.3 置氢处理对β型Ti40合金组织和相结构的影响 172

7.4 置氢处理对钛合金性能的影响 176

7.4.1 置氢处理对钛合金室温性能的影响 176

7.4.2 置氢处理对钛合金高温性能的影响 182

7.4.3 置氢处理对钛合金超塑性能的影响 185

7.5 钛合金置氢处理技术的应用前景 196

7.6 小结 197

参考文献 197

第8章钛合金半固态热处理及半固态加工技术 201

8.1 概述 201

8.2 半固态热处理对微观组织的影响 201

8.2.1 半固态温度对钛合金组织的影响 203

8.2.2 半固态保温时间对钛合金组织的影响 207

8.2.3 半固态冷却方式对钛合金组织的影响 210

8.3 钛合金半固态热模拟压缩变形行为 213

8.3.1 不同半固态变形温度下Ti14合金的应力应变关系及微观组织演变 214

8.3.2 不同应变速率下Ti14合金的应力应变关系及微观组织演变 218

8.3.3 不同变形量合金的应力应变关系及微观组织演变 220

8.4 钛合金半固态锻造 223

8.4.1 Ti14合金半固态可锻性 223

8.4.2 Ti14合金半固态锻造中的微观组织演变特征 225

8.4.3 锻件力学性能评价 231

8.5 小结 240

参考文献 240

作者简介

赵永庆, 男, 博士、教授、博导, 国家钛合金973计划首席科学家, 西北有色金属研究院副总工程师。自1991年参加工作以来, 一直从事钛合金材料的研究与开发, 主持承担包括国家973计划、科技支撑计划、 863项目、国防973计划课题、总装预研项目、海装预研项目、军品配套项目、 973引导项目、自然基金重点项目、陕西省13115创新工程项目50余项, 先后获得国家科技进步奖1项、省部级科技一等奖3项、省部级二等奖8项; 获授权发明专利30件; 发表学术论文500余篇, 编著《钛合金及应用》、《钛及钛合金金相图谱》专著2本, 参与编写专著5本。制定国军标3项, 培养硕、博士研究生40多名。同时兼任陕西省13115创新工程“钛工程技术研究中心”主任等。先后荣获国家新世纪百千万人才、政府特殊津贴专家、陕西省有突出贡献专家、首届省科技劳模、国家军品协作配套先进个人等荣誉。

陈永楠, 男, 博士、讲师, 2009年毕业于西安交通大学金属材料强度国家重点实验室, 获博士学位。2010年于长安大学材料科学与工程学院工作至今, 长期从事高性能低成本化钛合金加工技术、钛合金高温力学性能、钛合金表面处理及生物医用钛合金的研究。先后主持或参与国家973引导项目、国家留学基金项目、陕西省自然科学基金等项目, 取得众多科研成果, 5年内先后在国内外最具影响力的期刊发表论文30余篇, 其中SCI收录超过20篇, 授权国家发明专利2项。

张学敏, 女, 博士、讲师, 2010年毕业于西北工业大学材料学院材料学专业, 获博士学位, 2007—2008年作为首批“国家建设高水平大学研究生项目”的公派博士生赴澳大利亚Monash大学进行为期一年的联合培养学习; 同年进入长安大学材料科学与工程学院任教至今。长期从事钛合金先进成形技术及工艺研究、钛合金变形行为模拟及缺陷预测、钛合金表面处理、生物医用钛合金及其复合陶瓷材料的研究。作为骨干参与省部级课题3项, 其中包括国家973项目、科技攻关项目、陕西省自然科学基金等项目。先后在国内外著名期刊发表论文16篇, 其中SCI、 EI收录12篇。

曾卫东, 男, 博士后、教授、博士生导师。2000—2001年赴德国宇航院材料研究所做访问学者。长期从事钛合金先进成形技术与数值模拟仿真研究工作, 先后主持和参加国家973计划、国家自然基金、国家科技支撑计划、新世纪优秀人才计划、国家军品配套等国家级和省部级重大科研项目20余项。获国家科学技术二等奖1项, 国防科工委科技一等奖1项, 陕西省科技一等奖、二等奖各1项, 国家教委科技进步二等奖、三等奖各1项。发表论文100余篇, 被SCI、 EI等收录50余次, 培养博士生、硕士生20余名。先后荣获陕西省高教系统优秀青年教师共产党员、陕西省第五届青年科技奖、教育部新世纪优秀人才计划、西北工业大学优秀青年教师等荣誉称号。

王磊, 博士、教授、博导, 现任东北大学材料与冶金学院副院长。1993年破格晋升为副教授。1997年在日本获工学博士学位。1997—2004年在日本的两所国立大学任教6年。现任日本金属学会外国会员、中国金属学会高温材料分会理事、中国机械工程学会材料分会理事等。长期从事高温材料、智能材料微观组织与性能的控制以及材料环境力学行为与强韧化等方面的研究。主持并承担了国家973计划、国防军工项目、国际科技合作项目等科研课题42项。先后在Scripta Mater.、 Mater.Sci.Eng.A、 Mater.Trans.等著名刊物上发表学术论文166篇。获省部级科技进步奖5项, 出版(合作出版)教材(专著)5部。主讲的“材料的力学性能”荣获省级精品课程, 此外承担了“材料学”、 “材料科学基础”、 “高温材料学”、 “材料断裂力学基础”、 “材料的强度与组织控制理论”等课程的教学。

前言

自20世纪50年代以来, 钛及钛合金因具有优异的综合性能, 得到世界各国的高度重视, 在各行各业获得了广泛的应用。尽管如此, 钛及钛合金方面的专著很少, 尤其是专门介绍钛合金相变和热处理的专著。而钛合金的相变和热处理是钛合金研究的基础, 也是控制钛合金性能的关键。本书编著的目的在于为从事钛合金及相关材料专业的工作者提供一本较为系统的有关钛合金相变、热处理、力学性能、应用等方面知识的著作, 既比较实用, 也兼顾学术性。

本书第1章由西北工业大学的曾卫东教授撰写, 第2章和第3章由西北有色金属研究院赵永庆教授撰写, 第4章、第5章和第8章由长安大学的陈永楠博士撰写, 第6章由东北大学的王磊教授和于腾博士撰写, 第7章由长安大学的张学敏博士撰写, 并由赵永庆和陈永楠进行了最后统稿和修改。需要指出的是, 由于作者的侧重点所致, 各章节论述繁简也不尽相同, 是否妥当, 尚待商榷。另外, 限于时间和资料收集等原因, 疏漏之处在所难免, 诚恳欢迎批评指正, 待有机会再版时修订。

感谢国家973计划“钛合金材料制备加工的基础研究”项目(2007CB613800)的支持!

在本书撰写过程中参考了大量文献资料, 但各章后面所附参考文献仅为其中部分资料, 在此对本书引用的参考文献的作者表示衷心感谢。

赵永庆谨识

2011年2月16日

当今有色金属已成为决定一个国家经济、科学技术、国防建设等发展的重要物质基础, 是提升国家综合实力和保障国家安全的关键性战略资源。作为有色金属生产第一大国, 我国在有色金属研究领域, 特别是在复杂低品位有色金属资源的开发与利用上取得了长足进展。

我国有色金属工业近30年来发展迅速, 产量连年居世界首位, 有色金属科技在国民经济建设和现代化国防建设中发挥着越来越重要的作用。与此同时, 有色金属资源短缺与国民经济发展需求之间的矛盾也日益突出, 对国外资源的依赖程度逐年增加, 严重影响我国国民经济的健康发展。

随着经济的发展, 已探明的优质矿产资源接近枯竭, 不仅使我国面临有色金属材料总量供应严重短缺的危机, 而且因为“难探、难采、难选、难冶”的复杂低品位矿石资源或二次资源逐步成为主体原料后, 对传统的地质、采矿、选矿、冶金、材料、加工、环境等科学技术提出了巨大挑战。资源的低质化将会使我国有色金属工业及相关产业面临生存竞争的危机。我国有色金属工业的发展迫切需要适应我国资源特点的新理论、新技术。系统完整、水平领先和相互融合的有色金属科技图书的出版, 对于提高我国有色金属工业的自主创新能力, 促进高效、低耗、无污染、综合利用有色金属资源的新理论与新技术的应用, 确保我国有色金属产业的可持续发展, 具有重大的推动作用。

作为国家出版基金资助的国家重大出版项目, 《有色金属理论与技术前沿丛书》计划出版100种图书, 涵盖材料、冶金、矿业、地学和机电等学科。丛书的作者荟萃了有色金属研究领域的院士、国家重大科研计划项目的首席科学家、长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、全国优秀博士论文奖获得者、国家重大人才计划入选者、有色金属大型研究院所及骨干企业的顶尖专家。

国家出版基金由国家设立, 用于鼓励和支持优秀公益性出版项目, 代表我国学术出版的最高水平。《有色金属理论与技术前沿丛书》瞄准有色金属研究发展前沿, 把握国内外有色金属学科的最新动态, 全面、及时、准确地反映有色金属科学与工程技术方面的新理论、新技术和新应用, 发掘与采集极富价值的研究成果, 具有很高的学术价值。

中南大学出版社长期倾力服务有色金属的图书出版, 在《有色金属理论与技术前沿丛书》的策划与出版过程中做了大量极富成效的工作, 大力推动了我国有色金属行业优秀科技著作的出版, 对高等院校、研究院所及大中型企业的有色金属学科人才培养具有直接而重大的促进作用。

王淀佐

2010年12月