鈦與鈦合金元素的相互作用

  鈦合金元素間的相互作用是形成固溶體還是化合物?形成固溶體時溶解度有多大?根據(jù)合金理論，這些問題主要取決于原子的電子結(jié)構(gòu)、原子半徑大小、晶格類型、負(fù)電性及電子濃度等因素。

  鈦是過渡族金屬，原子序數(shù)為22，其電子結(jié)構(gòu)為1S22S6P63S2P63S2P6d24S2，即最外層的電子結(jié)構(gòu)為3d24s2，有未填滿的d電子層。周期表上有許多元素能與鈦合金形成置換式固溶體，但只有外層電子結(jié)構(gòu)與鈦合金相近的元素才能在鈦合金及TC4鈦棒中有較大的溶解度。鈦合金中一些常用元素的外層電子結(jié)構(gòu)、原子半徑及晶格類型。

  在元素周期表上與欽同族的元素錯和鉛具有與鈦相同的外層電子結(jié)構(gòu)和晶格類型，原子半徑也相近，故與α鈦和β鈦均能無限互溶，形成連續(xù)固溶體。在元素周期表上靠近鈦的元素，如釩、鉬、鈮、鉭等與β鈦具有相同的晶格類型，能與β鈦無限互溶，在二鈦中則有限溶解。元素周期表上離鈦越遠(yuǎn)的元素，其外層電子結(jié)構(gòu)及原子半徑與鈦相差越大，在鈦中的溶解度則越小，并且容易形成化合物。鈦與元素周期表中元素反應(yīng)分類，這些元素按它們對鈦的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度的影響可分為三大類。

  碳、氧、氮、氫，有時還包括硅、鐵等都是由原材料或在加工過程中帶人的，一般成為雜質(zhì)元素。這些元素可使鈦及鈦合金的強(qiáng)度提高、塑性降低，甚至使斷裂韌性、低溫韌性、疲勞性能、耐蝕性、冷成形性和可焊性等變壞。其中碳、氧、氮、氫等元素影響最強(qiáng)烈。因此，在鈦及鈦合金中對雜質(zhì)元素規(guī)定了它們的最高允許含量。其他元素均按一定含量范圍加人到鈦及鈦合金中，以改變其組織和性能，所以稱為合金元素。鈦合金中常用合金元素的強(qiáng)化效果。

   鈦與元素周期表上有反應(yīng)的各合金元素均形成鈦的二元相圖。鈦的二原相圖按各元素在周期表上的順序排列時，表現(xiàn)一定的規(guī)律性，這是由于決定元素間相互作用的因素在元素周期表上變化是有規(guī)律的，