文 献 综 述

一、前言

1.1 钛及钛合金的概述

翻阅参考文献^[1]可知，钛是20世纪50年代初走向工业化生产的一种重要金属。钛的性质优良，储量丰富。从工业价值和资源寿命的发展前景方面来看，它仅次于铁、铝而被誉为正在崛起的”第三金属”。钛作为一种稀有金属，对社会经济以及国防具有重要的战略意义。钛的重要特性有许多，如密度低、比强度高、耐腐蚀、线膨胀系数低、导热率低、无磁性、生理相容性好、表面可势性强，具有储氢、超导、形状记忆、超弹和高阻尼等特殊功能。它既是优质的轻型耐腐蚀的结构材料，又是新型的功能材料以及重要的生物医用材料。与钢铁以及铝合金等常见的金属材料相比，钛及钛合金虽然具有很多性能优势，但其生产和应用的规模及发展依然存在一定的限制因素，最重要的是制造加工过程比较复杂而成本价格偏高。

工业纯钛一般系指几种具有不同的铁、碳、氮、氧等杂质含量的非合金钛。

钛合金的经典分类方法将钛合金划分为α型、α β型、β型钛合金。近50年来，随着钛合金研究与应用的快速发展，特别是热处理强化的钛合金，经常遇到的是非平衡状态的组织，因此按照亚稳态状态的相组成进行钛合金的分类更为可取。根据钛合金从β相区淬火后的相组成与β稳定元素含量关系，可以将钛合金划分为六个类型：α型钛合金、近α型钛合金、马氏体α β型钛合金、近亚稳定β型钛合金、亚稳定β型钛合金和稳定β型钛合金^[2]。

1.2 TC4钛合金的研究现状

TC4（Ti-6Al-4V）钛合金是由美国于1954年研制成功的Ti-Al-V系α-β型钛合金，含有6%的α稳定元素Al和4%的β稳定元素V。该合金广泛用于航空构件,而其疲劳性能一直是人们关注的焦点^[3]。

TC4钛合金的主要特点是有优异的综合性能和良好的工艺性能。TC4钛合金具有中等的室温和高温强度，良好的蠕变抗力和热稳定性，较高的疲劳性能和海水中的裂纹扩展抗力，以及满意的断裂韧性和热盐应力腐蚀性能，对氢的敏感性也比TC2/TC1合金为小，适合与制造从-196~450℃广阔温度范围内工作的各种零件，特别是采用损伤容限原则设计的零部件。TC4钛合金还具有优良的工艺塑性和超塑性，适合于用各种压力加工方法进行成形，并采用各种方式进行焊接和机械加工。

自从该合金出现以后,对它的研究一直持续不断。如图1-1所示^[4]，TiAl合金的发表文章一直保持着高数量说明了这一趋势。由于对其长时间的深人研究,所以其加工技术现在已经较为成熟。但这些年由于设计概念的变化,由过去单纯的静强度设计思想转变为破损一安全设计概念和损伤容限设计准则^[5],以及对新的应用领域的开发,从而对它的研究又掀起了高潮。目前已对该合金的显微组织、织构、热处理、截面大小、加载方向、应力比、表面状态及腐蚀环境对合金疲劳性能的影响规律及影响机理开展了大量研究工作,使TC4再度成为新的应用材料。