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第1章 钛及钛合金的组织和性能1

1.1 引言1

1.2钛的冶金学3

1.2.1 晶体结构3

1.2.2塑性变形4

1.2.3 β/α转变5

1.2.4扩散6

1.3钛合金的分类7

1.4金相试样制备10

1.5钛合金的显微组织11

1.6钛合金的性能15

1.7钛的合金化元素16

1.8传统钛合金17

1.8.1 α合金17

1.8.2近α合金19

1.8.3 α+β合金19

1.9钛合金的织构20

1.8.4亚稳态β合金20

1.10钛合金的力学性能22

1.10.1 强度23

1.10.2刚性25

1.10.3高温强度26

1.10.4损伤容限性和疲劳28

1.11参考文献与进一步阅读30

第2章 β钛合金32

2.1 引言32

2.2冶金和加工工艺33

2.3力学性能36

2.3.1拉伸性能36

2.3.2断裂韧性40

2.3.3疲劳（HCF）43

2.3.4疲劳裂纹扩展（FCP）46

2.4应用48

2.5参考文献与进一步阅读49

第3章 有序斜方晶系钛铝化合物：具有高损伤容限性能的金属间化合物52

3.1 引言52

3.2物理冶金：晶体结构、相平衡和合金化学成分55

3.3有序斜方晶系钛铝化合物的性能57

3.3.1物理性能57

3.3.2显微组织58

3.3.3力学性能60

3.4氧化和环境脆化69

3.5结束语74

3.6参考文献与进一步阅读75

4.1 引言79

第4章 γ钛铝化合物：合金设计及性能79

4.2γ－钛铝化合物的组成80

4.3相变及显微组织83

4.4变形的微观机制86

4.4.1滑移和孪生系统86

4.4.2位错增殖89

4.4.3孪晶形核93

4.4.4滑移阻力和位错可动性94

4.5力学性能99

4.5.1 晶粒细化100

4.5.2合金成分的作用101

4.5.3添加Nb后产生的固溶效应102

4.5.4沉淀强化104

4.5.5抗蠕变性107

4.5.6裂纹扩展和断裂韧性112

4.5.7疲劳行为115

4.6基本工艺情况117

4.6.1铸锭制备118

4.6.2铸造119

4.6.3热加工过程中的动态再结晶120

4.6.4热加工工艺路线研究的进展123

4.7结论128

4.8致谢129

4.9参考文献与进一步阅读129

第5章 钛合金的疲劳136

5.1 引言136

5.2显微组织的影响136

5.2.1商业纯钛，α合金137

5.2.2近α和α+β合金140

5.2.3 β合金145

5.3晶体学织构对疲劳寿命的影响150

5.4 平均应力对疲劳寿命的影响151

5.5机械表面处理的影响152

5.6热加工表面处理的影响155

5.6.1 α合金155

5.6.2近α和α+β合金155

5.6.3 β合金157

5.7钛铝化合物158

5.8复合材料159

5.9小结161

5.10参考文献与进一步阅读161

第6章 钛合金和钛铝化合物的氧化与防护165

6.1引言165

6.2金属氧化的基础166

6.2.1氧化反应热力学167

6.2.2氧化动力学168

6.2.3合金的氧化172

6.3.1氧化皮的形成175

6.3钛合金和钛铝化合物的氧化行为175

6.3.2合金表面层以下区域中非金属元素的溶解185

6.4提高抗氧化性的措施188

6.4.1合金元素188

6.4.2预氧化190

6.4.3涂层190

6.5小结和展望197

6.6参考文献与进一步阅读197

7.2海绵钛205

7.1引言205

第7章 钛及钛合金——从原材料到半成品205

7.3从海绵到锭坯208

7.4钛、钛合金及特种合金210

7.5半成品加工212

7.6应用214

7.7 回收216

7.8 小结和展望217

8.2钛合金的机加工218

8.1引言218

第8章 钛合金的加工218

8.3铸造220

8.4焊接222

8.4.1熔化焊223

8.4.2摩擦焊224

8.4.3电子束焊224

8.4.4激光束焊224

8.4.6焊接结构的性能225

8.4.5点焊225

8.5超塑性成形／扩散连接227

8.6粉末冶金229

8.7参考文献与进一步阅读231

第9章 钛的熔模铸造233

9.1钛233

9.2铸造合金233

9.3熔炼系统234

9.4造型材料234

9.6.1酸洗（化学蚀刻）235

9.6精加工235

9.5铸件设计235

9.6.2热等静压（HIP）236

9.6.3焊接236

9.7铸件实例236

第10章 钛及钛合金的超塑性成形与扩散连接240

10.1 引言240

10.2超塑性242

10.3扩散连接245

10.4 SPF工艺246

10.5 SPF材料研究以确定参数247

10.6 SPF加工249

10.7 SPF构件实例249

10.8 SPF成形压力250

10.9 SPF/DB加工251

10.10 SPF/DB结构和构件252

10.11小结253

10.12参考文献与进一步阅读253

11.2常规性能和应用254

第11章 钛的锻造254

11.1 引言254

11.3钛合金的热加工258

11.3.1锻造坯的加工258

11.3.2锻造259

11.3.3热处理260

11.4工艺设计261

11.4.1几何要求261

11.4.3锻件的加工参数262

11.4.2锻件和锻造设备262

11.4.4有限元模拟264

11.5工艺优化和应用实例265

11.6参考文献与进一步阅读267

第12章 连续纤维增强钛基复合材料：制备、性能和应用268

12.1引言268

12.2制备工艺269

12.3性能273

12.3.1强度和刚性273

12.3.2蠕变性能275

12.3.3疲劳性能277

12.3.4TMCs的各向异性279

12.3.5残余热应力281

12.4TMCs的尺寸与设计285

12.5材料模型286

12.6应用287

12.7小结和展望289

12.8参考文献与进一步阅读289

13.1 引言292

第13章 钛合金在航空航天领域中的应用292

13.2钛合金在飞机中的应用293

13.2.1飞机机架294

13.2.2燃气涡轮发动机297

13.2.3直升机302

13.3太空应用303

13.4参考文献与进一步阅读305

第14章 γ（TiAl）基合金的生产、加工和应用307

14.1引言307

14.2γ（TiAl）基合金的成分308

14.3通过热处理调整显微组织311

14.4 γ（TiAl）基合金的加工315

14.4.1铸锭的生产315

14.4.2粉末生产和压制317

14.4.3热加工320

14.4.4锻造321

14.4.5一次挤压和多次挤压324

14.4.6板材和箔材的轧制325

14.4.7超塑性成形327

14.5后续加工330

14.5.1连接330

14.5.2机加工331

14.6需求、部件、测试和应用332

14.6.1燃气涡轮发动机332

14.6.2航空333

14.6.3汽车发动机335

14.7结束语337

14.8参考文献与进一步阅读338

第15章 钛及钛合金在非航空航天领域中的应用343

15.1引言343

15.2化学工业、加工业和发电工业343

15.2.1热交换器和冷凝器344

15.2.2容器和仪表制造业344

15.2.3尺寸稳定的阳极——提炼冶金346

15.2.4石油化工炼油厂346

15.2.5烟道气体脱硫346

15.2.6蒸汽涡轮机叶片347

15.2.7其他应用348

15.3在海洋和近海中的应用348

15.4汽车工业350

15.5建筑业353

15.6体育和休闲用品355

15.6.1高尔夫球355

15.6.2网球拍、棒球拍和台球弹击杆356

15.6.3 自行车：不仅仅局限于车架356

15.6.6刀具358

15.6.5探险和出游用品358

15.6.4潜水呼吸用具358

15.6.7冬季运动用品359

15.6.8多种体育用品359

15.7医学应用360

15.8牙科植入物363

15.9首饰和时尚用品363

15.10乐器365

15.12信息技术366

15.13安全与防护366

15.11光学工业366

15.14参考文献与进一步阅读368

第16章 钛及钛合金的医学应用369

16.1 引言369

16.2各种生物医用金属材料的比较369

16.2.1抗蚀性369

16.2.2生物相容性371

16.2.3生物黏附性（骨骼融合性）372

16.2.4力学性能、加工性能和适用性375

16.3.1具有特殊力学性能的钛材料的结构性表面376

16.3合适的钛基复合材料实例376

16.3.2具有特殊生物学性能的Ti／陶瓷复合材料380

16.3.3具有特殊物理性能的Ti／陶瓷复合材料383

16.3.4抗磨损性得到改善的Ti／陶瓷复合材料385

16.4参考文献与进一步阅读391

第17章 钛在牙科领域中的应用393

17.1引言393

17.2牙科用钛及钛合金的相关临床特性393

17.2.1抗蚀性393

17.2.3物理性能395

17.2.2生物相容性395

17.3钛及钛合金在牙科中的应用397

17.3.1正牙学397

17.3.2修复学398

17.3.3植牙学400

17.4牙科实验室中钛的加工401

17.4.1牙科用钛的熔炼与铸造技术401

17.5小结402

17.4.2CAD/CAM技术402

17.6参考文献与进一步阅读403

第18章 钛在汽车制造领域中的应用404

18.1 引言404

18.2钛在汽车制造领域中的潜在应用405

18.2.1性能405

18.2.2潜在的应用407

18.3钛制悬簧410

18.4排气系统413

18.5结论415

18.6参考文献与进一步阅读416

第19章 钛合金在近海中的应用417

19.1 引言417

19.2材料和对材料的要求417

19.2.1在近海中应用的钛材料417

19.2.2海水腐蚀418

19.2.3在油和气体环境中的腐蚀418

19.2.5电偶腐蚀419

19.2.4应力腐蚀开裂（SCC）419

19.2.6疲劳421

19.3加工422

19.3.1焊接422

19.3.2冷成形422

19.3.3渗氮424

19.4应用424

19.4.1海水系统425

19.4.2热交换器425

19.4.4升降管管道426

19.4.3次氯酸盐系统426

19.4.5升降管楔形应力接头427

19.4.6海底系统427

19.5货源和成本427

19.5.1交货427

19.5.2成本427

19.6标准428

19.7结论428

19.8参考文献与进一步阅读429