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鈦合金TC4，TC4(Ti-6Al-4V)：

鈦合金TC4合金成分特點：

鋁：基本組元，用以保證合金在常溫及高溫下的性能。

釩：賦予合金熱處理強化能力，可改善塑性；β同晶型元素，不存在共析反應，故組織穩定性較好，長期使用溫度可達350℃；可減少Ti-Al系合金形成ω相的危險以及減輕鋁的偏析。 TC4合金處于α+β相區，α＋β→β轉變溫度為996℃。在平衡條件下，β相約占7～l0％

α+β型合金，國際上一種通用型鈦合金，其用量占鈦合金總消耗量50％左右。在航空工業上多用于做壓氣機葉片，盤和緊固件等；當間隙元素含量低時，具有良好的低溫性能，可制作在－196℃下使用的低溫容器。 具有良好的綜合力學機械性能。比強度大。TC4的強度sb=1.012MPa，密度g=4.4*103，比強度sb/g=23.5，而合金鋼的比強度sb/g小于18。 鈦合金熱導率低。 鈦合金的熱導率為鐵的1/5、鋁的1/10，TC4的熱導率l=7.955W/m?K。線膨脹系數=7.89*10-6℃，比熱=0.612cal/g?℃。鈦合金的彈性模量較低。TC4的彈性模量E=110GPa，約為鋼的1/2，故鈦合金加工時容易產生變形。 TC4(Ti-6Al-4V)和TA7(Ti-5Al-2.5Sn)鈦合金，采用兩種注入方案進行表面改性，試驗表明，鈦合金經離子注入后，提高了顯微硬度，顯著地降低了滑動摩擦系數，有效地提高了耐磨性.為探明其改性機理，對注入與未注入樣品進行了X射線光電子能譜(XPS)分析，獲得滿意的結果.

⑵組織與性能特點 TC4合金平衡組織為α+β，其形態為魏氏α+β和等軸α+β。熱加工后組織取決于變形溫度、變形量及隨后熱處理工藝。如在兩相區加工，變形量小于50％，不能將粗大組織破碎，只有增大變形量才能將原β晶界、α和β條破碎；熱軋溫度提高，組織由等軸狀變為網籃狀和粗大魏氏組織，同時屈服強度略有下降，斷裂韌性明顯提高。 950℃以下加熱，冷卻方式對性能的影響較小，合金具有較高的綜合性能；950℃以上加熱，合金強度隨冷卻速度增加而提高，但塑性、韌性下降，故TC4合金熱處理溫度不應越過950℃。

⑶熱處理：退火和淬火時效 普通退火：750～800℃×1～2 h＋空冷，得到不完全再結晶組織，故又稱不完全退火。

再結晶退火： 930～950℃加熱，以保證α相發生充分再結晶，隨爐冷至540℃以下空冷。 淬火時效工藝：930～950℃＋水冷＋540℃×4～8 h。

⑷性能特點： TC4合金綜合性能良好，使用溫度范圍寬(400～-196℃)，合金組織和性能穩定，合金化簡單，工藝易掌握，適合大規模生產（棒料、鍛件和中厚板材）。

當合金組織為細小等軸α+β組織，在 800～925℃范圍內，以一定變形速率進行拉伸，合金呈現超塑性。據此可生產出精密的復雜鍛件和鈑金件，以減少工序，降低成本。 性能不足：如冷變形性能差，難于軋制成薄板和薄壁管材；淬透性低(小于25mm)，限制了時效強化的應用。

試件制備及注入條件1.1 試件制備

選航空用的TC4、TA7鈦合金，試件制成圓盤狀，尺寸為40*5mm，所有試件表面均拋光至鏡面. 1.2 離子注入條件 兩種鈦合金都分別采用兩種注入方案： ① 在TC4及TA7鈦合金試件上濺射鍍Ti，Ti膜總厚度為540nm(5400A).在鍍Ti膜過程中，同時用(N+ +N+2)進行動態反沖注入，束流能量為50keV，束流密度為45μA/cm2，劑量為7*1017/cm2，靶室真空度為1.33*10-2Pa； ② 在①的基礎上，再注入C+，束流能量為40keV，劑量為3*1017/cm2.

硬度測量　

用HXD-1000數字式顯微硬度計測量了注入與未注入試件的顯微硬度，測量載荷為4.9×10-2N，測量結果列于表1.

表1 顯微硬度測量結果 材料 表面狀態 顯微硬度/MPa 硬度提高倍數 未注入 2690 0 TC4 注入(N+ +N+2) 6399 1.38 注入(N+ +N+2)+C+ 3436 0.28 未注入 3133 0 TA7 注入(N+ +N+2) 4276 0.36 注入(N+ +N+2)+C+ 4073 0.30

從表1看出，離子注入后，試件的顯微硬度都有不同程度的提高，其中TC4鈦合金注入(N+ +N+2)混合束后硬度約提高1.4倍.

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