1.2 钛及其合金的分类及特点
1.2.1 钛及其合金的分类
1.按组织分类
钛及其合金按组织分类可以分为工业纯钛和α型、近α型、马氏体α-β型、近亚稳定β型（又称过渡型）、亚稳定β型和稳定β型钛合金，但是习惯上还是分为工业纯钛和α型、β型和α+β型钛合金。
（1）工业纯钛（牌号TA1～TA4）工业纯钛的纯度越高，强度和硬度越低，塑性越好。纯钛在885℃会发生同素异构转变，在这个温度之下为密排六方晶格，叫作α相，在这个温度之上为体心立方晶格，叫作β相。
（2）钛合金
1）α钛合金（牌号TA）。α钛合金是通过加入α相稳定化元素Al或中性元素Sn、Zr等固溶强化而得到的。Al加入Ti之后可以提高再结晶温度，当Al的质量分数为5%时，再结晶温度从600℃可以提高到800℃，耐热性和力学性能也有提高。Al还能提高氢在钛中的溶解度，降低氢脆性。但是Al的加入量一般不超过7%（质量分数），否则会形成Ti-Al金属间化合物而引起脆性。
α钛合金具有高温强度高、韧性好、抗氧化性好、焊接性好、组织稳定等优点，其加工性能比β钛合金好，但比α-β钛合金差。α钛合金不能热处理强化，但可以通过600～700℃退火以消除加工硬化，以及加热至550～650℃消除焊接应力。典型的α钛合金有TA7（Ti-5Al-2.5Sn）等。
2）β钛合金（牌号TB）。β钛合金的退火组织完全由β相组成。β钛合金可以含有很高的β相稳定的合金元素，以减少β→α转变。通过时效处理可以提高β钛合金的强度。β钛合金的力学性能较差、脆性大、焊接性能不好，容易产生冷裂纹。
3）α-β钛合金（牌号TC）。α-β钛合金中含有α相和β相稳定元素以及中性元素，以强化合金，但是β相稳定元素的加入量一般不超过6%（质量分数）。
Al、O、N、C是α相稳定性元素，Mo、V、Nb、Fe、Cr、Ni是β相稳定性元素，Sn、Zr是中性元素。这些元素多数固溶于Ti中，可以根据需要来调整其组织。
2.按使用性能分类
（1）高温钛合金 世界上第一个研制成功的高温钛合金是Ti-6Al-4V，使用温度为300～350℃。随后相继研制出IMI550和BT3-1（使用温度为400℃），以及IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等钛合金（使用温度为450～500℃）。现在采用快速凝固/粉末冶金技术、纤维或者颗粒增强复合材料的钛合金作为高温钛合金，使钛合金的使用温度达到650℃以上。采用快速凝固/粉末冶金技术已经研制出高纯度、高致密性钛合金，在760℃下的强度相当于过去室温下使用的钛合金强度。
（2）钛-铝金属间化合物为基的钛合金 与一般钛合金相比，钛-铝金属间化合物为基的钛合金Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金属间化合物的最大优点是高温性能好（它们的最高使用温度分别为816℃和982℃），且具有抗蠕变性能好和密度小（密度只有镍基高温合金的1/2）的特点。其中Ti3Al（α2）和TiAl（γ）合金分别有Ti-21Nb-14Al、Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo和Ti-（46～52）Al-（1～10）M（M为V、Cr、Mn、Nb、Mo、W中的一种）。
（3）高强度高韧性β型钛合金 这种钛合金具有良好的热加工性能，容易锻造，可以轧制，焊接性也好，可以通过固溶-时效处理获得力学性能、环境抗力、强度和断裂韧性的良好配合。
（4）阻燃钛合金 常规钛合金在一定条件下有燃烧的倾向，这就限制了钛合金的应用。Ti-35V-15Cr是具有阻燃功能的阻燃钛合金。
（5）Ti-Ni形状记忆合金 形状记忆合金是一种集“感知”和“驱动”于一体的新型金属功能材料。它与普通金属材料的区别在于：普通金属材料在超出弹性限度的塑性变形是不可逆的；而形状记忆合金在超出弹性限度的塑性变形是可逆的、可以消除的，或者是卸载后可以立即消除，或者经过再次加热到某一温度后可以消除。之所以如此，是由于两种材料的变形机制不同。普通金属材料的变形是通过不可逆的滑移进行的；而形状记忆合金是由于应力诱发马氏体相变，或者原有马氏体重新取向而引起的宏观塑性变形，在晶体学上是完全可逆的。在发生马氏体逆转变后，晶体结构和取向都回复到变形前的状态，变形消除。
形状记忆合金除Ti-Ni二元合金外，还有Ti-Ni-Nb、Ti-Ni-Cu和Ti-Ni-Fe三元合金。
（6）钛-铁系储氢合金 能够在一定条件下反复吸、放氢的合金叫作储氢合金。它在室温、高氢压下可以吸收周围的氢并形成金属氢化物，而在稍微加热或者降低氢压时就可以放出氢。由于氢呈原子状态储存在金属间化合物的间隙中，吸氢量很大，是材料体积的1000～1300倍。
储氢合金主要有Ti-Fe-Mn、Ti-Fe-Ni-V、Ti-Co-Fe和Ti-Co-Mn等。