钛与钛合金元素的相互作用

  钛合金元素间的相互作用是形成固溶体还是化合物?形成固溶体时溶解度有多大?根据合金理论，这些问题主要取决于原子的电子结构、原子半径大小、晶格类型、负电性及电子浓度等因素。

  钛是过渡族金属，原子序数为22，其电子结构为1S22S6P63S2P63S2P6d24S2，即最外层的电子结构为3d24s2，有未填满的d电子层。周期表上有许多元素能与钛合金形成置换式固溶体，但只有外层电子结构与钛合金相近的元素才能在钛合金及TC4钛棒中有较大的溶解度。钛合金中一些常用元素的外层电子结构、原子半径及晶格类型。

  在元素周期表上与钦同族的元素错和铅具有与钛相同的外层电子结构和晶格类型，原子半径也相近，故与α钛和β钛均能无限互溶，形成连续固溶体。在元素周期表上靠近钛的元素，如钒、钼、铌、钽等与β钛具有相同的晶格类型，能与β钛无限互溶，在二钛中则有限溶解。元素周期表上离钛越远的元素，其外层电子结构及原子半径与钛相差越大，在钛中的溶解度则越小，并且容易形成化合物。钛与元素周期表中元素反应分类，这些元素按它们对钛的同素异构转变温度的影响可分为三大类。

  碳、氧、氮、氢，有时还包括硅、铁等都是由原材料或在加工过程中带人的，一般成为杂质元素。这些元素可使钛及钛合金的强度提高、塑性降低，甚至使断裂韧性、低温韧性、疲劳性能、耐蚀性、冷成形性和可焊性等变坏。其中碳、氧、氮、氢等元素影响最强烈。因此，在钛及钛合金中对杂质元素规定了它们的最高允许含量。其他元素均按一定含量范围加人到钛及钛合金中，以改变其组织和性能，所以称为合金元素。钛合金中常用合金元素的强化效果。

   钛与元素周期表上有反应的各合金元素均形成钛的二元相图。钛的二原相图按各元素在周期表上的顺序排列时，表现一定的规律性，这是由于决定元素间相互作用的因素在元素周期表上变化是有规律的，