先进钛合金及其构件的研制和应用已经成为装备制造水平的重要标志。本书将理论分析和实践经验相结合，系统梳理并介绍了钛合金材料特点、钛合金组织分析表征技术及应用、服役环境及性能要求、钛合金热处理及变形行为、典型钛合金组织性能调控等内容。本书涵盖了近些年相关领域研究的新成果，相关内容可以为先进钛合金材料及其构件的加工和组织性能调控提供极具价值的理论参考和工艺指导，助力钛合金组织分析表征和性能精确调控技术的发展。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 钛及钛合金概述 1
1.2 钛的合金化 2
1.2.1 合金元素分类 2
1.2.2 合金元素的主要作用 4
1.2.3 钛合金按元素组成分类 5
1.3 钛合金主要相结构及组织特征 7
1.3.1 钛合金主要相结构 7
1.3.2 钛合金典型组织特征 11
1.4 钛合金典型制备加工技术 13
1.4.1 钛合金的熔炼及铸造技术 13
1.4.2 钛合金的锻造 14
1.4.3 钛合金的焊接 16
1.4.4 钛合金的粉末冶金及增材制造 18
1.4.5 钛合金按制备工艺分类 19
1.5 钛合金的主要应用 20
1.6 本书主要内容 24
参考文献 25
第2章 钛合金组织分析表征技术及应用 27
2.1 光学金相显微分析技术及应用 27
2.2 X射线衍射技术及应用 29
2.3 电子显微技术及应用 31
2.3.1 扫描电子显微术 31
2.3.2 电子背散射衍射 35
2.3.3 透射电子显微术 42
2.4 其他先进分析表征技术及应用 50
2.4.1 透射菊池衍射 50
2.4.2 聚焦离子束微纳加工 50
2.4.3 三维原子探针 55
2.4.4 数字图像相关技术 58
2.4.5 同步辐射 62
2.4.6 纳米压痕试验 62
参考文献 64
第3章 高性能钛合金构件的服役环境及性能要求 67
3.1 钛合金及其构件典型服役环境 67
3.2 航空航天用钛合金性能要求 68
3.2.1 强度和塑性 68
3.2.2 高温抗氧化性 70
3.2.3 高温抗蠕变性 71
3.2.4 保载疲劳性能 73
3.2.5 低温性能 74
3.2.6 断裂韧性 76
3.2.7 冲击韧性 77
3.3 海洋工程用钛合金性能要求 79
3.3.1 耐腐蚀性 79
3.3.2 低周疲劳性能 83
3.3.3 室温保载疲劳性能 85
3.3.4 室温抗蠕变性 87
3.3.5 冲击韧性 89
3.3.6 焊接性能 90
3.4 生物医疗用钛合金性能要求 92
3.4.1 生物相容性 92
3.4.2 生物力学相容性 93
3.4.3 腐蚀疲劳性能 95
3.5 汽车及轨道交通用钛合金性能要求 96
参考文献 98
第4章 钛合金热处理及其相变规律 103
4.1 固溶热处理 103
4.1.1 β相基体特征 103
4.1.2 晶粒长大动力学 107
4.1.3 无热ω相析出行为 108
4.2 等温时效热处理 109
4.2.1 次生α相形核析出规律及晶体学特征 110
4.2.2 等温ω相析出行为 112
4.2.3 双重时效热处理 114
4.3 缓慢升温热处理 115
4.3.1 升温热膨胀曲线 116
4.3.2 升温过程中的相变行为 118
4.4 冷却工艺过程 121
4.4.1 冷却速率对微观组织的影响 121
4.4.2 α相变体选择晶体学机制 123
参考文献 125
第5章 钛合金变形行为及其微观机理 127
5.1 钛合金室温/低温变形行为 127
5.1.1 位错滑移 127
5.1.2 孪晶变形 130
5.1.3 应力诱发马氏体相变 132
5.2 钛合金高温变形行为 139
5.2.1 高温变形应力-应变曲线 139
5.2.2 动态回复及动态再结晶 142
5.2.3 组织破碎及球化 144
5.2.4 织构演变规律 147
5.2.5 钛合金热加工图 152
5.3 钛合金典型热成形行为及模拟仿真 156
5.3.1 钛合金锻造变形行为 156
5.3.2 钛合金锻造有限元模拟 157
5.3.3 钛合金轧制变形行为 161
5.3.4 钛合金轧制有限元模拟 162
参考文献 166
第6章 热力耦合作用下钛合金组织演变 169
6.1 钛合金热机械加工与热力耦合作用 169
6.2 预变形后时效过程中合金组织演变 170
6.2.1 等温时效组织演变 171
6.2.2 升温时效组织演变 175
6.3 热弹性变形过程中合金组织演变 178
6.3.1 相变动力学特征 179
6.3.2 α相变规律 181
6.3.3 ω相变规律 185
6.4 热塑性变形过程中合金组织演变 188
6.4.1 α相析出动力学特征及组织特征演变 189
6.4.2 α相析出与动态回复/再结晶竞争机制 193
6.4.3 α相析出变体选择晶体学机制 195
参考文献 200
第7章 高强韧钛合金力学性能匹配与调控 203
7.1 拉伸性能调控 203
7.1.1 初生α相对拉伸性能的影响 203
7.1.2 β相晶粒对拉伸性能的影响 206
7.1.3 次生α相对拉伸性能的影响 207
7.2 断裂韧性调控 212
7.2.1 断裂韧性及其影响因素 212
7.2.2 裂纹扩展特征 215
7.3 疲劳性能调控 219
7.3.1 组织特征对高周疲劳性能的影响 220
7.3.2 组织特征对疲劳裂纹萌生的影响 222
7.3.3 织构及缺陷特征对疲劳性能的影响 225
参考文献 229
第8章 海洋工程钛合金蠕变-疲劳性能及其失效机理 231
8.1 室温蠕变变形 231
8.1.1 初始组织对抗蠕变性的影响 231
8.1.2 加载条件对抗蠕变性的影响 232
8.1.3 室温拉伸蠕变本构方程 234
8.1.4 蠕变微观机理 235
8.2 室温疲劳变形 238
8.2.1 显微组织对室温疲劳的影响 238
8.2.2 晶体取向对室温疲劳的影响 239
8.3 室温保载疲劳变形 243
8.3.1 保载疲劳影响因素 243
8.3.2 保载疲劳显微变形行为 246
8.4 保载疲劳失效机理 248
8.4.1 保载疲劳断口特征 249
8.4.2 保载疲劳微观损伤机理 252
8.4.3 保载疲劳裂纹萌生机理 255
参考文献 261
第9章 高温钛合金力学性能优化及各向异性特征 263
9.1 微观组织及织构调控 263
9.1.1 轧制工艺的影响 263
9.1.2 热处理工艺的影响 270
9.2 室温力学性能优化 273
9.2.1 相比例优化 273
9.2.2 析出相强化 275
9.2.3 晶内亚结构的强化作用 277
9.2.4 各向异性特征及机理 278
9.3 高温力学性能优化 283
9.3.1 相比例优化 283
9.3.2 片层调控 286
9.3.3 各向异性特征及机理 287
参考文献 293
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