鈦與鈦合金元素的相互作用

  鈦合金元素間的相互作用是形成固溶體還是化合物?形成固溶體時溶解度有多大?根據合金理論，這些問題主要取決于原子的電子結構、原子半徑大小、晶格類型、負電性及電子濃度等因素。

  鈦是過渡族金屬，原子序數為22，其電子結構為1S22S6P63S2P63S2P6d24S2，即最外層的電子結構為3d24s2，有未填滿的d電子層。周期表上有許多元素能與鈦合金形成置換式固溶體，但只有外層電子結構與鈦合金相近的元素才能在鈦合金及TC4鈦棒中有較大的溶解度。鈦合金中一些常用元素的外層電子結構、原子半徑及晶格類型。

  在元素周期表上與欽同族的元素錯和鉛具有與鈦相同的外層電子結構和晶格類型，原子半徑也相近，故與α鈦和β鈦均能無限互溶，形成連續固溶體。在元素周期表上靠近鈦的元素，如釩、鉬、鈮、鉭等與β鈦具有相同的晶格類型，能與β鈦無限互溶，在二鈦中則有限溶解。元素周期表上離鈦越遠的元素，其外層電子結構及原子半徑與鈦相差越大，在鈦中的溶解度則越小，并且容易形成化合物。鈦與元素周期表中元素反應分類，這些元素按它們對鈦的同素異構轉變溫度的影響可分為三大類。

  碳、氧、氮、氫，有時還包括硅、鐵等都是由原材料或在加工過程中帶人的，一般成為雜質元素。這些元素可使鈦及鈦合金的強度提高、塑性降低，甚至使斷裂韌性、低溫韌性、疲勞性能、耐蝕性、冷成形性和可焊性等變壞。其中碳、氧、氮、氫等元素影響最強烈。因此，在鈦及鈦合金中對雜質元素規定了它們的最高允許含量。其他元素均按一定含量范圍加人到鈦及鈦合金中，以改變其組織和性能，所以稱為合金元素。鈦合金中常用合金元素的強化效果。

   鈦與元素周期表上有反應的各合金元素均形成鈦的二元相圖。鈦的二原相圖按各元素在周期表上的順序排列時，表現一定的規律性，這是由于決定元素間相互作用的因素在元素周期表上變化是有規律的，