钛是一种活性金属元素, 它与元素周期表中大多数元素都能发
生一定作用, 伊·伊·柯尔尼洛夫根据各元素与钛相互作用的特
点, 将周期表中的元素分为4组, 示于图2-1。
第一组, 是与α钛或β钛形成连续固溶体的元素, 这组元素有
10个, 它们在周期表中都是钛的近邻, 且其原子半径与钛原子半
径的差大多数不超过8%, 这些元素是钪、 锆、 铪、 钒、 铌、 钽、
铬、 钼、 钨和铀。 其中钛的同族元素锆、 铪与钛形成α和β连续固
10 第一篇 钛的基础知识图2-1 钛与元素周期表中元素相互作用的特点
溶体, 其余8个元素与钛只形成β连续固溶体。
第二组, 是与钛形成有限固溶体、 某些金属化合物和共价键
化合物的元素。 这组元素有60多个, 除去稀土金属, 还有40余
个。 这组元素在周期表中的位置比第一组元素离钛远, 在化学性
质上与钛也相差较大, 因此倾向于与钛形成化合物; 但是它们的
原子半径有的与钛相近, 有的则比钛小得多。 这就使它们有可能
与钛形成有 限 固 溶 体, 这 一 组 元 素 中 对 研 究 钛 合 金 较 为 重 要 的
有: 锰、 铁、 钴、 镍、 铜、 硼、 铝、 镓、 碳、 硅、 锡、 氮、 铋、
氧、 氢等。
第三组, 是与钛不形成固溶体, 而形成不同类型的共价化合物
和离子化合物的元素, 这组元素有9个, 它们位于周期表的最右
侧, 其中卤素与钛形成离子化合物, 如 TiCl4、 TiI4 等。
第四组, 是与钛不发生作用的元素, 这组元素包括碱金属和碱
土金属 (铍除外), 它们位于周期素的最左侧, 加上惰性气体, 共
17个元素。
第 2 章 钛的金属学 1140 钛的二元状态图有哪几种主要形式？
按照伊·伊·科尔尼洛夫的分类方法, 富钛部分的二元系相图
有4种主要形式, 见图2-2。
图2-2 钛的二元系相图
第一种, α (密排六方晶格) 与β (体心立方晶格) 都是连续
固溶体系 (图a)。 这样的二元系只有两个, 即 Ti-Zr系和 Ti-Hf
系。 钛之所以与锆、 铪形成α和β连续固溶体, 是因为钛、 锆、 铪
在周期表中是同族元素, 其原子的外层电子结构一样, 晶格类型相
同, 原子半径相近等。 可以设想, Ti-Zr-Hf这个三元系也将形成
三元连续固溶体。
第二种, β是连续固溶体, α为有限固溶体系 (图b)。 这样的二
元系有4个, 这就是 Ti-Mo系、 Ti-V 系、 Ti-Nb系和 Ti-Ta 系。 由于
Mo、 V、 Nb、 Ta这4个金属只有一种晶型, 即体心立方晶格, 所以它
们只与β具有相同晶型的β-Ti形成连续固溶体, 而与密排六方晶格的
α-Ti就形成有限固溶体, 当钛与钼、 钒、 铌、 钽组成多元合金时, 也
将形成多元的β是连续固溶体和α为有限固溶体。
第三种, 在固态发生包析反应和形成一个或几个金属化合物体
系 (图c)。 形成这种相图的二元系有 Ti-Al、 Ti-Sn、 Ti-Ce、 Ti-B、
Ti-C等。 其前三个系的α固溶体区间较宽, 在耐热钛合金中有重
要意义。