Titanlegierungen sind Legierungen auf der Basis von Titan, das mit anderen Elementen versetzt wird. Titan hat zwei isomorphe Kristalle: dicht gepacktes hexagonales α-Titan unter 882 °C und kubisch raumzentriertes β-Titan über 882 °C.
Legierungselemente lassen sich nach ihrem Einfluss auf die Phasenübergangstemperatur in drei Kategorien einteilen:
①Die Elemente, die die α-Phase stabilisieren und die Phasenübergangstemperatur erhöhen, sind α-stabilisierende Elemente wie Aluminium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Unter ihnen ist Aluminium das Hauptlegierungselement der Titanlegierung, das offensichtliche Auswirkungen auf die Verbesserung der Normaltemperatur- und Hochtemperaturfestigkeit der Legierung hat, das spezifische Gewicht verringert und den Elastizitätsmodul erhöht.
②Das Element, das die β-Phase stabilisiert und die Phasenübergangstemperatur reduziert, ist das β-stabilisierende Element, das in zwei Typen unterteilt werden kann: isomorph und eutektoid. Ersteres umfasst Molybdän, Niob, Vanadium usw.; Letzteres umfasst Chrom, Mangan, Kupfer, Eisen, Silizium und so weiter.
③ Die Elemente, die wenig Einfluss auf die Phasenübergangstemperatur haben, sind neutrale Elemente wie Zirkonium und Zinn.
Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff sind die Hauptverunreinigungen in Titanlegierungen. Sauerstoff und Stickstoff haben eine höhere Löslichkeit in der α-Phase, was eine deutliche Verstärkungswirkung auf die Titanlegierung hat, aber die Plastizität verringert. Üblicherweise wird festgelegt, dass der Sauerstoff- und Stickstoffgehalt in Titan 0,15–0,2% bzw. 0,04–0,05% oder weniger beträgt. Die Löslichkeit von Wasserstoff in der α-Phase ist sehr gering, und zu viel in der Titanlegierung gelöster Wasserstoff erzeugt Hydride, die die Legierung spröde machen. Im Allgemeinen wird der Wasserstoffgehalt in Titanlegierungen unter 0,015% kontrolliert. Die Auflösung von Wasserstoff in Titan ist reversibel und kann durch Vakuumglühen entfernt werden.