钛及钛合金因其优异的比强度、耐腐蚀性和生物相容性，在航空航天、化工、生物医学等领域得到广泛应用。其性能在很大程度上取决于材料的微观组织，而组织特征又受到合金成分、加工工艺和热处理状态的深刻影响。理解钛及钛合金的组织特征，是优化其性能和应用的基础。
钛在固态下有两种同素异晶体：在882.5℃以下为密排六方（HCP）结构的α-Ti，在此温度以上为体心立方（BCC）结构的β-Ti。这一同素异构转变是调控钛合金组织与性能的核心。根据室温下稳定相的不同，钛合金主要分为三类：α型钛合金、β型钛合金和（α+β）型钛合金。
1. α型钛合金的组织特征
α型钛合金主要含有α稳定元素（如Al、O、N），在室温至熔点的整个温度区间内，其组织均由α相构成，不发生相变。其典型组织为等轴的α晶粒。由于是HCP结构，滑移系少，其室温塑性较低，但高温性能和焊接性能良好。通过控制热加工和退火工艺，可以调整晶粒尺寸，从而影响其强度和塑性。
2. β型钛合金的组织特征
β型钛合金含有足够多的β稳定元素（如Mo、V、Nb、Fe、Cr），使得β相能够稳定到室温。其典型组织为全β相，呈体心立方结构，滑移系多，因此这类合金通常具有优良的冷成形性。通过固溶处理和时效处理，可以从过饱和β相中析出细小的α相或其他金属间化合物，产生显著的时效强化效果，从而获得高强度。其组织对热处理非常敏感。
3. （α+β）型钛合金的组织特征
这是应用最广泛的一类钛合金（如TC4，即Ti-6Al-4V）。其组织由α相和β相两相组成，兼具α合金和β合金的优点。其组织形态多样，对工艺极其敏感：
- 等轴组织：在（α+β）两相区经过充分变形和再结晶退火后获得。由等轴的初生α相（αp）和转变的β基体（其中包含细小的次生α片层，αs）组成。这种组织具有良好的综合性能，尤其是塑性和疲劳强度。
- 网篮组织：在β相区加热后以较快的速度冷却（如空冷）至室温获得。原始β晶界被破坏，粗大的β晶粒内形成交错排列的α片层束，形似网篮。这种组织具有较好的断裂韧性和高温性能。
- 魏氏组织：在β相区加热后缓慢冷却（如炉冷）获得。具有清晰的原始β晶界，晶内为粗大的平行或交错排列的α片层。这种组织塑性较差，但高温持久强度和蠕变性能较好。
- 双态组织：是等轴组织和片层组织的混合体，通常在（α+β）两相区上部温度加工或热处理后获得。包含一定比例的等轴初生α相和片层状的转变β组织。这种组织能较好地平衡强度、塑性和断裂韧性。
影响组织特征的关键因素：
- 合金元素：Al、O等稳定α相；Mo、V、Fe等稳定β相；Sn、Zr为中性元素，起固溶强化作用。
- 加工工艺：变形温度（在β相区还是（α+β）两相区）、变形量、变形速率直接决定动态再结晶和相变行为，从而决定组织形态。
- 热处理制度：固溶温度、冷却速度（水淬、空冷、炉冷）以及随后的时效温度和时间，精确控制着相的组成、形态、尺寸和分布，是获得目标组织的关键手段。
总结
钛及钛合金的组织特征是连接其成分、工艺与性能的桥梁。从全等轴的α晶粒到复杂的（α+β）双态组织，每一种组织形态都对应着独特的力学性能组合。通过精心设计合金成分和控制热机械处理工艺，可以对钛合金的组织进行“裁剪”，从而满足从高强高韧到超塑性成形等不同极端服役条件下的性能要求，这也是钛合金材料科学与工程的核心所在。
