作者：mcloud 發(fā)布時(shí)間：2020-11-11 15:14 瀏覽次數(shù) :
密度小、強(qiáng)度高、比強(qiáng)度大
鈦的密度是4.51g/cm
3，為鋼的57%，鈦比鋁重不到兩倍，強(qiáng)度比鋁大三倍。鈦合金的比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度之比值）是常用工業(yè)合金中最大的，鈦合金的比強(qiáng)度是不銹鋼的3.5倍；鋁合金的1.3倍；鎂合金的1.7倍，所以是宇航工業(yè)必不可少的結(jié)構(gòu)材料。
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金屬 |
鈦（合金） |
鐵 |
鋁（合金） |
鎂（合金） |
高強(qiáng)度鋼 |
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密度/g/cm3 |
4.5 |
7.87 |
2.7 |
1.74 |
7.8 |
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比強(qiáng)度 |
29 |
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21 |
16 |
23 |
鈦與其他金屬密度和比強(qiáng)度的比較
耐蝕性能優(yōu)異
鈦的鈍性取決于氧化膜的存在，它在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性比在還原介質(zhì)中要好得多，在還原性介質(zhì)中會(huì)發(fā)生高速率腐蝕。
耐熱性能好
通常鋁在150℃，不銹鋼在310℃即失去了原有性能，而鈦合金在500℃左右仍保持良好的力學(xué)性能，鋁合金和鎂合金已不能使用，而鈦合金則能滿足要求。鈦的耐熱性能好，它用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的盤和葉片以及飛機(jī)后機(jī)身的蒙皮。
低溫性能好
某些鈦合金（如Ti-5Al-2.5SnELI）的強(qiáng)度隨溫度的降低而提高，但塑性降低的不多，在低溫下
仍有較好的延展性及韌性，適宜在超低溫下使用。
無(wú)磁
鈦無(wú)磁性，它用于潛艇殼體，不會(huì)引起水雷的爆炸。
熱導(dǎo)率小
QCTI
鈦與其他的金屬熱導(dǎo)率比較如表：
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金屬 |
純鈦 |
鈦合金 |
普通鋼 |
不銹鋼 |
鋁合金 |
鎂合金 |
銅 |
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熱電率/w.(m.k)-1 |
17 |
7.5 |
63 |
16 |
121 |
159 |
385 |
鈦與其他的金屬熱導(dǎo)率比較
鈦的熱導(dǎo)率小，僅為剛的1/5，鋁的1/13，銅的1/25。導(dǎo)熱性不好是鈦的一個(gè)缺點(diǎn)，但在某些場(chǎng)合下可以利用鈦的這一特征。
彈性模量低
鈦的彈性模量?jī)H為剛的55%，作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)，彈性模量低是個(gè)缺點(diǎn)。
鈦與其他金屬的彈性模量比較如表：
鈦與其他金屬的彈性模量比較
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金屬 |
純鈦 |
鈦合金 |
普通鋼 |
不銹鋼 |
鋁合金 |
鎂合金 |
銅 |
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彈性模量/GPa |
106.3 |
113.2 |
205.8 |
199.9 |
71.5 |
44.8 |
107.8 |
抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度很接近
Ti-6Al-4V鈦合金抗拉強(qiáng)度為960MPa，屈服強(qiáng)度為892MPa，兩者之間差只有58MPa，如表：
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強(qiáng) 度 |
鈦合金Ti-6Al-4V |
不銹鋼18-8 |
鋁合金 |
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抗拉強(qiáng)度/MPa |
960 |
608 |
470 |
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屈服強(qiáng)度/MPa |
892 |
255 |
294 |
鈦在高溫下容易被氧化
鈦同氫氧的結(jié)合力強(qiáng)，要注意防止氧化和吸氧。鈦材焊接氬氣保護(hù)下進(jìn)行，防止污染。鈦管與薄板要在真空下熱處理，鈦鍛件的熱處理時(shí)要控制微氧化性氣氛。
抗阻尼性能低
用鈦及其他金屬材料（銅，鋼）制成形狀和大小完全一樣的鐘，用同等的力把每個(gè)鐘敲一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，用鈦?zhàn)龅溺娬袷幤饋?lái)聲音持續(xù)的時(shí)間
QCTI
長(zhǎng)，即通過(guò)敲擊給予鐘的能量不容易消失，所以，我沒(méi)說(shuō)鈦的阻尼性能低。
鈦的三種特殊功能
形狀記憶功能
指的是Ti-50%Ni（原子）合金，在一定的溫度條件下，能夠恢復(fù)他原來(lái)形狀的本領(lǐng)，稱這種材料為形狀記憶合金。
超導(dǎo)功能
指的是NbTi合金，當(dāng)溫度下降到接近絕對(duì)零度時(shí)，NbTi合金制成的導(dǎo)線，會(huì)失去電阻，任意大的電流通過(guò)，導(dǎo)線都不會(huì)發(fā)熱，沒(méi)有能耗，NbTi被稱為超導(dǎo)材料。
貯氫功能
指的是Ti-50%Fe（原子）合金，具有大量吸收氫氣的本領(lǐng)。利用TiFe的這一特征，可把氫安全的貯存起來(lái)，即貯存氫不一定使用鋼制高壓氣瓶。在一定條件下還可以讓TiFe把氫放出來(lái)，TiFe被稱為貯能材料。
工業(yè)鈦與鈦合金
鈦主要有兩大類。一是工業(yè)純鈦，鈦的純度為95%以上;二是鈦合金，鈦?zhàn)鳛榛w占90%。
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合金類型 |
中國(guó)牌號(hào) |
國(guó)外相 近牌號(hào) |
名義化 學(xué)成分 |
工作溫度/℃ |
強(qiáng)度水平/MPa |
特點(diǎn)與應(yīng)用 |
工業(yè)純鈦 |
GR1
Gr2
GR3
GR4 |
Gr.1 BT1-00(俄）Gr.2 BT1-0(俄）Gr.3
Gr.4 |
Ti
Ti
Ti
Ti |
300
300
300
300 |
≥240
≥400
≥500
≥580 |
工業(yè)純鈦系指幾種具有不同的Fe、C、N、O等雜質(zhì)含量的非合金鈦，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，成形性能優(yōu)異，易于熔焊和釬焊。用于制造各種非承力件，長(zhǎng)期工作溫度可達(dá)300℃。 |
工業(yè)純鈦
QCTI
鈦合金由于合金元素的作用而呈現(xiàn)多樣化的特性。它們往往具有比純鈦更高的強(qiáng)度、耐熱性、耐蝕性，在航空、航天、船舶、核能、軍工等高科技領(lǐng)域，具有更廣泛的用途。鈦合金由于加工抗力大，加工溫度范圍窄等原因，生產(chǎn)難度大，產(chǎn)品技術(shù)含量高，往往是鈦行業(yè)研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。
鈦及鈦合金的用途示表7-1.
鈦及鈦合金
鈦有兩種同素異晶體，具有同素異晶轉(zhuǎn)變組織。純鈦的同素異晶體的轉(zhuǎn)變溫度為882℃。在相變點(diǎn)以下，鈦為α相，具有密排六方結(jié)構(gòu)（hcp）；在相變點(diǎn)以上，鈦為β相，具有體心立方結(jié)構(gòu)，（bcc),同素異晶轉(zhuǎn)變?yōu)榻忉屸伜辖鸬亩鄻有院蛷?fù)雜性提供了重要的物理化學(xué)基礎(chǔ)。
到目前為止，已有十幾種合金元素，與鈦形成了有實(shí)用價(jià)值的鈦合金。根據(jù)對(duì)α相和β相穩(wěn)定性影響的不同，鈦合金元素通常分為α穩(wěn)定元素（如鋁、氧、碳等）、β穩(wěn)定元素（如鉬、釩、鉻、鐵等）和中性元素（鋯、錫等）。
按照α和β相含量，鈦合金一般分為α型、近α型、α+β型、β型及近β型等五種鈦合金，α合金和近β合金是β相比例高的合金，而α+β兩相合金則是介于上述二者之間的合金。
鈦合金的類型和鈦合金的性能有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖7-1所示。例如，α鈦合金具有較高的耐熱性和可焊性，而β鈦合金具有較高的室溫強(qiáng)度和冷成型性，α+β兩相鈦合金則具有較好的綜合性能。因此，TC4鈦合金是應(yīng)用最廣泛的鈦合金。
在我國(guó)，凡納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的鈦合金，其牌號(hào)都與合金相結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。α合金和近α合金，標(biāo)記為“TA”類合金。TA、TC、TB后的數(shù)字，早期層體現(xiàn)合金化程度高低，現(xiàn)在已沒(méi)有工程技術(shù)含義，只大致反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)合金注冊(cè)的時(shí)序。凡沒(méi)有TA、TC、TB標(biāo)記的合金，都是各研究單位自行命名而尚未納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的鈦合金。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已獲得重大工程應(yīng)用的實(shí)用鈦合金大約有60種，其中α合金和近α合金28種，α+β鈦合金23種，β合金及近β合金10種，部分合金的牌號(hào)、成分、特性及應(yīng)用等見(jiàn)下表，列入表中的合金都是在工程上得到應(yīng)用的合金。
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