鈦是20世紀50年代展開起來的一種重要的結構金屬,鈦合金強度高、耐蝕性好、耐熱性高。20世紀50~60年代,首要是展開航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金。
70年代開宣告一批耐蝕鈦合金,80年代以來,耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步展開。鈦合金首要用于制造飛機發動機壓氣機部件,其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件
世界上已研制出的鈦合金有數百種,最著名的合金有20~30種,如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。
據相關統計數據,2012年我國化工行業用鈦量達2.5萬噸,比2011年有所削減。這是自2009年以來,我國化工用鈦商場首次呈現負增長。近些年來,化工行業一直是鈦加工材最大的用戶,其用量在鈦材總用量的占比一直堅持在50%以上,2011年占比高達55%。但隨著經濟墮入低迷期,化工行業不但新建項目顯著削減,一同還將面對工業結構調整,部分產品新建產能受到操控,落后產能也將逐漸挑選的地步。受此影響,其對鈦加工材用量的萎縮也變得順理成章。在此之前,便有業內人士猜想化工行業用鈦量在2013~2015年間到達峰值。以當時商場表現看來,2012年整體經濟的疲軟有或許使得化工用鈦的衰退期提早。
原理
鈦合金是以鈦為根底參加其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體:882℃以下為密排六方結構α鈦,882℃以上為體心立方的β鈦。
合金元素依據它們對相變溫度的影響可分為三類:
①安穩α相、行進相改動溫度的元素為α安穩元素,有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金首要合金元素,它對行進合金的常溫文高溫強度、下降比重、增加彈性模量有顯著作用。
②安穩β相、下降相變溫度的元素為β安穩元素,又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等;后者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。
③對相變溫度影響不大的元素為中性元素,有鋯、錫等。
氧、氮、碳和氫是鈦合金的首要雜質。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對鈦合金有顯著強化作用,但卻使塑性下降。一般規定鈦中氧和氮的含量分別在0.15~0.2%和0.04~0.05%以下。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過多的氫會發生氫化物,使合金變脆。一般鈦合金中氫含量操控在 0.015%以下。氫在鈦中的溶解是可逆的,可以用真空退火除掉。
性能
鈦是一種新式金屬,鈦的性能與所含碳、氮、氫、氧等雜質含量有關,最純的碘化鈦雜質含量不逾越0.1%,但其強度低、塑性高。99.5%工業純鈦的性能為:密度ρ=4.5g/立方厘米,熔點為1725℃,導熱系數λ=15.24W/(m.K),抗拉強度σb=539MPa,伸長率δ=25%,斷面縮短率ψ=25%,彈性模量E=1.078×105MPa,硬度HB195。
強度高
鈦合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右,
僅為鋼的60%,純鈦的密度才接近一般鋼的密度,一些高強度鈦合金逾越了許多合金結構鋼的強度。因而鈦合金的比強度(強度/密度)遠大于其他金屬結構資料,見表7-1,可制出單位強度高、剛性好、質輕的零部件。飛機的發動機構件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都運用鈦合金。
熱強度高
運用溫度比鋁合金高幾百度,在中等溫度下仍能堅持所要求的強度,可在450~500℃的溫度下長期作業這兩類鈦合金在150℃~500℃范圍內仍有很高的比強度,而鋁合金在150℃時比強度顯著下降。鈦合金的作業溫度可達500℃,鋁合金則在200℃以下。
抗蝕性好
鈦合金在濕潤的大氣和海水介質中作業,其抗蝕性遠優于不銹鋼;對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強;對堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優異的抗腐蝕才干。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質的抗蝕性差。
低溫性能好
鈦合金在低溫文超低溫下,仍能堅持其力學性能。低溫性能好,空隙元素極低的鈦合金,如TA7,在-253℃下還能堅持必定的塑性。因而,鈦合金也是一種重要的低溫結構資料。
化學活性大
鈦的化學活性大,與大氣中O、N、H
鈦合金制品
、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等發生激烈的化學反應。含碳量大于0.2%時,會在鈦合金中構成硬質TiC;溫度較高時,與N作用也會構成TiN硬質表層;在600℃以上時,鈦吸收氧構成硬度很高的硬化層;氫含量上升,也會構成脆化層。吸收氣體而發生的硬脆表層深度可達0.1~0.15 mm,硬化程度為20%~30%。鈦的化學親和性也大,易與抵觸外表發生粘附現象。
導熱彈性小
鈦的導熱系數λ=15.24W/(m.K)約為鎳的1/4,鐵的1/5,鋁的1/14,而各種鈦合金的導熱系數比鈦的導熱系數約下降50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2,故其剛性差、易變形,不宜制造細長桿和薄壁件,切削時加工外表的回彈量很大,約為不銹鋼的2~3倍,構成刀具后刀面的劇烈抵觸、粘附、粘結磨損。