钛合金及应用讲义 (5).pdf

1 知知识识点点讲讲义义 授课题目 第 2 章 工业纯钛 知识点 1 钛的基本性质 教学目的 和要求 理解钛的基本性质 教学重点 钛的基本性质 教学难点 无 教学进程 教学内容、教学设计、教学过程 教学目标教学目标 1：钛的基本性质 教学内容及过程设计：钛是元素周期表第四周期第四族元素，元素符号 Ti，原子序数为 22，原子量为 47.88，钛的熔点约为 1600，沸点约为 3300，密度约为 4.54g/cm3。Ti是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具有金属光泽，亦有良好的抗腐蚀能力(包括对海水、王水及氯气的抗腐蚀性)。钛最有用的两个特性是，抗腐蚀性，和金属中最高的强度-重量比。在非合金的状态下，钛的强度跟某些钢相同，但却要轻 45%左右。教学目标教学目标 2：钛资源的分布 教学内容及过程设计：中国钛资源总量 9.7 亿吨，居世界之首，占世界探明储量的 39%，主要集中在四川、云南、广东、广西及海南等地，其中攀西（攀枝花-西昌）地区是中国最大的钛资源基地，钛资源量为 8.7 亿吨。教学目标教学目标 3：钛的化学性质 教学内容及过程设计：钛的化合价有-1、0、+2、+3、+4，其中以+4 化合物最稳定。致密钛在空气中是极为稳定的。在较高的温度下，粉末钛容易氧化，并有可能着火燃烧。金属钛对海水、工业腐蚀性气体、许多酸、碱都具有抗蚀能力。但在高温下，钛的化学活性很强，可与卤族元素、氧、硫、碳、氮、氢、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳和氨发生强烈作用。钛易溶解于氢氟酸、浓硫酸、浓盐酸和王水中。钛不溶于碱溶液，但与熔融碱能发生强烈作用，生成钛酸盐。教学目标教学目标 4：钛的化合物 教学内容及过程设计：钛最重要的和最稳定的化合物是二氧化钛(TiO2）和四氯化钛（TiCl4）。二氧化钛是处理含钛原料获得的重要产品之一，纯二氧化钛呈白色，不溶于2 水、弱酸和碱溶液。在加热时能溶于浓的硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸中。四氯化钛是一种无色透明的液体，熔点为 250 K，沸点 409 K，密度 1.7g/cm3，在潮湿空气中或遇水发生水解产生腐蚀性白烟。教学目标教学目标 5：钛的力学性质 室温下纯钛的晶体结构为密排六方结构，其点阵长短轴比约为 1.6，室温变形时主要以1010柱面滑移为主，并诱发孪生。钛同时兼有钢（强度高）和铝（质地轻）的优点。高纯钛具有良好的塑性，但杂质含量超过一定时，变得硬而脆。工业纯钛在冷变形过程中，没有明显的屈服点，其屈服强度与强度极限接近，在冷变形加工过程中有产生裂纹的倾向，工业纯钛具有极高的冷加工硬化效应，因此可利用冷加工变形工艺进行强化。当变形度大于 20%30%时，强度增加速度减慢，但塑性几乎不降低。钛的屈服强度比较高，并与抗拉强度接近。钛的弹性模量小，约为铁的 54%,成形加工时回弹量大，冷成形困难，有时利用这一特性，将钛合金作为弹性材料使用，但是，高弹钛合金多属 a+(或近 a)合金，具有六方密排结构，其物理性能呈现很强的各向异性，如弹性模量绕 c 轴呈对称分布，c 轴方向弹性模量为 143 GPa，底面各取向的弹性模量为 104GPa，因此需要仔细考虑合金板材的各向异性、弹性模量以及合金织构与弹性各向异性之间的关系，通过合金化与工艺的调整，有目的地控制织构与弹性各向异性，以满足设计和使用要求。教学目标教学目标 6：高纯钛的性质 高纯钛的抗拉强度为 250MPa，屈服强度为 190MPa，伸长率为 40%，断面收缩率为 60%，而工业纯钛的抗拉强度为 300-6OOMPa，屈服强度为250-500MPa，伸长率为 20-30%，断面收缩率为 45%，高纯钛的正弹性模量为108GPa，切变弹性模量为 40GPa，泊松比 0.34，体弹模量为 126GPa，而工业纯钛的正弹性模量为 112GPa,切变弹性模量为 41GPa,泊松比 0.32，体弹模量为 104GPa.