钛及钛合金的基本性质与应用.doc

《钛及钛合金的基本性质与应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钛及钛合金的基本性质与应用.doc（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流钛及钛合金的基本性质与应用.精品文档.钛及钛合金的基本性质与应用摘 要： 综述了钛的基本性质及钛合金产品，并对钛的应用以及钛的发展前景做出了概括。 关键词： 钛及钛合金；钛及钛合金产品；钛的应用1引言钛及钛合金是在第二次世界大战后才发展起来的新型金属材料。直到1948年美国首先开始海绵钛的生产，中国于1958年开始钛的生产。钛在地壳中的含量是十分丰富的，它在结构金属元素中仅次于铝、铁、镁，居第四位。钛之所以成为一种十分重要的结构材料主要是因为综合性能良好，用途广泛，资源丰富，发展前景好，作为尖端科学技术材料，钛及钛合金具有强大的生命力，被誉为

2、正在崛起的“第三种金属”，即在钢铁和铝之后,其用量规模应居第三位。钛和钛合金不但是很好的结构材料,又是功能材料,如铌钛超导材料、钛镍记忆合金和钛铁吸氢材料等。2钛的基本性质2.1钛的物理性能钛在元素周期表中的序数为22，钛的最高化学价通常是正四价。工业纯钛与常用金属材料性质相比，主要有下面这些特征：（1） 钛密度小但是强度高，比重小、比强度高；（2） 弹性模量中等，适合做弹性元件，但是加工的时候回弹比较大，合金化对钛的弹性模量影响较大；（3） 熔点高，钛的熔点为1668，比铁的熔点高138，是轻金属中的高熔点金属。耐热性能中等，介于金属铝和镍之间；（4） 热导率、电导率和线膨胀系数都比较低。2

3、.2的钛化学性质金属钛在室温下比较稳定，但是在高温下很活泼，钛在熔化状态下能够与大多数的坩埚或者造型材料发生反应。由于钛在高温下会和氧、硫、碳、氮、卤素等元素强烈反应，钛在室温下就能吸收氢气，并且钛在氮气中只要加热就可以燃烧，钛尘在空气中有爆炸危险。因此，钛要在真空或者惰性气体下熔炼，而钛材加热和焊接宜用氩气保护。另外钛与人体的相容性很好，耐体液腐蚀。纯钛在大多数介质中具有很强的耐蚀性，尤其是在中性及氧化性介质中的耐蚀性很强。钛原子外层4s和3d电子的电离势很小,极易失去。因此钛是极活泼的元素, 极易与氧反应。微米级钛粉在常温下就容易吸氧自燃。但是,钛表面所生成的几个到几十个纳米的氧化膜极其完

4、整致密,具有遭局部破坏后在瞬间自修复的能力,并且在大多数环境中是稳定的, 因此钛及其合金就具有非常好的抗腐蚀能力。钛在500以下能与氧形成致密的氧化膜，具有良好的保护作用。在538以下，钛的氧化符合抛物线规律。但是在800以上，氧化膜会分解，氧原子会以氧化膜为转换层进入金属晶格，此时氧化膜已失去保护作用，使钛很快氧化。2.3钛的力学性能和工艺性能（1) 高纯钛的塑性很好，强度不高，随着杂质含量的增加强度会升高而塑性大大下降；（2) 钛合金的低温性能也非常好,在低温(-200)下仍能保持很好的塑性,适合在超低温下工作；（3) 钛的屈强比较高，变形抗力大；（4) 钛的弹性模量相对较低，因而加工成型

5、较困难；（5) 钛可以承受锻造、轧制、挤压、冲压等各种压力加工。2.4钛的其它性质除上述突出的优点外, 钛还有许多优异的性能。（1) 钛合金的高、低温性能好。现在新型钛合金能在600的高温下长期稳定工作；（2) 无磁性。在很强的磁场中也不会被磁化；（3)形状记忆特性。Ti-Ni合金是很好的形状记忆材料；（4)吸氢特性。Ti及Ti-Fe合金是很好的储氢储能材料；（5)超导特性。Nb-Ti 合金是很好的低温超导材料；（6)低阻尼特性。声波和振动在钛中衰减很慢。3钛及钛合金产品1、 海绵钛海绵钛是钛精矿经过富集、氯化后,再用镁还原蒸馏后得到的海绵状金属钛, 是制备钛加工材的原料。制取优质海绵钛的工艺

6、的技术措施包括:高纯度提纯镁还原剂和四氯化钛质量;在优化工艺控制参数的基础上使用生产工艺规范最佳化;在所使用设备的各种结合点上不漏气。2、 钦材产品我国国内主要以纯铁材为主, 纯铁材又是以板材和管材为主。铁合金主要以锻铸件为主。我国钛加工材的主要应用领域为:化工、航空航天、体育休闲、制盐和冶金。4钛的应用4.1钛合金在军事工业上的应用钛及其合金最早用于军工，至今在宇航、核能、军舰、战车和兵器等领域获得了大量的应用，已成为无可替代的战略金属。钛合金的应用水平反映了一个国家武器装备的现代化程度，也是其军事水平和军事实力的重要指标。耐酸碱腐蚀是钛合金的又一优点，在海水中用钛合金做船只外壳，既能抗海水

7、腐蚀又能抗深水压力，而且钛无磁性，因而具有很好的反监测能力。4.2钛合金在生物医学上的应用钛元素对人体无毒，并且质量轻强度高，具有非常好的生物相容性，是理想的医用金属材料。由于钛合金具有优良的综合性能，已成功用于人体关节、骨创伤用品、脊柱矫形内固定系统、假牙等医用内植入产品。欧美发达国家都非常重视医用钛合金的研发，在高附加值利益的驱动下推出了许多新的医用钛合金材料，尤其是具有生物活性的钛合金仿生材料，替换了对人体有毒的V元素。考虑到人体的弱碱性环境，医用钛材的表面处理也做了诸多考量，使其具有更好的生物活性以适应人体的生理需要。4.3钛合金在民用领域的应用汽车轻量化是钛材最具开发潜力的市场之一。

8、在发动机中使用钛合金可减轻发动机的重量，从而降噪、减摩、省油，提高发动机效率。汽车发动机的许多其它零部件如连杆、曲轴、弹簧、紧固件等都改用钛合金制造。可以预见，一旦钛合金在汽车工业中得到广泛应用，那么钛材的用量将远远超过目前航空航天领域的用量。钛合金在文体用品中的应用最早从网球拍、羽毛球拍开始，近年来广泛使用在高尔夫球头球杆和赛车等产品上。钛合金的强度高，而模量和密度皆低，因此，钛制高尔夫球杆头具有接触球面大、重量轻、易于控制、易击中目标等优点。除高尔夫球市场外，自行车行业是钛合金另一个有发展前途的应用领域。与钢制自行车相比，钛制自行车的优点是质轻、强度高且抗腐蚀和抗疲劳性能好。钛合金还可用于

9、制造轮椅车架、鱼竿、镜架、手表和相机等。4.4钛合金在航空领域的应用钛在飞机应用主要有以下几个方面：（1）发动机。每一个发动机用钛量占发动机总重量的20-30%，主要是压气机的部件，包括叶片、轮毂、入口导向阀和外壳。（2）飞机骨架。这方面用钛量也很大，因为钛合金的比强度高，做骨架钛是所有金属材料中的首选。（3）起落架、支撑架等。选择钛合金，既保证了高强度耐冲击的性能要求，也比选用优质钢材的重量轻。（4）机翼外皮和内部固定用的铆接件，有的飞机选择钛合金做机翼外皮，主要是一些军用飞机。5钛合金的发展趋势5.1高温钛合金发展耐热钛合金的动力主要来自于燃气涡轮发动机。为了满足推重比航空发动机生产的需要

10、，国内外正在研制可以在高温下长时间使用的钛合金主要有：在以固溶体为基的钛合金的基础上，研制新型的抗氧化钛合金；金属间化合物为基的钛合金其高比强、高比模、抗氧化性较好；以碳化硅纤维增强的钛基复合材料和以碳化钛颗粒增强的钛基复合材料。5.2高强钛合金高强度钛合金具有强度高、韧性好的特点，高强钛合金可以与优质结构钢相媲美。5.3低温钛合金随着新技术的发展，对能在低温和超低温条件下工作的结构件的需求日益增多，为了使材料在低温下保持高韧性，必须尽量减少材料内部的晶格畸变和降低内应力。除此之外，人们还在积极发展高耐蚀性的钛合金、形状记忆合金、储氢材料、高电阻钛合金、抗弹钛合金、超塑成型钛合金等多用途专用钛

11、合金。6结语钛是20 世纪50 年代发展起来的一种重要的结构金属，近几年来, 随着国民经济的迅速发展, 我国钛工业取得了长足的进步。已经具有的生产能力、设备和技术及正在建设和研究开发的项目, 将使我国成为一个世界钛工业大国, 可以为国家、为社会做出更大的贡献。但是，我国钛工业与发达国家相比还存在很多问题：铸造钛合金种类太少，熔铸设备落后、铸件质量不高，钛铸件在各行业中的使用比例不高，管理水平和生产效率低，钛合金的循环再利用非常少、铸件成本很高,产品质量不稳定,缺乏国际竞争力。参考文献1盛利.钛业将迎新机遇J.中国有色金属,2014(18):46-47.2杨冬雨,付艳艳.高强高韧钛合金研究与应用进展J.稀有金属，2011,35(4)：575-580.3周茂华.钦产品现状及发展前景J.特钢技术,2006,12(49):63-66.4王向东,郝斌.钛的基本性质、应用及我国钛工业概况J.钛工业进展，2004,21(1):6-10.5刘奇先,刘杨.钛合金的研究进展与应用J.航天制造技术,2011(4)：45-55.6李东英.我国的钛工业J.有色冶炼,2000,29(3)：1-6.7张福良,刘诗文.我国钛产业现状及未来发展建议J.现代矿业,2015(4):1-4.8卫晏华.我国钦材工业的发展现状及市场展望J.有色金属加工,2004,33(1):15-17.