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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 材料區(qū) » 金屬 » 鈦合金的應用研究
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鈦合金的應用研究
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鈦及其合金具有重量輕、強度大、耐熱性強、耐腐蝕等許多優(yōu)特性，被譽為“未來的金屬”，是具有發(fā)展前途的新型結構材料。鈦及其合金不僅在航空、宇宙航行工業(yè)中有著十分重要的應用，而且已經開始在化工、石油、輕工、冶金、發(fā)電等許多工業(yè)部門中廣泛應用。 1．鈦在化工等部門的應用 鈦的另一個顯著特點是耐腐蝕性強，這是由于它對氧的親合力特別大，能在其表面上生成一層致密的氧化膜，可保護鈦不受介質腐蝕。金屬鈦在大多數水溶液中，都能在表面生成鈍化氧化膜。因此，鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質中具有很好的穩(wěn)定性，比現有的不銹鋼和其它有色金屬的耐腐蝕性都好，甚至可與鉑比美。但是，如果在某種介質中，能連續(xù)溶解鈦表面氧化膜時，則鈦在這種介質中便會受到腐蝕。例如，鈦在氫氟酸、濃的或熱的鹽酸、硫酸和磷酸中，由于這些溶液溶解鈦表面氧化膜，所以鈦被腐蝕。如果在這些溶液中加入氧化劑或某些金屬離子時，則鈦表面氧化膜便會受到保護，此時鈦的穩(wěn)定屬于增加。 一．化學工業(yè) 鈦在各種酸、堿、鹽介質中，除上述四種無機酸和腐蝕性很強的氯化鋁外，都具有很好的穩(wěn)定性。所以，鈦是化學工業(yè)中優(yōu)良的抗腐蝕材料，得到了越來越廣泛的應用。例如，在氯堿工業(yè)中使用鈦金屬陽極和鈦制濕氯氣冷卻器，收到很好的經濟效果，被譽為氯堿工業(yè)中的一大革命。 二．石油工業(yè) 鈦在有機化合物中，除了溫度較高下的五種有機酸（甲酸、乙酸、草酸、三氯乙酸和三氟乙酸）外，都具有非常好的穩(wěn)定性。因此，鈦是石油煉制和石油化工中優(yōu)良的結構材料，可以用來制作各種熱交換器、反應器、高壓容器和蒸餾塔等。三．冶金工業(yè) 鈦屬活性金屬，具有良好的吸氣性能，是煉鋼工業(yè)中優(yōu)良的脫氣劑，它能化合鋼在冷卻時析出的氧和氮。在鋼中加入少量的鈦（<0.1%）可使鋼堅韌而富有彈性。鈦也是煉鋼，煉鋁等工業(yè)中重要的合金添加劑。鈦具有超導性，是一種常見的超導材料。另外，鈦在含有金屬離子的酸性溶液中具有很好的穩(wěn)定性，因此鈦在濕法冶金工業(yè)中，如銅、鎳、鈷、錳等有色金屬的電解生產中，有著十分廣泛的應用。 四．化肥工業(yè) 尿素是重要的化肥，在生產過程中尿素、氨、氨基甲酸銨和它們的混合液，在高溫高壓的條件下腐蝕性很強，使用鈦取代不銹鋼后設備壽命大大增加，檢修時間大大減少。因此目前尿素生產中的主要設備都使用鈦材。 五．海水淡化和造船工業(yè) 鈦抗海水腐蝕的能力比其它所有金屬都好，無論是在靜止的或高速流動的海水中鈦都具有特殊的穩(wěn)定性。因此，鈦是海水淡化裝置的理想材料。鈦在這個領域的應用數量將越來越大。鈦抗海水和海洋空氣腐蝕能力很強，而且強度大，重量輕，是造船工業(yè)的理想結構材料，已廣泛應用在各種艦艇、深水潛艇的許多部件中。 六．電力工業(yè) 鈦在含有氯化物、硫化物等許多腐蝕性較強的熱水中具有較好的穩(wěn)定性，因此鈦已經大量在火力發(fā)電廠中用作為熱交換器的冷卻管。用薄壁鈦管取代銅鎳合金管后，不僅大大提高了使用壽命，而且大大減少了檢修時間，經濟效果十分顯著。 TA3 工業(yè)純鈦與化學純鈦不同之處是：它含有較多的氧.氮.碳及多種其它雜志元素（如鐵.硅等），它實質上是一種低合金含量的鈦合金。與化學純鈦相比，由于含有較多的雜志元素使其強度大大提高，它的力學性能與化學性與不銹鋼相似（但和鈦合金相比，強度仍然較低） 工業(yè)純鈦的特點是：強度不高，但塑性好，易于加工成行，沖壓、焊接、可切割加工性能良好；在大氣，海.濕氯氣及氧化性、中性、弱還原性介質中具有良好的耐蝕性，抗氧化性優(yōu)于大多數臭固體不銹鋼但耐熱性較差，使用溫度不太高。工業(yè)純鈦按其雜質含量的不同，分為TA1.TA2和TA3三個牌號。這三種工業(yè)純鈦的間隙雜質元素是逐漸增加的，故其機械強度和硬度也隨之逐級增加，但塑性.韌性相應下降。 工業(yè)上常用的純鈦是TA2，因其耐蝕性能和綜合力學性能適中。對耐腐和強度要求較高時可采用TA3。對要求較好的成型性能時可采用TA1。（1）主要用作工作溫度360度以下，受力不大但要求高塑性的沖壓件和耐蝕結構零件，例如：飛機的骨架 個皮，發(fā)動機附件，船舶用耐海水腐蝕管道、閥門、泵及水帶 海水淡化系統零部件，化工上的熱交換器泵體、蒸餾塔、冷卻器、攪拌器、三通、葉輪、堅固件、離子泵、壓縮機氣閥以及柴油發(fā)動機活塞、連桿、葉簧等。 （2）TA1.TA2在鐵含量為0.095%.氧含量為0.08%.氫含量0.0009%.氮含量0.0062%時，具有很好的低溫韌性和高的低溫強度，可用作-259℃以下的低溫結構材料。 α型鈦 合金 TA4 這類合金在室溫和使用溫度下有α型單相態(tài)，不能熱處理強化追滅是唯一的處理方式，主要依靠固溶強化。室溫強度一般低于β型和β型鈦合金但高于工業(yè)純鈦，而在高溫(500℃--600℃)下的強度和蛻變，強度卻是三類鈦合金中最高的，且組織穩(wěn)定，抗氧化性和焊接性能好，耐蝕性和可切削加工性能也較好，但塑性低熱塑性仍然良好/td> 抗拉強度比工業(yè)純鈦稍可做中等強度范圍的結構材料，國內主要用作焊絲。 TA5 TA6 用于>400℃以下在腐蝕介質中工作的零件及焊接件，如飛機才皮,骨架零件壓氣機殼體、葉片、船舶零件等。> TA7 500℃以下長期工作的結構零件和各種模鍛件，短時使用可到900℃。亦可用作超低溫(-233℃)部件超低溫用的容器。 TA8 500℃ s長期工作的零件，可用于制造發(fā)動機壓氣機盤和葉片。但合金的組織穩(wěn)定性較差。在使用上受到一定限制。 型鈦合金 TB2 這類合金的的主要合金元素是鉬、鉻、釩等β穩(wěn)定性化元素.在正火或級火時很容易將高溫β相保留到室溫，獲得介穩(wěn)定的β單相組織，故稱β型鈦合金。 β型鈦合金可熱處理強化，有較高的強度，焊接性能和壓力加工性能良好；但性能不夠穩(wěn)定，熔煉工藝復雜，故應用不如α型、α+β型鈦合金廣泛。 在350℃以下工作的零件，主要用于制造各種整體熱處理(固容.時效)的板材沖壓件和焊接件；如壓氣機葉片、輪盤、軸類等重載荷旋轉件，以及飛機的構件等。 TB2的合金一般在固溶處理狀態(tài)下交,再固容，時效后使用。 α+β型鈦合金 TC1 TC2 這類合金在高溫是α+β型兩相組織,因而得名為α+β型鈦合金。它具有良好的綜合力學性能，大多可熱處理強化(但TC1、TC2、TC7不能熱處理強化)，鍛造、沖壓及焊接性能較好，可切削加工，室溫強度高。150--500度以下且有較好的耐熱性,有的(如TC1、TC2、TC3、TC4)并有良好的低溫韌性和良好的抗海水應力腐蝕及抗熱鹽應力腐蝕能力。 |
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