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鈦合金的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)用，而且已經(jīng)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(yīng)用。 1．鈦在化工等部門的應(yīng)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(zhì)腐蝕。金屬鈦在大多數(shù)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(zhì)中具有很好的穩(wěn)定性，比現(xiàn)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(zhì)中，能連續(xù)溶解鈦表面氧化膜時，則鈦在這種介質(zhì)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(xué)工業(yè) 鈦在各種酸、堿、鹽介質(zhì)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(xué)工業(yè)中優(yōu)良的抗腐蝕材料，得到了越來越廣泛的應(yīng)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(jīng)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(jié)構(gòu)材料，可以用來制作各種熱交換器、反應(yīng)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(dǎo)性，是一種常見的超導(dǎo)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(chǎn)中，有著十分廣泛的應(yīng)用。 四．化肥工業(yè) 尿素是重要的化肥，在生產(chǎn)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(shè)備壽命大大增加，檢修時間大大減少。因此目前尿素生產(chǎn)中的主要設(shè)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(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)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(jié)構(gòu)材料，已廣泛應(yīng)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(jīng)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(jīng)濟效果十分顯著。 TA3 工業(yè)純鈦與化學(xué)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(zhì)上是一種低合金含量的鈦合金。與化學(xué)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(xué)性能與化學(xué)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(zhì)中具有良好的耐蝕性，抗氧化性優(yōu)于大多數(shù)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(zhì)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(zhì)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(yīng)下降。 工業(yè)上常用的純鈦是TA2，因其耐蝕性能和綜合力學(xué)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(jié)構(gòu)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(tǒng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)材料，國內(nèi)主要用作焊絲。 TA5 TA6 用于>400℃以下在腐蝕介質(zhì)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(jié)構(gòu)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(fù)雜，故應(yīng)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(zhuǎn)件，以及飛機的構(gòu)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(xué)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(yīng)力腐蝕及抗熱鹽應(yīng)力腐蝕能力。 |
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