鈦合金具有強(qiáng)度高而密度又小,機(jī)械性能好,韌性和抗蝕性能很好。但是,鈦合金的工藝性能差,切削加工困難,在熱加工中,非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還有抗磨性差,生產(chǎn)工藝復(fù)雜。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開始的。航空工業(yè)發(fā)展的需要,使鈦工業(yè)以平均每年約8%的增長速度發(fā)展。目前世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬余噸,鈦合金牌號近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦(TA1、TA2和TA3)。鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)部件,其次為火箭和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。60年代中期,鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用,用于制作電解工業(yè)的電極,發(fā)電站的冷凝器,石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。
中國于1956年開始鈦和鈦合金研究;60年代中期開始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料,比重、強(qiáng)度和使用溫度介于鋁和鋼之間,但比強(qiáng)度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。1950年美國首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機(jī)上用作后機(jī)身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩、機(jī)尾罩等非承力構(gòu)件。60年代中開始鈦合金的使用部位從后機(jī)身移向中機(jī)身、部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件。鈦合金在飛機(jī)中的量迅速增加,達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20%~25%。70年代起,民用機(jī)開始大量使用鈦合金,如波音747客機(jī)用鈦量達(dá)3640公斤以上。馬赫數(shù)小于2.5的飛機(jī)用鈦主要是為了代替鋼,以減輕結(jié)構(gòu)重量。又如,美國SR-71高空高速機(jī)(飛行馬赫數(shù)為3,飛行高度26212米),鈦占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的93%,號稱“全鈦”飛機(jī)。當(dāng)航空發(fā)動機(jī)的推重比從4~6提高到8~10,壓氣機(jī)出口溫度相應(yīng)地從200~300°C增加到500~600°C時,原來用鋁制造的低壓壓氣機(jī)盤和葉片就必須改用鈦合金,或用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機(jī)盤和葉片,以減輕結(jié)構(gòu)重量。70年代,鈦合金在航空發(fā)動機(jī)中的用量一般占結(jié)構(gòu)總重量的20%~30%,主要用于制造壓氣機(jī)部件,如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤和葉片、鑄鈦壓氣機(jī)機(jī)匣、中介機(jī)匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強(qiáng)度,耐腐蝕和耐低溫性能來制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構(gòu)架和火箭殼體。人造地球衛(wèi)星、登月艙、載人飛船和航天飛機(jī)也都使用鈦合金板材焊接件。
熱強(qiáng)度高:使用溫度比鋁合金高幾百度,在中等溫度下仍能保持所要求的強(qiáng)度,可在450~500℃的溫度下長期工作這兩類鈦合金在150℃~500℃范圍內(nèi)仍有很高的比強(qiáng)度,而鋁合金在150℃時比強(qiáng)度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達(dá)500℃,鋁合金則在200℃以下。
抗蝕性好:鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作,其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼;對點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng);對堿、氯化物、氯的有機(jī)物品、鹽酸、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。
低溫性能好:鈦合金在低溫和超低溫下,仍能保持其力學(xué)性能。間隙元素極低的鈦合金,如TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性。因此,鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。
化學(xué)活性大:鈦的化學(xué)活性大,與大氣中O、N、H、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。含碳量大于0.2%時,會在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC;溫度較高時,與N作用也會形成TiN 鈦合金制品硬質(zhì)表層;在600℃以上時,鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層;氫含量上升,也會形成脆化層。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達(dá)0.1~0.15 mm,硬化程度為20%~30%。鈦的化學(xué)親和性也大,易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。
導(dǎo)熱系數(shù)小、彈性模量小:鈦的導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)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,不宜制作細(xì)長桿和薄壁件,切削時加工表面的回彈量很大,約為不銹鋼的2~3倍,造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結(jié)磨損。供應(yīng)TA2鈦合金棒 車光鈦棒 TA2耐腐蝕鈦合金棒