鈦及其合金材料論文

1、鈦及其合金機(jī)電11-13 XXX 03111XXX摘要：鈦是繼鋼，鋁，鎂之后21世紀(jì)的新型金屬，本文主要介紹了鈦及其合金的特性，工藝性能，生產(chǎn)技術(shù)與應(yīng)用，發(fā)展現(xiàn)狀以及其具有的巨大的發(fā)展?jié)摿?。關(guān)鍵詞：鈦合金 特性 工藝性能 應(yīng)用 發(fā)展現(xiàn)狀鈦的外觀(guān)近似于鋼，呈銀灰色，具有光澤。鈦臺(tái)金主要特點(diǎn)是熔點(diǎn)高達(dá)l672；硬度高抗拉強(qiáng)度為l800N/mm²；可塑性強(qiáng)（但有雜質(zhì)時(shí)會(huì)變脆、變硬）；密度小，比強(qiáng)度高，同等質(zhì)量的鈦比鋁和鋼更結(jié)實(shí)耐用；無(wú)毒、無(wú)磁性；耐高溫；抗腐蝕性能是普通不銹鋼的15倍，對(duì)海水有更特別的抗腐蝕能力。鈦的這些不尋常特性，在飛機(jī)、導(dǎo)彈、輪船、汽車(chē)，石油、化工、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域被廣泛

2、利用，尤其是鈦的無(wú)極性、鈦鈮臺(tái)金的超導(dǎo)性鈦鐵臺(tái)金的儲(chǔ)氫能力等特性在尖端科學(xué)和高科技領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用。鈦在地殼中的豐度為0.56%，在所有按元素中居第9位，而在可作為結(jié)構(gòu)材料的金屬中居第4位，僅次于Al、Fe、Mg，其儲(chǔ)量比常見(jiàn)金屬Cu，Pb，Zn儲(chǔ)量的總和還多。我國(guó)鈦資源豐富，儲(chǔ)量為世界第一。鈦的這一系列的優(yōu)良性能，使其成為一種新型的、很有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的結(jié)構(gòu)材料。尤其是近年來(lái)世界鈦工業(yè)和鈦材加工技術(shù)得到了飛速發(fā)展使其具備了更大的應(yīng)用潛力。鈦及鈦合金具有許多優(yōu)良特性，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面1.強(qiáng)度高。鈦合金具有很高的強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度為6861176MPa，而密度僅為鋼的60%左右，

3、所以比強(qiáng)度很高。2.硬度較高。鈦合金(退火態(tài))的硬度HRC為3238。3.彈性模量低。鈦合金(退火態(tài))的彈性模量為1.078×101.176×10MPa，約為鋼和不銹鋼的一半。4.高溫和低溫性能優(yōu)良。在高溫下，鈦合金仍能保持良好的機(jī)械性能，其耐熱性遠(yuǎn)高于鋁合金，且工作溫度范圍較寬，目前新型耐熱鈦合金的工作溫度可達(dá)550600；在低溫下，鈦合金的強(qiáng)度反而比在常溫時(shí)增加，且具有良好的韌性，低溫鈦合金在253時(shí)還能保持良好的韌性。5.鈦的抗腐蝕性強(qiáng)。鈦在550以下的空氣中，表面會(huì)迅速形成薄而致密的氧化鈦膜，故在大氣、海水、硝酸和硫酸等氧化性介質(zhì)及強(qiáng)堿中，其耐蝕性?xún)?yōu)于大多數(shù)不銹鋼。

4、6.導(dǎo)熱系數(shù)小。鈦的導(dǎo)熱系數(shù)=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。99.5工業(yè)純鈦的性能為：密度=4.5g/cm3，熔點(diǎn)為1725，導(dǎo)熱系數(shù)=15.24W/(m.K)，抗拉強(qiáng)度b=539MPa，伸長(zhǎng)率=25，斷面收縮率=25，彈性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類(lèi)：合金,(+)合金和合金。鈦合金：它是相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實(shí)際應(yīng)用溫度下，均是相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強(qiáng)。在500600的溫度下，

5、仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度不高。鈦合金：它是相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強(qiáng)度，淬火、時(shí)效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá)13721666MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。+鈦合金：它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合金強(qiáng)化。熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高50100；高溫強(qiáng)度高，可在400500的溫度下長(zhǎng)期工作，其熱穩(wěn)定性次于鈦合金。三種鈦合金中最常用的是鈦合金和+鈦合金；鈦合金的切削加工性最好，+鈦合金次之，鈦合金最差。鈦合金代號(hào)為T(mén)A，鈦合金代號(hào)為

6、TB，+鈦合金代號(hào)為T(mén)C。熱處理鈦合金通過(guò)調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認(rèn)為細(xì)小等軸組織具有較好的塑性、熱穩(wěn)定性和疲勞強(qiáng)度；針狀組織具有較高的持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。鈦合金材料的生產(chǎn)技術(shù)已達(dá)到較高水平,近年在技術(shù)量變上不斷取得一定進(jìn)展。在鈦合金傳統(tǒng)的熔煉、鑄造和成型工藝技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了不少新工藝、新技術(shù)。在熔煉方面,冷床爐熔煉技術(shù)已成功應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn),能熔煉25t重的無(wú)偏析和夾雜鑄錠,殘鈦回收率增加,凝殼-自耗電極熔煉技術(shù)也在真空自耗熔煉技術(shù)基礎(chǔ)上增加了不少優(yōu)點(diǎn),使得殘鈦回收率提高,投資節(jié)省,冷坩堝熔煉技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展后,使得熔

7、化能力大大提高,解決了凝殼問(wèn)題。在鑄造方面,冷坩堝+離心澆鑄技術(shù)、真空吸鑄和壓鑄技術(shù)已使產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提高。方面,冷坩堝+離心澆鑄技術(shù)、真空吸鑄和壓鑄技術(shù)已使產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提高。冷坩堝感應(yīng)熔煉后進(jìn)行離心澆鑄生產(chǎn)鈦合金鑄件,可以節(jié)省原材料,降低預(yù)熱成本,并提高鑄件精度,消除縮孔和疏松。鈦合金的應(yīng)用 航空航天業(yè)目前,鈦及其合金主要用于航空航天和軍事工業(yè)。(2)船舶行業(yè)鈦合金在海洋條件下有著極其優(yōu)良的耐腐蝕性能、高的比強(qiáng)度、無(wú)磁等特點(diǎn),因而被應(yīng)用于船舶工業(yè)。目前,鈦在艦船上已應(yīng)用的部位有船體結(jié)構(gòu)、耐壓殼體、螺旋槳和槳軸、通海管路、閥及附件、各類(lèi)管接頭、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、熱交換器、聲學(xué)裝置零部件、系泊裝置

8、等。鈦制耐壓殼體主要用在深海潛水器和潛艇上,水面艦船基本沒(méi)有采用。(3)在石化工業(yè)中的應(yīng)用：鈦在石化工業(yè)中，多用于制造化工設(shè)備?；ぴO(shè)備的選材相當(dāng)重要，大量的壓力容器、貯槽、塔器、換熱器、管道乃至緊固件和連接件等等在工作條件下不僅要承受一定的載荷，而且要受到許多介質(zhì)的強(qiáng)烈腐蝕，工作條件十分苛刻。(4)在醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用鈦?zhàn)鳛橐环N新興的材料，在我國(guó)的制藥工業(yè)、醫(yī)療器械、人體植入物等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)、使用不過(guò)近二十年的歷史，卻獲得了極大的成功，并縮短了我國(guó)與世界先進(jìn)國(guó)家的差距。鈦合金的發(fā)展方向從鈦合金研究的潛力來(lái)看,鈦合金在國(guó)防、民用工業(yè)上的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。但是,鈦合金要真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,

9、必須達(dá)到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的要求?？梢灶A(yù)計(jì),將來(lái)的鈦合金從性能上會(huì)朝著低溫和高應(yīng)變速率的方向發(fā)展;從商業(yè)生產(chǎn)的角度來(lái)看,會(huì)朝著低成本化的方向發(fā)展;工藝上會(huì)朝著安全化和環(huán)?；姆较虬l(fā)展。綜上所述,鈦合金因其優(yōu)良的性能在航空航天和其他領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,但受其加工效率和生產(chǎn)成本的制約,目前還沒(méi)有大批量應(yīng)用。同時(shí),鈦的冶煉技術(shù)一旦有所突破,其價(jià)格也將明顯降低。隨著鈦合金的開(kāi)發(fā)研制、鈦材品種的增多及價(jià)格的降低,鈦在民用工業(yè)中的應(yīng)用將成倍增加,特別是在造船、汽車(chē)制造、化工、電子、海洋開(kāi)發(fā)、海水淡化、地?zé)岚l(fā)電、排污防腐等民用領(lǐng)域?qū)@得廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí),市場(chǎng)的需求也將加速鈦工業(yè)與鈦材加工技術(shù)的發(fā)展。參考文獻(xiàn)

10、：1中國(guó)航空材料手冊(cè)編輯委員會(huì)：中國(guó)航空材料手冊(cè)，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社2001年版2任敬心、康仁科：難加工材料的磨削，國(guó)防工業(yè)出版社1999年版。  3楊冠軍：鈦合金研究和加工技術(shù)的新進(jìn)展，鈦工業(yè)進(jìn)展2001年。  4李明怡：航空用鈦合金結(jié)構(gòu)材料，世界有色金屬2000年第6期。  5曹春曉：我國(guó)航空用鈦合金面臨的21世紀(jì)的挑戰(zhàn)，鈦工業(yè)進(jìn)展1995年第5期。  6張喜燕、趙永慶、白晨光：鈦合金及應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社2005年版。1吳引江，羅建軍，段慶文。鈦工業(yè)進(jìn)展J，2003，,20（1） ：142 彭艷萍，曾凡昌，王俊杰

11、等.材料工程J，1997， （10） ：3 3 趙樹(shù)萍，呂雙坤.鈦工業(yè)進(jìn)展J，2002.19(6):18 4 楊冠軍.鈦工業(yè)進(jìn)展J，2001.18（3） ：1 ：218 5 錢(qián)九紅.稀有金屬J，2000,24（3） 6 高靜，姚麗.世界有色金屬J，2001， ：5 （2） 7 李東.世界有色金屬J ，1999， （9） ：16 8 陳軍，趙永慶，常輝.材料導(dǎo)報(bào)J，2005， ：75 （6） 9 陳麗萍，婁貫濤.艦船科學(xué)技術(shù)J，2005， ：14 （5） ：9 10 馮穎芳.鈦工業(yè)進(jìn)展J，2002,19（3）1張喜燕、趙永慶、白晨光： 鈦合金及應(yīng)用 ，化學(xué)工業(yè)出版社 2005 年版。 2瓦利金

12、N, 莫依謝耶夫. 鈦合金在俄羅斯飛機(jī)及航空航天上的應(yīng)用M . 董 寶明, 張明, 等譯. 北京: 航空工業(yè)出版社, 2008. 124. 3瘐晉, 等. 金屬鈦的性能、發(fā)展與應(yīng)用 J. 有色設(shè)備,2003, ( 4): 16- 21. 4劉稚庭. 合金板材及箔材的帶卷軋制 J. 稀有金屬材料與工程, 1995, 24( 1): 75- 78. 5林永新. 鈦及鈦合金管材生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀 J. 稀有金屬快報(bào), 2005, 24( 2): 1- 2. 6黃永光. 我國(guó)鈦及鈦合金板材標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀 J. 鈦工業(yè)進(jìn)展, 2009, 26( 2): 8- 13. 7羅國(guó)珍. 1990 年國(guó)際鈦產(chǎn)品應(yīng)用會(huì)總結(jié)報(bào)

13、告 C . 1990,( 11) . 8孟祥軍, 等. 船用鈦合金發(fā)展概況 J. 鈦工業(yè)進(jìn)展,2000, ( 5): 7- 8. 9羅國(guó)珍. 鈦的研究發(fā)展評(píng)述 J. 稀有金屬材料與工程,1993, 22( 5): 19. 10文華里. 世界鈦生產(chǎn)技術(shù)與鈦用途開(kāi)發(fā)新動(dòng)向 J. 輕金屬, 1997, ( 8): 4- 7. 11金紅. 民用鈦合金的發(fā)展前景和方向 J. 鈦工業(yè)進(jìn)展, 1998, ( 4): 67.113 12楊冠軍： 鈦合金研究和加工技術(shù)的新進(jìn)展鈦工業(yè)進(jìn)展2001 年。 ， 13李明怡： 航空用鈦合金結(jié)構(gòu)材料世界有色金屬2000 年第 6 期。 ， 14曹春曉： 我國(guó)航空用鈦合金面

14、臨的 21 世紀(jì)的挑戰(zhàn)鈦工業(yè)進(jìn)展1995 ， 年第 5 期。金屬腐蝕學(xué) ；國(guó)防工業(yè)出版社；2002 參考文獻(xiàn)：1. 主編：劉秀晨，安成強(qiáng)； 年 9 月，P182； 2.衛(wèi)爭(zhēng)艷； 鈦合金文獻(xiàn)綜述 ；維普資訊網(wǎng)； 鈦鋼科技 ，2008 年 第1期 3 鈦合金鍛造工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展；維普資訊網(wǎng)；福建化工； 2010 年 3 月 4.李軍，魏建華； 新型醫(yī)用鈦合金生物相容性評(píng)價(jià)；維普資訊網(wǎng)； 實(shí)用口腔醫(yī)學(xué)雜志；2010 年第 5 期 5.葉茂，宋曉玲； 鈦合金表面熱處理工藝技術(shù)研究；維普資訊網(wǎng)； 金屬加工：熱加工；2010 年第 19 期 6.張；鈦合金加工新技術(shù)；維普資訊網(wǎng)；工具展望；2010 年第

15、4 期 7.表面處理工藝手冊(cè)編審委員會(huì)編；表面處理工藝手冊(cè)；上海； 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社；1991 8劉家浚；材料磨損原理及其耐蝕性；北京；清華大學(xué)出版社； 1993 9.主編：張承宗；金屬的腐蝕與保護(hù)；北京；冶金工業(yè)出版社； 19851吳引江，羅建軍，段慶文。鈦工業(yè)進(jìn)展J，2003，,20（1） ：1 2 彭艷萍，曾凡昌，王俊杰等.材料工程J，1997， （10） ：3 3 趙樹(shù)萍，呂雙坤.鈦工業(yè)進(jìn)展J，2002.19(6):18 4 楊冠軍.鈦工業(yè)進(jìn)展J，2001.18（3） ：1 5 錢(qián)九紅.稀有金屬J，2000,24（3） ：218 6 高靜，姚麗.世界有色金屬J，2001， ：5 （2） 7 李東.世界有色金屬J ，1999， ：16 （9） 8 陳軍，趙永慶，常輝.材料導(dǎo)報(bào)J，2005， ：75 （6） 9 陳麗萍，婁貫濤.艦船科學(xué)技術(shù)J，2005， ：14 （5） 10 馮穎芳.鈦工業(yè)進(jìn)展J，2002,19（3） ：9 11中國(guó)航空材料手冊(cè)編輯委員會(huì)： 中國(guó)航空材料手冊(cè) ，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 2001 年版。 12任敬心、康仁科：