鈦合金的性能

鈦是一種新型金屬，鈦的性能與所含碳、氮、氫、氧等雜質(zhì)含量有關(guān)，最純的碘化鈦雜質(zhì)含量不超過(guò)0.1％，但其強度低、塑性高。99.5％工業(yè)純鈦的性能為：密度ρ=4.5g/cm3，熔點(diǎn)為1800℃，導熱系數λ=15.24W/(m.K)，抗拉強度σb=539MPa，伸長(cháng)率δ=25％，斷面收縮率ψ=25％，彈性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。

  (1)比強度高

  鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右，僅為鋼的60％，純鈦的強度接近普通鋼的強度，一些高強度鈦合金超過(guò)了許多合金結構鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大于其他金屬結構材料，見(jiàn)表7-1，可制出單位強度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件。目前飛機的發(fā)動(dòng)機構件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。

  

  (2)熱強度高

  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度,可在450～500℃的溫度下長(cháng)期工作這兩類(lèi)鈦合金在150℃～500℃范圍內仍有很高的比強度，而鋁合金在150℃時(shí)比強度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達500℃，鋁合金則在200℃以下。

  (3)抗蝕性好

  鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠優(yōu)于不銹鋼；對點(diǎn)蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強；對堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、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。

  (4)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。低溫性能好,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構材料。

  (5)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)生強烈的化學(xué)反應。含碳量大于0.2％時(shí)，會(huì )在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC；溫度較高時(shí)，與N作用也會(huì )形成TiN硬質(zhì)表層；在600℃以上時(shí)，鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層；氫含量上升，也會(huì )形成脆化層。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達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)生粘附現象。

  (6)導熱系數小、彈性模量小

  鈦的導熱系數λ=15.24W/（m.K）約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導熱系數比鈦的導熱系數約下降50％。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2，故其剛性差、易變形，不宜制作細長(cháng)桿和薄壁件，切削時(shí)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、粘結磨損。

  鈦合金具有強度高而密度又小，機械性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外，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)工藝復雜。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開(kāi)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(cháng)速度發(fā)展。目前世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達4萬(wàn)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發(fā)動(dòng)機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應用，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構材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。