金屬中的新秀-鈦

1、金屬中的新秀-鈦金屬鐵、鎂、鋁、鉛、鋅、銅等廣泛應(yīng)用，為人們熟悉。然而近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛 速發(fā)展，上述金屬已不能滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的需要。鈦卻閃爍著時代的光輝，成為金屬中的新秀。鈦及鈦的化合物、合金究竟有哪些特性和用途呢？是人們應(yīng)該了解的問題。一、鈦的發(fā)現(xiàn)早在1791年，英國門那新（Meneccin）山谷中靜靜地躺著一種黑色的礦砂，無人問津。 牧師格利高爾（w.Gregor）是位礦物學(xué)的愛好者，當他在自己的教區(qū)內(nèi)游覽時，發(fā)現(xiàn)并帶回 了這種黑色的東西， 經(jīng)過分析，他宣稱找到了一種未知的新金屬。為了紀念黑色礦砂的發(fā)現(xiàn)地，格利高爾把這種金屬稱為Menaccin,把礦砂稱為門那新礦（Menacci

2、te）,也就是現(xiàn)在所說的鈦鐵礦（FeTiO3）1795年，德國科學(xué)家克拉普羅茲（鈾的發(fā)現(xiàn)者）從匈牙利帶回的礦物中成功地分離出 一種新元素的氧化物，并很快確定他和格利高爾發(fā)現(xiàn)的是同一種元素。這種礦物就是鈦的氧化物一金紅石（TiO2）?？死樟_茲把此元素命名為titanium （鈦）取自神話中的泰坦”（ Titans）,意指大地之神的兒子。二、鈦的存在鈦在地殼中的豐度為 0.63% ,居元素分布序列中的第十位，僅次于氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、氫，比常見的鋅、鉛、饃、銅的總和還要多 16倍，但大部分處于分散狀態(tài)。主要的礦物有金紅石（TiO2）和鈦鐵礦（FeTiO3）組成復(fù)雜的鋰鈦鐵礦。我國鈦蘊

3、藏量 居全球之首，僅四川攀枝花地區(qū)的磯鈦鐵礦，儲量約 15億噸，占全國已探明儲量的97%。三、鈦的冶煉鈦在1791年被發(fā)現(xiàn)，而第一次制得純凈的鈦卻是在1910年，中間經(jīng)歷了一百余年。 原因在于：鈦在高溫下性質(zhì)十分活潑，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提煉出純鈦需要十分 苛刻的條件。工業(yè)上常用硫酸分解鈦鐵礦的方法制取二氧化鈦，再由二氧化鈦制取金屬鈦。濃硫酸處理磨碎的鈦鐵礦（精礦），發(fā)生下面的化學(xué)反應(yīng)：FeTiO3+3H2SO4 = Ti（SO4）2+FeSO4+3H2OFeTiO3+2H2SO4 = TiOSO4+FeSO4+2H2OFeO+H2SO4 = FeSO4+H2OFe2O3+3H2SO

4、4 = Fe2（SO4）3+3H2O為了除去雜質(zhì) Fe2（SO4）3,加入鐵屑，F(xiàn)e3+還原為Fe2+,然后將溶液冷卻至 273K以 下，使得FeSO4 - 7H2O （綠磯）作為副產(chǎn)品結(jié)晶析出。Ti（SO4）2和TiOSO4水解析出白色的偏鈦酸沉淀，反應(yīng)是：Ti（SO4）2+H2O = TiOSO4+H2SO41TiOSO4+2H2O = H2TiO3+H2SO4鍛燒偏鈦酸即制得二氧化鈦：H2TiO3 = TiO2+H2O工業(yè)上制金屬鈦采用金屬熱還原法還原四氯化鈦。將TiO2 （或天然的金紅石）和炭粉混合加熱至10001100K,進行氯化處理，并使生成的 TiCl4 ,蒸氣冷凝。TiO2 +

5、 20 + 2C12 = TiCl4 + 2CO在1070K用熔融的鎂在僦氣中還原 Ti014可得多孔的海綿鈦：Ti014 +2Mg = 2MgC12 +Ti這種海綿鈦經(jīng)過粉碎、放入真空電弧爐里熔煉，最后制成各種鈦材。四、鈦及鈦合金的特性、用途純鈦是銀白色的金屬，它具有許多優(yōu)良性能。鈦的密度為4.54g/cm3,比鋼輕43% ,比久負盛名的輕金屬鎂稍重一些。機械強度卻與鋼相差不多，比鋁大兩倍，比鎂大五倍。鈦耐高溫，熔點1942K,比黃金高近1000K ,比鋼高近500K。鈦屬于化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬。加熱時能與O2、N2、H2、S和鹵素等非金屬作用。但在常溫下，鈦表面易生成一層極薄的致密的氧化

6、物保護膜， 可以抵抗強酸甚至王水的作用， 表現(xiàn)出強的抗腐蝕性。因此，一般金屬在酸、堿、鹽的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無恙。液態(tài)鈦幾乎能溶解所有的金屬，因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中制得的鈦鋼堅韌而富有彈性。鈦與金屬Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金屬間化合物。鈦合金制成飛機比其它金屬制成同樣重的飛機多載旅客100多人。制成的潛艇，既能抗海水腐蝕，又能抗深層壓力，其下潛深度比不銹鋼潛艇增加80%。同時，鈦無磁性，不會被水雷發(fā)現(xiàn)，具有很好的反監(jiān)護作用。銳具有“親生物性。在人體內(nèi)，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，對任何殺菌方法都適 應(yīng)。因此被廣泛用于制醫(yī)療器械，制人造雕關(guān)節(jié)、膝關(guān)

7、節(jié)、肩關(guān)節(jié)、脅關(guān)節(jié)、頭蓋骨，主動 心瓣、骨骼固定夾。當新的肌肉纖維環(huán)包在這些“鈦骨”上時，這些鈦骨就開始維系著人體 的正?；顒?。鈦在人體中分布廣泛，正常人體中的含量為每 70kg體重不超過15mg,其作用尚不清楚。 但鈦能刺激吞噬細胞，使免疫力增強這一作用已被證實。五、欽的化合物及用途重要的鈦化合物有：二氧化鈦（TiO2）、四氯化鈦（TiC14）、偏鈦酸鋼（BaTiO3）。純凈的二氧化鈦是白色粉末，是優(yōu)良的白色顏料，商品名稱“鈦白”。它兼有鉛白（PbCO3）的遮蓋性能和鋅白（ZnO）的持久性能。因此，人們常把鈦白加在油漆中，制成高級白色油漆；在造紙工業(yè)中作為填充劑加在紙槳中；紡織工業(yè)中作為人造

8、纖維的消光劑；在玻璃、陶 瓷、搪瓷工業(yè)上作為添加劑，改善其性能；在許多化學(xué)反應(yīng)中用作催化劑。在化學(xué)工業(yè)日益發(fā)展的今天，二氧化鈦及鈦系化合物作為精細化工產(chǎn)品，有著很高的附加價值，前景十分誘人。四氯化鈦是一種無色液體；熔點 250K、沸點409K,有制激性氣味。它在水中或潮濕 的空氣中都極易水解，冒出大量的白煙。TiCl4+3H2O = H2TiO3+4HCl因此TiCl4在軍事上作為人造煙霧劑，猶其是用在海洋戰(zhàn)爭中。 在農(nóng)業(yè)上，人們用TiCl4形成的濃霧復(fù)蓋地面，減少夜間地面熱量的散失，保護蔬菜和農(nóng)作物不受嚴寒、霜凍的危害。將TiO2和BaCO3 一起熔融制得偏鈦酸銀：TiO2+BaCO3 =

9、BaTiO3 十 CO2人工制得的BaTiO3具有高的介電常數(shù)，由它制成的電容器有較大的容量，更重要的是 BaTiO3具有顯著的“壓電性能”，其晶體受壓會產(chǎn)生電流，一通電，又會改變形狀。人們 把它置于超聲波中， 它受壓便產(chǎn)生電流，通過測量電流強弱可測出超聲波強弱。幾乎所有的超聲波儀器中都要用到它。隨著鈦酸鹽的開發(fā)利用，它愈來愈廣泛地用來制造非線性元件、 介質(zhì)放大器、電子計算機記憶元件、微型電容器、電鍍材料、航空材料、強磁、半導(dǎo)體材料、 光學(xué)儀器、試劑等。鈦、鈦合金及鈦化合物的優(yōu)良性能促使人類迫切需要它們。然而， 生產(chǎn)成本之高，使應(yīng) 用受到限制。我們相信在不久的將來，隨著鈦的治煉技術(shù)不斷改進和提

10、高， 鈦、鈦合金及鈦 的化合物的應(yīng)用將會得到更大的發(fā)展。鈦的基本性質(zhì)原子結(jié)構(gòu)鈦位于元素周期表中IV B族，原子序數(shù)為22,原子核由22個質(zhì)子和20-32個中子組成, 核外電子結(jié)構(gòu)排列為 1S22S22P63S23D24S2。原子核半徑 5x10-13厘米。物理性質(zhì)鈦的密度為4.506-4.516克/立方厘米（20C）,熔點16684C,熔化潛熱3.7-5.0千卡 /克原子，沸點3260 20 C,汽化潛熱102.5-112.5千卡/克原子，臨界溫度 4350C,臨界壓 力1130大氣壓。鈦的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性能較差，近似或略低于不銹鋼，鈦具有超導(dǎo)性，純鈦 的超導(dǎo)臨界溫度為 0.38-0.4K。在2

11、5c時，鈦的熱容為 0.126卡/克原子度，熱烙1149卡/ 克原子，嫡為7.33卡/克原子度，金屬鈦是順磁性物質(zhì)，導(dǎo)磁率為1.00004。鈦具有可塑性，高純鈦的延伸率可達50-60%,斷面收縮率可達 70-80%,但強度低，不宜作結(jié)構(gòu)材料。鈦中雜質(zhì)的存在，對其機械性能影響極大，特別是間隙雜質(zhì)（氧、氮、碳） 可大大提高鈦的強度，顯著降低其塑性。鈦作為結(jié)構(gòu)材料所具有的良好機械性能，就是通過嚴格控制其中適當?shù)碾s質(zhì)含量和添加合金元素而達到的?；瘜W(xué)性質(zhì)鈦在較高的溫度下， 可與許多元素和化合物發(fā)生反應(yīng)。各種元素，按其與鈦發(fā)生不同反應(yīng)可分為四類：第一類：鹵素和氧族元素與鈦生成共價鍵與離子鍵化合物；第二類：

12、過渡元素、氫、皺、硼族、碳族和氮族元素與鈦生成金屬間化物和有限固溶體;第三類：錯、飴、鈕族、銘族、銃元素與鈦生成無限固溶體；第四類：惰性氣體、堿金屬、堿土金屬、稀土元素（除銃外），舸、牡等不與鈦發(fā)生反 應(yīng)或基本上不發(fā)生反應(yīng)。與化合物的反應(yīng)：HF和氟化物氟化氫氣體在加熱時與鈦發(fā)生反應(yīng)生成TiF4 ,反應(yīng)式為（1）;不含水的氟化氫液體可在鈦表面上生成一層致密的四氟化鈦膜，可防止HF浸入鈦的內(nèi)部。氫氟酸是鈦的最強熔劑。即使是濃度為 1%的氫氟酸，也能與鈦發(fā)生激烈反應(yīng)，見式（2）;無水的氟化物及其水溶液在低溫下不與鈦發(fā)生反應(yīng)，僅在高溫下熔融的氟化物與鈦發(fā)生顯著反應(yīng)。Ti+4HF=TiF4+2H2 +1

13、35.0 千卡 （1） 2Ti + 6HF = 2TiF4 + 3H2 （2）HCl和氯化物氯化氫氣體能腐蝕金屬鈦，干燥的氯化氫在300 C時與鈦反應(yīng)生成 TiCl4 ,見 式(3);濃度5%的鹽酸 在室溫下不與鈦反應(yīng)，20%的鹽酸在常溫下與鈦發(fā)生瓜在生成紫色的TiCl3 ,見式(4);當溫度長高時，即使稀鹽酸也會腐蝕鈦。各種無水的氯化物，如鎂、鎰、鐵、饃、 銅、鋅、汞、錫、鈣、鈉、鋼和 NH4離子及其水溶液，都不與鈦發(fā)生反應(yīng)，鈦在這些氯化 物中具有很好的穩(wěn)定性。Ti + 4HCl = TiCl4 + 2H2 + 94.75 千卡(3)2Ti + 6HCl = TiCl3 + 3H2 (4)硫

14、酸和硫化氫鈦與5%的稀硫酸反應(yīng)后在鈦表面上生成保護性氧化膜，可保護鈦不被稀酸 繼續(xù)腐蝕。但5%的硫酸與鈦有明顯的反應(yīng)，在常溫下，約40%的硫酸對鈦的腐蝕速度最快，當濃度大于40%,達到60%時腐蝕速度反而變慢，80%又達到最快。加熱的稀酸或50%的濃硫酸可與鈦反應(yīng)生成硫酸鈦，見式(5) , (6),加熱的濃硫酸可被鈦還原，生成 SO2,見式(7)。 常溫下鈦與硫化氫反應(yīng)，在其表面生成一層保護膜，可阻止硫化氫與鈦的進一步反應(yīng)。但在高溫下，硫化氫與鈦反應(yīng)析出氫，見式(8),粉末鈦在 600 c開始與硫化氫反應(yīng)生成鈦的硫化物，在900 c時反應(yīng)產(chǎn)物主要為 TiS, 1200 c時為Ti2s3。Ti

15、+ H2SO4 = TiSO4 + H2 (5) 2Ti + 3H2SO4 = Ti2(SO4)3 + H2 (6)2Ti + 6H2SO4 = Ti2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O + 202 千卡(7)Ti + H2S = TiS + H2 +70 千卡(8)硝酸和王水致密的表面光滑的鈦對硝酸具有很好的穩(wěn)定性，這是由于硝酸能快速在鈦表面生成一層牢固的氧化膜，但是表面粗糙，特別是海綿鈦或粉末鈦，可與次、熱稀硝酸發(fā)生反應(yīng)，見式(9)、( 10),高于70 c的濃硝酸也可與鈦發(fā)生反應(yīng)，見式(11);常溫下，鈦不與王水反應(yīng)。溫度高時，鈦可與王水反應(yīng)生成TiCl2。3Ti + 4HNO3

16、+ 4H2O = 3H4TiO4 + 4NO (9)3Ti + 4HNO3 + H2O = 3H2TiO3 + 4NO (10)Ti + 8HNO3 = Ti(NO3)4 + 4NO2 + 4H2O (11)綜上所述，鈦的性質(zhì)與溫度及其存在形態(tài)、純度有著極其密切的關(guān)系。致密的金屬鈦在自然界中是相當穩(wěn)定的，但是，粉末鈦在空氣中可引起自燃。鈦中雜質(zhì)的存在，顯著的影響 鈦的物理、化學(xué)性能、機械性能和耐腐蝕性能。特別是一些間隙雜質(zhì)，它們可以使鈦晶格發(fā)生畸變，而影響鈦的的各種性能。常溫下鈦的化學(xué)活性很小，能與氫氟酸等少數(shù)幾種物質(zhì)發(fā) 生反應(yīng)，但溫度增加時鈦的活性迅速增加，特別是在高溫下鈦可與許多物質(zhì)發(fā)生劇

17、烈反應(yīng)。 鈦的冶煉過程一般都在 800 C以上的高溫下進行， 因此必須在真空中或在惰性氣氛保護下操 作。鈦(Ti)鈦（Ti）-銀灰色金屬，比重 4.5,熔點1668 C。他用希臘神話中大地之子泰坦（Titan）的名字來命名（中文按它原文名稱的譯音，定名為鈦）。在古希臘，“泰坦精神”就是勇往直前的同義詞，用titanium的名字來命名表示金屬鈦所具有的天然強度。鈦是一種很特別的金屬，質(zhì)地非常輕盈，卻又十分堅韌和耐腐蝕，它不會像銀會變黑， 在常溫下終身保持本身的色調(diào)。鈦的熔點與鉗金相差不多，因此常用于航天.軍工精密部件。加上電流和化學(xué)處理后，會產(chǎn)生不同的顏色。鈦如同它的名字一樣是一種具有英雄氣概的

18、金屬，銀亮，輕盈，堅牢。在化學(xué)上，大名 鼎鼎的強腐蝕劑“王水”能夠吞噬白銀、黃金，以至把號稱“不銹”的不銹鋼侵蝕，變得銹 跡斑駁，面目全非。然而，“王水”對鈦卻無可奈何。在“王水”中浸泡了幾年的鈦，依舊 鋰亮，光彩照人！有優(yōu)異的抗酸堿腐蝕性；若把鈦加到不銹鋼中，只加百分之一左右，就大 大提高抗銹本領(lǐng)。常溫時鈦在空氣中穩(wěn)定；因為鈦具有密度小、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良的特 性，鈦合金強度高，它密度小，強度大，密度是鋼鐵的一半而強度和鋼鐵差不多；鈦既耐高 溫，又耐低溫。在-253 C500 c這樣寬的溫度范圍內(nèi)都能保持高強度。這些優(yōu)點正是太空金 屬所必備的。鈦的合金是制做火箭發(fā)動機的殼體及人造衛(wèi)星、宇宙

19、飛船的好材料。 鈦有“太空金屬”之稱。由于鈦有這些優(yōu)點，所以5。年代以來，一躍成為突出的稀有金屬。鈦是一種純性金屬，正因為鈦金屬的“純”，故物質(zhì)和它接觸的時候，不會產(chǎn)生化學(xué)反 應(yīng)。也就是說，因為鈦的耐腐蝕性、穩(wěn)定性高，使它在和人長期接觸以后也不影響其本質(zhì)， 所以不會造成人的過敏，它是唯一對人類植物神經(jīng)和味覺沒有任何影響的金屬。鈦又被人們稱為“親生物金屬”。鈦在醫(yī)學(xué)上有著獨特的用途。在骨頭損傷處，用鈦片和鈦螺絲釘固定 好，過幾個月，骨頭就會長在鈦片上和螺絲釘?shù)穆菁y里。新的肌肉就包在鈦片上，這種“鈦 骨”就如真的骨頭一樣，甚至可以用鈦制人造骨頭來代替人骨治療骨折。由于鈦的以上特性，它特有的銀灰色調(diào)

20、不論是高拋光.絲光.亞光都有很好的表現(xiàn)，是除貴金屬鉗，金以外最合適的首飾金屬，在國外現(xiàn)代首飾設(shè)計中經(jīng)常使用。但由于鈦的加工技術(shù)要求很高，用普通設(shè)備很難澆鑄成型，用普通工具又很難將它焊接起來，所以很難形成生產(chǎn)規(guī)模。因此，在國內(nèi)首飾市場很難見到它的蹤影，市場上俗稱鈦金。鈦金屬具有未來性的特質(zhì)，皆能增顯氣質(zhì)，同時歷久彌新，質(zhì)地輕盈卻格外堅固，是國際上流行的首飾用材。至于款型設(shè)計上，極簡干凈的切割，高度的設(shè)計性與低調(diào)的前衛(wèi)風(fēng)格， 備受年輕白領(lǐng)的推崇。鈦合金以鈦為基加入其他元素組成的合金。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

21、產(chǎn)量已達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發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機的結(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。特點鈦合金與其他金屬材料相比，有下列優(yōu)點：比強度（抗

22、拉強度/密度）高（見圖）， 抗拉強度可達100140kgf/mm2 ,而密度僅為鋼的 60%。中溫強度好，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450500 c的溫度下長期工作。耐蝕性好，在大氣中鈦表面立即形成一層均勻致密的氧化膜，有抵抗多種介質(zhì)侵蝕的能力。通 常鈦在氧化性和中性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，在海水、濕氯氣和氯化物溶液中的耐蝕性能更為優(yōu)異。但在還原性介質(zhì)，如鹽酸等溶液中，鈦的耐蝕性能較差。低溫性能好，間隙元素極低的鈦合金，如TA7,在-253 C下還能保持一定的塑性。彈性模量低，熱導(dǎo)率小，無鐵磁性。合金元素 鈦有兩種同質(zhì)異晶體：882C以下為密排六方結(jié)構(gòu)

23、“鈦，882C以上為體心立方 的3鈦。合金元素根據(jù)它們對相變溫度的影響可分為三類：穩(wěn)定”相、提高相轉(zhuǎn)變溫度的元素為a穩(wěn)定元素，有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對提高合金的 常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。穩(wěn)定3相、降低相變溫度的元素為3穩(wěn)定元素，又可分同晶型和共析型二種。前者有鋁、鋁、 鈕等；后者有銘、鎰、銅、鐵、 硅等。對相變溫度影響不大的元素為中性元素，有錯、錫等。氧、氮、碳和氫是鈦合金的主要雜質(zhì)。氧和氮在a相中有較大的溶解度，對鈦合金有顯著強化效果，但卻使塑性下降。通常規(guī)定鈦中氧和氮的含量分別在0.150.2%和0.040.05%以下。氫在a相中溶解度

24、很小，鈦合金中溶解過多的氫會產(chǎn)生氫化物，使合金變脆。通常鈦 合金中氫含量控制在0.015%以下。氫在鈦中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。類別 鈦合金根據(jù)相的組成可分為三類：a合金,（” + 3）合金和3合金，中國分別以TA、TC、TB表示。a合金含一定量的穩(wěn)定 a相的元素，平衡狀態(tài)下主要由a相組成。a合金比重小，熱強性好、具有良好的焊接性和優(yōu)異的耐蝕性，缺點是室溫強度低，通常用作耐熱材料和耐蝕材料。a合金通常又可分為全 a合金（TA7）、近a合金（Ti-8Al-1Mo-1V）和有少量化合物 的a合金（Ti-2.5Cu）。（a + 3 ）合金含一定量的穩(wěn)定 a相和3相的元素，平衡狀態(tài)下合金的

25、組織為a相和3相。（+ 3 ）合金有中等強度、并可熱處理強化，但焊接性能較差。 （a + 3）合金應(yīng)用廣泛，其中Ti-6Al-4V合金的產(chǎn)量在全部鈦材中占一半以上。3合金含大量穩(wěn)定3相的元素，可將高溫 3相全部保留到室溫。 3合金通常又可分 為可熱處理3合金（亞穩(wěn)定3合金和近亞穩(wěn)定3合金）和熱穩(wěn)定3合金?？蔁崽幚?合金在 淬火狀態(tài)下有優(yōu)異的塑性， 并能通過時效處理使抗拉強度達到 130140kgf/mm2。3合金通7常作高強度高韌性材料使用。缺點是比重大，成本高，焊接性能差，切削加工困難。鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強合金、耐蝕合金（鈦-鋁，鈦-鋁合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯

26、氫材料和鈦-饃記憶合金）等。典型合金的成分和性能見表。熱處理鈦合金通過調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認為細小等軸組織具有較好的塑性、熱穩(wěn)定性和疲勞強度；針狀組織具有較高的持久強度、 蠕變強度和斷裂 韌性；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。常用的熱處理方法有退火、固溶和時效處理。 退火是為了消除內(nèi)應(yīng)力、 提高塑性和組織穩(wěn)定性，以獲得較好的綜合性能。通常 a合金和（a + 3 ）合金退火溫度選在（a + 3 ） -3相轉(zhuǎn)變點以下120200C;固溶和時效處理是從高溫區(qū)快冷，以得到馬氏體a 相和亞穩(wěn)定的3相,然后在中溫區(qū)保溫使這些亞穩(wěn)定相分解，得到a相或化合物等細小彌散的第二相質(zhì)

27、點，達到使合金強化的目的。通常 （a + 3 ）合金的?火在（a + 3 ）- 3相轉(zhuǎn)變點以下 40100c進行，亞穩(wěn)定3合金淬火在（+ 3 ）- 3相轉(zhuǎn)變點以上 4080c進行。時效處 理溫度一般為450550 C。此外，為了滿足工件的特殊要求，工業(yè)上還采用雙重退火、等溫 退火、3熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝。以鈦為基體加入其他合金元素而構(gòu)成的有色合金。其主要添加元素有鋁、錫、鎰、鈿、 銘、鋁、鐵、硅、銅等。在退火狀態(tài)下，鈦合金的相組成分為a型、3型和（a+ 3 ）型3類，中國分別以TA、TB和TC表示。與其他金屬材料相比，鈦合金比強度高，中溫、低溫性能好；在氧化性介質(zhì)中，合金表面能生

28、成一層牢固而致密的、破壞后又能自愈的氧化膜，可防止金屬進一步氧化，故鈦合金又具有較好的耐腐蝕性。鈦合金按用途分為：耐蝕鈦合金。除具有一般鈦合金的耐蝕性能外，還具有高斷裂韌性和高強度、低的應(yīng)力腐蝕敏感性和耐海水和化工介質(zhì)的腐蝕性能。主要用于制造潛艇殼體和海洋壓力容器等。耐熱鈦合金。通過固溶強化、彌散強化等工藝獲得較好的高溫性能，使用溫度在400 c以上。用于制造飛行器蒙皮、航天工業(yè)用發(fā)動機零件等。 高強度鈦合金 。 強度可達12002000兆帕（MPa）。主要用于制造飛機構(gòu)件，還可制造耐蝕設(shè)備、運動器 具等。低溫鈦合金?？稍谝貉?、液氫溫度下使用，具有高的低溫塑性和韌性。用于制造液 態(tài)氣體的容器和

29、需要高塑性、高韌性的零件。粉末鈦合金。用粉末冶金方法制成，可代替變形鈦合金制造各種半精密形狀的零件，能提高材料的利用率，降低制造成本。功能鈦合金。主要有饃鈦形狀記憶合金、鐵鈦貯氫材料等。補充鈦合金按組織可分三類.（1鈦中加入鋁和錫元素.2鈦中加入鋁銘鋁鈕等合金元素 .3鈦中加 入鋁和鋰等元素.）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(fù)雜.titanium alloys以鈦為基加入其他元素組成的合金。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開始的，航天工業(yè)發(fā)展的 TOC o 1-

30、5 h z 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發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭導(dǎo)彈和高速飛機的結(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腐蝕結(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。鈦合金的特性與運用一、前言：在我們的日常生活中，我彳門常常會聽到

31、所謂的“鈦合金，但是我們一般人對于鈦合金的認識卻不太了解，其實鈦金屬在1791年被克拉普羅斯（Klaproth）發(fā)現(xiàn)，在地球的含量僅次于鋁、鐵、鎂的金屬物質(zhì)，其之所以命名為鈦，是以希臘神（Titan,泰坦）為名。雖然鈦金屬被發(fā)現(xiàn)的很早，但是利用鈦金屬來制造飛機是最近60年來的事，而且隨著航空科技的發(fā)展，鈦金屬的用途越來越大。因為鈦金屬及其合金有很多的特性，因此鈦合金于1957年開始被廣泛的運用在太空及航空科技上，作為制造航天飛機、衛(wèi)星、 飛機等的材料，到了 1963年鈦合金甚至被用于制造潛水艇的外殼，現(xiàn)在現(xiàn)代科技已經(jīng)到離不開鈦金屬的地步了。由于鈦合金的特性很類似鋁合金與碳纖維的綜合，它可以有類

32、似碳纖維的彈性，也可以享有鋁合金般的輕巧與剛性，因此鈦合金在日常生活上的運用非常的廣泛。 二、鈦合金的特性： 1.熔點高 2.質(zhì)料輕 3.抗腐性 4.高相對強度 5.耐撞擊性 6.抗疲乏 7.抗熱性高 8.其它特性鈦合金除了上述的特性之外，它還具有高拉張強度，尤其純鈦合金之拉張度更超過 390%。另外它也延續(xù)金屬的特性，具有高散熱性，這些特性都是鈦合金被廣泛運用于日常 生活用品當中的原因。三、鈦合金的缺點：鈦及鈦合金主要限制是在高溫與其它材料的化學(xué)反應(yīng)性差。此性質(zhì)迫使鈦合金與一般 傳統(tǒng)的精煉、熔融和鑄造技術(shù)不同，甚至常常造成模具的損壞；結(jié)果，使的鈦合金的價格變的十分昂貴。因此它們剛開始大多用在

33、飛機結(jié)構(gòu)、航空器，以及用在石油和化學(xué)工業(yè)等高科技工業(yè)。不過由于太空科技的發(fā)達、人民生活質(zhì)量的提升，所以鈦合金也漸漸地用來制成民生用品，造福人生的生活，只是這些產(chǎn)品價格仍然偏高，多屬于高價位的產(chǎn)品，這是鈦合金無法發(fā)揚光大的最大的致命傷。四、鈦合金的運用：由于鈦及鈦合金特點太多，因此除了運用于航天工程及國防科技之外，我們最?？吹?就是將鈦使用在運動器材方面，例如：鈦合金結(jié)合了鋁的輕與剛的強度的特點，可以制作鈦合金腳踏車，其特點是重量輕，不生銹、強度又高，不過由于原料昂貴，加工困難，因此一 臺腳踏車至少要好幾萬才買得到。另外鈦合金的高爾夫球桿頭也是利用鈦的特性所制作完成 的，尤其是當中科院將鈦合金技

34、術(shù)轉(zhuǎn)移給國內(nèi)的相關(guān)業(yè)者后，鈦合金的高爾夫球桿頭目前的產(chǎn)量占全世界15%以上。其實除了運動器材業(yè)之外，鈦合金的應(yīng)用范圍還包括制作與人類身體相關(guān)的產(chǎn)品，我們平常最常接觸的就是鈦合金鏡框，鈦合金經(jīng)框標榜其質(zhì)輕耐用、耐腐蝕，不易磨損，對人的皮膚較不會引起過敏， 款式變化受限，顏色變化多，唯一缺點是不易加工，需在真空中加 工，故鏡架斷裂時無法焊接。另外還有像人工牙齒、人工骨骼等等都可以利用鈦合金來制作。除此之外，還有很多的日常用品都是利用鈦合金還制作的，例如：目前很多的電子產(chǎn) 品都強調(diào)可以隨身攜帶， 這些產(chǎn)品的外殼大多要求重量要輕、抗震性要佳、散熱要好，再加上外觀的獨特，因此鈦合金成了這些電子商品外殼的

35、最佳材料。其它工業(yè)方面，鈦合金可以運用在航海業(yè)、化工業(yè)、電子業(yè)、電鍍業(yè)、食品業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、發(fā)電廠、海水淡化系統(tǒng)、鐘 表、計算機、廚具、藝品.都可看到鈦金屬之產(chǎn)品，甚至行動電話外殼亦有用到。各國鈦合金的特性及應(yīng)用合金牌號及特性及應(yīng)用Ti-5Al-2.5Sn鍛造時抗裂紋的能力較好，成型性尚可，焊接性良好，熱處理不能強化。用于傳動齒輪箱 外殼，噴氣發(fā)動機外殼裝置及導(dǎo)向葉片罩，管道結(jié)構(gòu)等。Ti-8Al-1Mo-1V成型性及鍛造時抗裂紋的能力尚可，焊接性好，但不可熱處理強化。用地制作噴氣發(fā) 動機葉片，葉輪和外殼，陀螺儀萬向?qū)蛉~片罩，噴管裝置的內(nèi)蒙皮和框架等。Ti-6Al-4V屬于熱處理強化的鈦合金，它

36、具有較好的焊接性薄板成型性和鍛造性能。用于制造噴 氣發(fā)動機壓縮機葉片，葉輪等。其他如起落架輪和結(jié)構(gòu)件，緊固件，支架，飛機附件，框架、桁條結(jié)構(gòu)、管道，應(yīng)用非常廣泛。Ti-6Al-6V-2Sn屬于可熱處理強化的鈦合金，鍛造時抗裂紋的能力好，但焊接性差。用于制造緊固件， 入風(fēng)口控制導(dǎo)向裝置，試驗結(jié)構(gòu)件。Ti-13V-11Cr-3Al屬于可熱處理強化的鈦合金，成型性良好，鍛造時有一定抗裂紋能力，焊接性尚可， 用作結(jié)構(gòu)鍛件，板狀桁條結(jié)構(gòu)，蒙皮，框架、支架、飛機附件，緊固件。10Ti-2.25Al-11Sn-5Zr-1Mo-0.2Si屬于可熱處理強化的鈦合金，鍛造時抗裂紋的能力好，用于制造噴氣發(fā)動機葉片，

37、葉 輪，起落架滾輪，飛機骨架、緊固件等。Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo成型性焊接性好，鍛造時有良好的抗裂紋能力，但不熱處理強化。用于制造壓縮機葉 片，葉輪，起落架滾輪，隔圈壓氣機箱組合件，飛機骨架，蒙皮構(gòu)件等。Ti-4Al-3Mo-1V屬于可熱處理強化的鈦合金，鍛造性、成型性好。用于制造飛機骨架構(gòu)件。IMI125IMI130IMI160工業(yè)純鈦，抗蝕性優(yōu)異，比強度較高，疲勞極限較好，鍛造性好，可用普通方法鍛造、 成形和焊接?？芍瞥砂濉?、絲材。應(yīng)用于航空、醫(yī)療、化工等方面，如排氣管，防火墻、 受熱蒙皮以及要求塑性好、能抗蝕的零件IMI317屬于“型鈦合金，可焊接，在 3155930c具有良好的抗氧化性、強度和高溫穩(wěn)定性, 可制造鍛件及板材零件，如航空發(fā)動機壓氣機葉片、殼體、支架。IMI315屬于a +3型鈦合金，可熱處理強化，用于航空發(fā)動機壓氣機盤和葉片、導(dǎo)彈部件等。IMI318a + 3型合金，鍛造性及綜合性能良好，是各國普遍使用的鈦合金，用于航