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鈦加工件、鈦合金鍛件、鈦合金管等鈦材料的特性與特殊功能

作者:本站      發(fā)布時(shí)間:2021-03-12      瀏覽:949

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1、密度小、強度高、比強度大

鈦的密度是4.51g/cm3,為鋼的57%,只是鋼的一半多一點(diǎn),不到鋁的兩倍,強度比鋁大三倍。鈦合金的比強度是常用工業(yè)合金中最大的,鈦合金的比強度是不銹鋼的3.5倍,是鋁合金的1.3倍,是鎂合金的1.7倍,所以是宇航工業(yè)必不可少的結構材料。

鈦與其它金屬密度和比強度的比較見(jiàn)表1-1。

表1-1鈦與其他金屬密度和比強度的比較

金屬 鈦(合金) 鐵 鋁(合金) 鎂(合金) 高強度鋼

密度/(g·cm-3) 比強度 4.5 (29) 7.87 -- 2.7 (21) 1.74 (16) -- 23

2、耐腐蝕性能優(yōu)異

鈦的鈍性取決于氧化膜的存在,它在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性比在還原性介質(zhì)中要好的多,在還原性介質(zhì)中能發(fā)生高速率腐蝕。鈦在一些腐蝕性介質(zhì)中不被腐蝕,如海水、濕氯氣、亞氯酸鹽及次氯酸鹽溶液、硝酸、鉻酸、金屬氯化物、硫化物以及有機酸等??墒?,在與鈦反應產(chǎn)生氫的介質(zhì)(例如鹽酸和硫酸)中,鈦通常具有較大的腐蝕率。但如果在酸中加入少量的氧化劑會(huì )使鈦形成一層鈍化膜。所以在硫酸-硝酸或鹽酸-硝酸的混合液里,甚至在含游離氯的鹽酸中,鈦都是耐腐蝕的。鈦的保護性氧化膜經(jīng)常是當金屬碰到水時(shí)形成的,即使少量的水或以水蒸氣存在也能形成。如果把鈦暴露于完全沒(méi)有水的強氧化性環(huán)境里,就能發(fā)生快速氧化并產(chǎn)生劇烈的、常常出現自燃反應。鈦與含過(guò)量氧化氮的發(fā)煙硝酸以及鈦與干氯氣的反應就發(fā)生過(guò)這類(lèi)行為。然而要預防發(fā)生這類(lèi)狀態(tài)下的反應,必須要有一定量的水分。

3、耐熱性能好

通常鋁在150℃,不銹鋼在310℃即失去了原有較高的力學(xué)性能,而鈦合金在500℃左右仍保持良好的力學(xué)性能。當飛機速度達到音速的2.7倍時(shí),飛機機構表面溫度達到230℃,鋁合金和鎂合金已不能使用,而鈦合金則能滿(mǎn)足要求。鈦的耐熱性能好,它適用于航空發(fā)動(dòng)機壓氣機的渦輪盤(pán)和葉片以及飛機后機身的蒙皮。

4、低溫性能好

某些鈦合金(如Ti-5Al-2.5SnELI)的強度隨溫度的降低而提高,但塑性降低的不多,在低溫下仍有較好的延性及韌性,適宜在超低溫下使用??梢杂糜谝簹?、液氧火箭發(fā)動(dòng)機上,或在載人飛船上做超低溫容器和貯箱等。

5、無(wú)磁

鈦無(wú)磁性,它用于潛艇殼體,不會(huì )引起水雷的爆炸。

6、導熱系數小

鈦與其它金屬的熱導率比較見(jiàn)下表:

金屬 Ti Al Fe Cu

熱導率/W·(m·K) 17 212 85 255

鈦的熱導率小,僅為鋼的1/5,鋁的1/13,銅的1/25。導熱性不好是鈦的一個(gè)缺點(diǎn),但在某些場(chǎng)合下可以利用鈦的這一特征。

7、彈性模量小

金屬 Ti Al Fe

彈性模量/GPa 108 72 196

鈦的彈性模量約為鐵的55%,作為結構材料使用時(shí),彈性模量低是個(gè)缺點(diǎn)。

8、抗拉強度與屈服強度接近

Ti-6Al-4V鈦合金抗拉強度為960Mpa,屈服強度為892MPa,兩者之間差只有58Mpa。

鈦與其它金屬在抗拉強度與屈服強度之間的比較見(jiàn)下表:

強度 鈦合金(Ti-6Al-4V) 18-8不銹鋼 鋁合金

抗拉強度 960 608 470

屈服強度 892 255 294

9、鈦在高溫下容易被氧化

鈦同氫、氧的結合力強,要注意防止氧化和吸氫。鈦材焊接要在氬氣保護下進(jìn)行,防止污染。鈦管與薄板要在真空下熱處理,鈦鍛件在熱處理時(shí)要控制微氧化性氣氛。

10、抗阻尼性能低

用鈦及其他金屬材料(銅、鋼)制成形狀和大小完全一樣的鐘,用同等的力把每個(gè)鐘敲一下就會(huì )發(fā)現,用鈦做的鐘震蕩起來(lái)聲音持續的時(shí)間長(cháng),即通過(guò)敲擊給予鐘的能量不容易消失。

鈦及鈦合金加工材的特殊功能:

11、形狀記憶功能

Ti-50%Ni(原子分數)合金,在一定的溫度條件下,它有能夠恢復它的原來(lái)形狀的本領(lǐng),故稱(chēng)它為鈦形狀記憶合金。

12、超導功能

NbTi合金,當溫度下降到接近絕對零度時(shí),NbTi合金制成的導線(xiàn),會(huì )失去電阻,可以使任意大的電流通過(guò),導線(xiàn)不會(huì )發(fā)熱,沒(méi)有能耗,故NbTi合金被稱(chēng)為超導材料。

13、吸氫功能

Ti-50%Fe(原子分數)合金,具有大量吸收氫氣的本領(lǐng)。利用Ti-Fe合金的這一特征,可把氫安全地貯存起來(lái),即貯存氫不一定使用鋼制高壓氣瓶。在一定條件下還可以讓貯氫Ti-Fe合金把氫放出來(lái),故它被稱(chēng)為貯氫材料。

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