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鈦及鈦合金的應用簡介 |
| 來源：鈦棒，鈦板，鈦絲，鈦管，鈦設備，鈦合金 發(fā)布時間：2013-3-18 11:15:26 |
鈦及鈦合金的應用簡介
（1）耐蝕鈦及鈦合金
工業(yè)純鈦
工業(yè)上大量的用作耐蝕材料的仍然是工業(yè)純鈦。這是因為工業(yè)純鈦對于海水、濕氯氣、及氧化性、中性、弱還原性和加入緩蝕劑的還原性介質中具有良好的耐蝕性；而且綜合機械性能和加工工藝性能亦較優(yōu)越；價格也較鈦合金為低。因此，只有在工業(yè)純鈦不能滿足耐蝕性能要求的情況下，才使用其他的耐蝕鈦合金，我國將工業(yè)純鈦分成三級，即TA1、TA2、TA3。這三種工業(yè)純鈦的間隙元素是逐漸增加的；而機械強度和硬度也隨著逐級增加。工業(yè)上常用的鈦合金是TA2。這種鈦合金的耐蝕性能和綜合機械性能適中。對耐磨（鈦及鈦合金不耐磨）和強度要求較高時可采用TA3。對要求較好的成型性能時可采TA1。各級工業(yè)純鈦有相似的耐蝕性能。
在某些情況下，特別是在強氧化性或還原性酸中，由于鈦中有鐵元素雜質引起熱影響區(qū)的金相組織變化，使其耐蝕性能降低。在這種情況下，應考慮鈦中的鐵元素含量不超過0.05％。
Ti-（0.15-0.20）Pa合金
這種鈦合金與工業(yè)純鈦相比具有下列三個優(yōu)點：
a,既對氧化性介質具有優(yōu)良的耐蝕性能；又對弱的還原性介質具有一定的耐蝕能力。如Ti-0.2Pa對硝酸的耐蝕性能和工業(yè)純鈦一樣好；但對稀鹽酸和稀硫酸的耐蝕性能卻比純鈦高500-1000倍。
b,具有較好的耐縫隙腐蝕能力。工業(yè)純鈦對縫隙腐蝕比較敏感，往往由于鈦制設備中存在縫隙而導致此處加速腐蝕。如果在縫隙處采用Ti-（0.15-0.2）Pa代替工業(yè)純鈦，則可消除縫隙腐蝕。
c,吸氫能力小，不易產生氫脆。工業(yè)純鈦在高溫時能大量吸氫。特別是對于腐蝕時產生的原子氫更易吸收，導致氫脆Ti-（0.1-0.20）Pa表面生成的氧化膜具有較高的抗氫滲透能力，故抗氫脆的能力比工業(yè)純鈦要大得多。
但這種對強還原性介質并不耐蝕；而且還含有稀貴金屬—鈀。它的物理、機械性能、加工工藝性能和工業(yè)純鈦相似。目前用這種合金制造的列管式換熱器，用于稀鹽酸和磷酸中；在紡織工業(yè)中用它制作噴絲頭；在乙醛和對苯二甲酸裝置中所有鈦設備的法蘭襯環(huán)和菱形墊片也均用這種合金，其使用效果良好。
Ti-Pa合金主要用于稀硫酸、鹽酸、磷酸的環(huán)境；也用于鈦設備防止縫隙腐蝕。在硫酸、鹽酸、磷酸的環(huán)境下，Pa的含量低于0.05％時腐蝕率反而增加，高于0.20％時腐蝕率幾乎不變。
Ti-0.3Mo-0.8Ni合金
這種合金改善了耐蝕性能在還原性介質中的耐蝕性能；而且它保持了工業(yè)純鈦耐硝酸、鉻酸等氧化性介質的耐蝕性能。例如，它在室溫的10％硫酸、10％鹽酸以及中等濃度的甲酸和檸檬酸中均具有較好的耐蝕性能。它含有的合金元素較少；特別是不含有稀貴的鈀元素。因此，它的價格僅比工業(yè)純鈦高10％左右，它的加工工藝性能、焊接工藝性能和工業(yè)純鈦接近；而在200-300℃溫度下強度較工業(yè)純鈦高1.5-2倍。由于這種合金具有這種優(yōu)點，因此，它可取代工業(yè)純鈦在高溫海水、鹽水、濕氯氣以及高溫、高濃度的氯化物中使用。
Ti-Mo合金
Ti-32Mo合金在沸騰的40％硫酸和20％鹽酸溶液中的耐蝕性能較工業(yè)純鈦有顯著提高，是目前最耐還原性介質腐蝕的鈦合金之一。
但它在氧化性介質中的耐蝕性能卻很低
而且鉬含量過高，使合金變脆，加工工藝性能變差。為了克服這種合金由于高鉬含量所帶來的缺點，在Ti-Mo合金的基礎上添加了Nb、V、Zr和Pa。使這種合金既保持了Ti-Mo合金的優(yōu)良的耐蝕性能，又改善了它們的加工工藝性能。例如Ti-15Mo-5Zr合金，不僅避免了Ti-15Mo合金中ω相析出而引起的合金脆化，改善了它的冷加工工藝性能和焊接性能，而且還改善了合金的耐蝕性能。又如，Ti-15Mo-0.2Pa合金在氧化性和還原性介質中都有較好的耐蝕性能。
Ti-2Ni合金
這種Ti合金作為脫鹽裝置的結構材料，使用溫度可達200℃左右，而工業(yè)純鈦只能達到120℃左右。并且它的耐縫隙腐蝕的性能較工業(yè)純鈦為優(yōu)。但這種合金的使用范圍比Ti-Pa、Ti-Mo合金窄的多。它只是在蟻酸、熱濃氯化鎂溶液中的耐蝕性較工業(yè)純Ti為優(yōu)；但在鹽酸、硫酸中的耐蝕性比純鈦還差。所以，Ti-2Ni合金一般只限于在中性或偌還原性的鹽液中使用。
Ti-6Al-4V（TC4）合金
這是一種廣泛使用的Ti合金。它的耐蝕性能比工業(yè)純鈦稍差，但對海水、許多酸、堿和其它腐蝕介質仍具有令人滿意的耐蝕性能。它具有良好的綜合機械性能。所以，這種合金一般用在要求高強度或者高疲勞性能的場合。
使Ti的鈍化膜能處于穩(wěn)定狀態(tài)的介質是鈦耐腐蝕的介質。這些介質是氧化性、中性、弱還原性。
使Ti的鈍化膜遭到破壞的各種介質是鈦不耐腐蝕的介質。這些介質是強還原性酸和無水強氧化劑。
在5％鹽酸溶液中，TA0、BT1-0、Ti-0.2Pa、Zr-O的耐蝕性能從高到低的排列順序是Zr-O、Ti-0.2Pa、TA0、BT1-0。
（2）醫(yī)用鈦合金
作為長期外科植入物材料有下列基本要求；抗腐蝕性、生物相容性、優(yōu)越的機械性能和疲勞性能及韌性，低的彈性摸量、高的抗磨損性和令人滿意的價格。
Ti-6Al-7Nd （瑞士）（TC20） ISO5832-11
Ti-5Al-2.5Fe （德國）（TC15） ISO5832-10
Ti-6Al-4V （TC4） ISO5832-3
工業(yè)純鈦（TA0、TA1、TA2、TA3、） ISO5832-2
人們希望用無毒的Fe和Nd來代替有潛在毒危險的V元素。
（3）熱強鈦合金
這是一組能在高于400℃以上工作的鈦合金
合 金 工作溫度℃ （允許時間）退火狀態(tài) 熱處理強化狀態(tài)
TC6（BT3-1） 400 無 限 1000
450 3000 500
TC8（BT8） 450 無 限 6000
500 6000 500
TC11（BT9） 400 無 限 6000
450 3000 500
500 500 100
BT18 550 500 不強化
BT25 450 無 限 --
500 6000 --
550 3000 --
BT20 450 6000 不強化
Ti-55（TA12）（550℃） Ti-60（600℃）
（4）低溫鈦合金
Ti-6Al-4V（TC4）（ELI）
這種低間隙元素的鈦合金在-200℃時，其延伸率才開始明顯降低，故可用作-200℃下使用的設備結構材料。
Ti-5Al-2.5Sn（TA7）（ELI）
這種低間隙元素的鈦合金在在-250℃以下時，其延伸率尚未明顯地變化，仍保持在15％左右，而拉伸強度卻上升到1400MPa以上。為了保持這種合金的良好的低溫性能，必須嚴格控制它的間隙元素含量。如Fe的含量應控制在0.25％以下；氧的含量應控制在0.12％以下；其它間隙元素（H、N、C）的含量也應低于普通合金的含量。
工業(yè)純鈦（ELI）
TA1、TA2這兩種工業(yè)純鈦在含Fe量為0.095％、氧為0.08％、氫含量為0.009％、氮含量為0.0062％時，延伸率由50％降到40％，強度約為室溫下的2倍，達到800MPa，因此，這兩種工業(yè)純鈦可用作-253℃以下的結構材料。
（5）管材用鈦合金
除工業(yè)純鈦外還有TA16（Πt-7M Ti-2Al-2.5Zr）
TA18(Gr.9) Ti-3Al-2.5V
（6）板材用鈦合金
BT14 Ti-4.5Al-3Mo-1V
TB5(Ti-15-3-3-3) Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al
（7）艦船用鈦合金
TA5-A TI-4Al-0.005B (AL:3.7-4.5%,船用鈦合金)
TA16(ПT-7M) Ti-2Al-2.5Zr
TA17(ПT-3B) Ti-4Al-2V
Ti-70 Ti-2.5Al-2.0Zr-1Fe-0.1O
Ti-31 Ti-3Al-1Mo-1Ni-1Zr
Ti-75 Ti-3Al-2Mo-2Zr
Ti-80 Ti-6Al-3Nb-1Zr-1Mo
Ti-91 Ti-3.4Al-1V-1Fe-0.6Zr
（8）緊固件用鈦合金
TC16(BT16) Ti-3Al-5Mo-4.5V
TB2 Ti-3Al-5Mo-5V-8Cr
TB3 Ti-3.5Al-10Mo-8V-1Fe
（9）焊絲用鈦合金
TA4 Ti-3Al
TA20(CПT-2) Ti-4Al-3V-1.5Zr
（10）彈簧用鈦合金
TB9(βc ,Ti-38644） Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr （做鈦彈簧）
（11）幾個比較專用的鈦合金
10A發(fā)動機用：
YZTC4 TC17（Ti-17） TA11（Ti-811） TA19（Ti-6242）
斯貝發(fā)動機用：
TA13（Ti-230）
某新型發(fā)動機用：
BT25 Ti-6.8Al-1.7Zr-2Sn-2Mo-0.7W-0.2Si
450℃加熱到10000小時
500℃加熱到6000小時
550℃加熱到3000小時，都具有滿意的熱穩(wěn)定性。所以，這種合金何在550℃下使用。由于它是近α型鈦合金，它的焊接性能和工藝性能良好，是制造壓氣機零件的理想材料。
新型飛機結構用：
TC18(BT22) Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe
BT22鈦合金是前蘇聯航空材料研究院于1974年研制成功的一種高結構效益鈦合金。為富β相的α+β型兩相鈦合金。亦稱過渡型兩相鈦合金。該合金的常用物理常數為：密度4.60g/CM3，相轉變溫度840-880℃，彈性摸量113GPa；具有高強、高韌、淬透性好（淬透深度可達200mm）和可焊接等優(yōu)點。BT22鈦合金常以退火態(tài)使用，退火態(tài)保證強度極限高于1080MPa。BT22鈦合金還以強化處理態(tài)使用，且熱處理強度達1370MPa時仍有良好的塑性，尤其是可用它制成大型鍛件和模短件，如飛機承力框架、起落架及部件。
BT22鈦合金與美國結構鈦合金Ti-1023相比，退火態(tài)強度高300MPa，熱處理強化態(tài)高300MPa。同時塑性亦較好，生產成本低，無Fe偏析缺陷，是最有發(fā)展前途的結構鈦合金。近年來，美國不僅從俄羅斯購買了BT22的生產技術和相關的資料，而且用BT22合金制造起落架等關鍵零件。
TC21(Ti-62222S) Ti-6Al-2Zr-2Mo-2Sn-2Cr-0.25Si
高強、高韌、好的淬透性、低的密度
σb=1035-1140 MPa σ0.2=930-1000 MPa
δ≥6％ ψ≥12％ KIC=77-88
用于大型摸鍛件，制作結構件
TB6(Ti-1023) Ti-10V-2Fe-3Al
TB6(Ti-1023)美國Timet公司為適應損傷容限設計原則需要于70年代初研制的一種高強、高韌、淬透截面大、各向異性小鍛造溫度低和抗應力腐蝕能力強等一系列優(yōu)點，能夠滿足高結構效益、高可靠性和低制造成本的設計要求，經過不同的熱處理可是合金具有強度/韌性/塑性三者良好匹配，熱處理分三種級別：
1241 MPa 44 MPa M
1100 MPa 82.5 MPa M
896 MPa 110 MPa M
由于高的疲勞性能及高的韌性及強度，已在直升機漿轂、飛機起落架等關鍵部位使用。
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