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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
工業純鈦
工業上大量的用作耐蝕材料的仍然是工業純鈦。這是因為工業純鈦對于海水、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越；價格也較鈦合金為低。因此，只有在工業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，我國將工業純鈦分成三級，即TA1、TA2、TA3。這三種工業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
這種鈦合金與工業純鈦相比具有下列三個優點：
a,既對氧化性介質具有優良的耐蝕性能；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代替工業純鈦，則可消除縫隙腐蝕。
c,吸氫能力小，不易產生氫脆。工業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、磷酸的環境；也用于鈦設備防止縫隙腐蝕。在硫酸、鹽酸、磷酸的環境下，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，它的價格僅比工業純鈦高10％左右，它的加工工藝性能、焊接工藝性能和工業純鈦接近；而在200-300℃溫度下強度較工業純鈦高1.5-2倍。由于這種合金具有這種優點，因此，它可取代工業純鈦在高溫海水、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，而工業純鈦只能達到120℃左右。并且它的耐縫隙腐蝕的性能較工業純鈦為優。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純Ti為優；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的鈍化膜能處于穩定狀態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 熱處理強化狀態
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。
工業純鈦（ELI）
TA1、TA2這兩種工業純鈦在含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，這兩種工業純鈦可用作-253℃以下的結構材料。
（5）管材用鈦合金
除工業純鈦外還有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發動機用：
YZTC4 TC17（Ti-17） TA11（Ti-811） TA19（Ti-6242）
斯貝發動機用：
TA13（Ti-230）
某新型發動機用：
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）和可焊接等優點。BT22鈦合金常以退火態使用，退火態保證強度極限高于1080MPa。BT22鈦合金還以強化處理態使用，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，退火態強度高300MPa，熱處理強化態高300MPa。同時塑性亦較好，生產成本低，無Fe偏析缺陷，是最有發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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