"(一)鈦的性質
鈦的外觀與鋼極為相似,密度為4.51克/厘米3,不足鋼的60%,是難熔金屬中密度*低的金屬元素。
鈦在常溫下的空氣中十分穩定。當加熱到400~550℃時,則在表面生成一層牢固的氧化膜,起防止進一步氧化的保護作用。鈦吸收氧、氮、氫的能力很強,這類氣體是對金屬鈦十分有害的雜質,即使含量甚微(0.01%~0.005%)也能嚴重影響它的力學性能。
鈦的力學性質即通稱的機械性能與純度十分相關。高純鈦具有優良的機加工性能,延伸率、斷面收縮率均佳,但強度低,不適合作結構材料。工業純鈦含有適量的雜質,具有較高的強度和可塑性,適宜制作結構材料。
在鈦的化合物中以二氧化鈦(TiO2)*有實用價值。Ti02對人體呈惰性,無毒害,它具有一系列優良的光學性質。Ti02不透明,光澤度與白度高,折射率與散射力大,遮蓋力強、分散性好,制成的顏料為白色粉末,俗稱鈦白,應用甚廣。
(二)鈦的應用
1.鈦及其合金的應用
致密金屬鈦由于質量輕,比鋁合金強度高,能在高溫下保持比鋁為高的強度而受到航空工業的高度重視。鑒于鈦的密度為鋼的57%,其比強度(強度/重量比或強度/密度比皆稱比強度)高,抗腐蝕、抗氧化、抗疲勞能力均強,鈦合金的3/4用作以航空結構合金為代表的結構材料,1/4主要用作耐蝕合金。
鈦合金有低強高塑性、中強和高強之分,為200(低強)~1300(高強)兆帕,但大體上可以把鈦合金看作是高強合金。它們比被認為是中強的鋁合金的強度為高,在強度上已完全可以取代某些型號的鋼材。與鋁合金在150℃以上的溫度下強度迅速下降相比,某些鈦合金在600℃仍能保持良好的強度。
除強度外,按用途還可分為耐熱、耐蝕、低溫及特殊功能(如TiNi形狀記憶合金、TiFe貯氫合金)等鈦合金,按相組成可分為α、α+β和β及近α、亞穩定等數種類型。至今投入生產的合金牌號已超過100種,工業上廣泛應用的只有10余種。其中作結構合金用的Ti-6Al-4V在鈦合金的整個銷售市場中占60%,居主導地位,其次是Ti-5Al-2.5Sn,它的長期工作溫度可達500℃(強度為780~980兆帕)。
但是,鈦有兩個主要因素使這個資源豐富的元素不能成為常用金屬。首先是成本。按美國的市場價格,每磅(1磅=0.45千克)鈦錠坯8~12美元,鋁錠為1.00~1.30美元/磅,碳素鋼為0.20~0.40美元/磅。但主要因素是鈦本身的活性極強,很難處理。爐內氣氛必須嚴格控制,焊接須在惰性氣氛內進行。金屬鈦的活性高、熱導率低、變形抗力大、常溫可塑性差,變形過程中不但易與模具粘結,特別在機加工時有刀具和磨料粘結到熱的加工表面的傾向,使標準結構件的制造產生大量廢鈦屑,即所謂的殘鈦。一般鍛造鈦錠加工可產生70%的殘鈦,有時這一數字可高達90%。
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