鈦 Titanium

鈦是一種金屬元素，化學(xué)符號Ti，原子序數(shù)22，外觀呈現(xiàn)銀白色金屬光澤。鈦的密度為4.51g/cm3，熔點(diǎn)為1668℃。

鈦有兩種同素異構(gòu)體，α-Ti在882℃以下穩(wěn)定，為密排六方晶格(hcp)結(jié)構(gòu)；β-Ti在882℃與熔點(diǎn)之間穩(wěn)定存在，具有體心立方晶格(bbc)結(jié)構(gòu)。

鈦在自然界中分布很廣，約占地殼質(zhì)量的6‰，是含量第十高的元素，在金屬世界里排行第七。鈦的礦物多達(dá)70多種，比較常見是鈦鐵礦Fe-TiO3、金紅石TiO2及釩鈦磁鐵礦等。鈦在海水中含量是1μg/L，在海底結(jié)核中也含有大量的鈦。除此之外，鈦還可以在隕石、煤灰、植物，甚至人體中找到。

鈦的產(chǎn)品

鈦的產(chǎn)品主要是兩類：第一類是海綿鈦，它可以進(jìn)一步加工制備各類鈦材；第二類是鈦白粉，是一種白色顏料，廣泛應(yīng)用在涂料、油漆等化工行業(yè)中。

鈦精礦經(jīng)冶煉成海綿鈦后，經(jīng)過鑄錠可制成工業(yè)純鈦和鈦合金。

鈦產(chǎn)品特性

工業(yè)純鈦和鈦合金都有耐腐蝕、耐高溫和高比強(qiáng)度的特點(diǎn)。鈦合金因?yàn)樘砑恿似渌辖鹪?，比工業(yè)純鈦具有更多樣的性質(zhì)和更廣泛的用途。

耐腐蝕

鈦與鈦合金在不同介質(zhì)和不同溫度條件下都有良好的耐腐蝕性能。尤其是在海水中的抗蝕性比鋁合金、不銹鋼和鎳基合金都好。

鈦的耐蝕性能來自于鈍化。在大氣或水溶液中，鈦表面會立即形成一層保護(hù)很好的氧化膜（鈍化膜）。這層氧化膜有非常好的愈合性，被機(jī)械破損后能很快地（<0.1s）彌合修復(fù)形成新膜。溫度在315℃以下，鈦的氧化膜始終保持這一特性。

耐高溫

工業(yè)純鈦和鈦合金都能在高溫環(huán)境下保持良好的強(qiáng)度與性能。純鈦稍低，可在350℃以下穩(wěn)定服役；鈦合金的工作溫度可達(dá)500℃甚至更高。

高比強(qiáng)度

工業(yè)純鈦和鈦合金的比強(qiáng)度都很高。比強(qiáng)度指的是材料的強(qiáng)度與密度的比值。比強(qiáng)度高代表材料強(qiáng)度大而重量輕。這樣的特性在航空航天領(lǐng)域很受歡迎。

飛機(jī)或航天器常用材料有不銹鋼、鎳基合金和鋁合金等。與不銹鋼和鎳基合金相比，鈦合金的密度差不多只有它們的一半，質(zhì)量更輕；與鋁合金只能在200℃以下工作相比，鈦合金更耐高溫。優(yōu)勢十分明顯。

工業(yè)純鈦

工業(yè)純鈦（純度達(dá)99.5%）實(shí)質(zhì)上是一種低合金含量的鈦合金，含有氮、碳及鐵、硅等雜質(zhì)元素。其退火組織為α組織。由于含有較多的雜質(zhì)元素，其強(qiáng)度高于化學(xué)純鈦（純度高達(dá)99.9%，也叫高純鈦），接近高強(qiáng)鋁合金的水平，但和鈦合金比，強(qiáng)度仍然較低。

工業(yè)純鈦的力學(xué)性能和化學(xué)性能與不銹鋼較為相似。主要用作工作溫度350℃以下，受力不大但要求高塑性的沖壓件和耐蝕結(jié)構(gòu)零件。

我國工業(yè)純鈦按其雜質(zhì)含量的不同，分為TA0、TA1、TA2和TA3四個(gè)牌號。四種工業(yè)純鈦的間隙雜質(zhì)元素是逐漸增加的，故其機(jī)械強(qiáng)度和硬度也隨之逐級增加，但塑性、韌性相應(yīng)下降。工業(yè)上常用的工業(yè)純鈦是TA2，因其耐蝕性能和綜合力學(xué)性能適中。對耐磨和強(qiáng)度要求較高時(shí)可采用TA3。對要求較好的成型性能時(shí)可用TA1。

鈦合金

鈦合金是以鈦元素為基礎(chǔ)加入其它元素的合金。加入的合金元素有Al、Mo、Cr、Sn、Mn、V等。

世界上已研制出的鈦合金有數(shù)百種，其中著名是美國1954年研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐熱性、強(qiáng)度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業(yè)中的王牌合金，該合金使用量已占全部鈦合金的75%～85%。其他許多鈦合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。

鈦合金的比重、強(qiáng)度和使用溫度介于鋁和鋼之間，但比鋁、鋼強(qiáng)度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。鈦合金廣泛的應(yīng)用是作為航空航天工業(yè)中重要結(jié)構(gòu)材料。

鈦合金分類

鈦合金可按退火組織分為三類：α鈦合金、β鈦合金、α+β鈦合金（還包括含有少量β相的近α合金）。α鈦合金代號為TA，β鈦合金代號為TB，α+β鈦合金代號為TC。三種鈦合金中常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性好，α+β鈦合金次之，β鈦合金差。

鈦合金也可按用途分為耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金（鈦-鉬，鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等。

牌號及用途

α鈦合金

性能：

室溫強(qiáng)度低，高溫強(qiáng)度高；良好的抗氧化性、耐蝕性和焊接性；不能熱處理強(qiáng)化，退火態(tài)使用。

牌號：

TA4、TA5、TA6、TA7、TA8等。常用有TA5和TA7，以TA7為最常用。TA7還具有良好的低溫性能。

用途：

可在500℃以下使用，如火箭飛船的低溫高壓容器，航空發(fā)動機(jī)的葉片和管道，導(dǎo)彈燃料缸等。TA5主要用于制造船艦零件。

β鈦合金

性能：

可熱處理強(qiáng)化，有較高的強(qiáng)度，焊接性能和壓力加工性能良好；但性能不夠穩(wěn)定，熔煉工藝復(fù)雜，故應(yīng)用不如α型、α+β型鈦合金廣泛。

牌號：

有TB1、TB2和TB3，實(shí)際應(yīng)用的為TB2。TB2合金一般在固溶處理狀態(tài)下交貨，在固溶、時(shí)效后使用。

用途：

可在350℃以下工作，如壓氣機(jī)葉片、輪盤、軸類等重載荷旋轉(zhuǎn)件，以及飛機(jī)的構(gòu)件等。

α+β鈦合金

性能：

具有α型和β型的優(yōu)點(diǎn)，大部分可熱處理強(qiáng)化，焊接性能不如α型。

牌號：

TC1~TC11，常用有TC3、TC4、TC6、TC9、TC10。TC4就是美國的Ti-6Al-4V，最為常用。TC10是在TC4基礎(chǔ)上發(fā)展起來，有更高的強(qiáng)度和耐熱性。

用途：

400℃以下工作的航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片，火箭發(fā)動機(jī)外殼，導(dǎo)彈液氫燃料箱部件，船艦?zāi)蛪簹んw。