鈦金屬及其性能
鈦(Titanium)是一種金屬化學元素,化學符號Ti,原子序數(shù)22,屬于難熔稀有色金屬。
鈦的性能與所含的碳、氫、氧等雜質(zhì)有關(guān),最純的碘化鈦雜質(zhì)含量不超過0.1%,但其強度低、塑性高。99.5%工業(yè)純鈦的性能為:密度P=4.5g/cm3,熔點為1800°C,導熱系數(shù)λ=15.24W/(M.K),抗拉強度σ b=539MPa,伸長率:δ =25%,斷面收縮率ψ=25%,彈性摸量E=1.078×105MPa,硬度HB195。
鈦是一種銀白色的過渡金屬,其特征為密度低、熔點高、比強度高、耐腐蝕性強、 高低溫性能好、無磁性、無毒、生物相容性好。其中高比強度性能尤為突出,高強鈦合金強度與高強鋼相當,但密度幾乎小一半。此外,鈦及合金還具有形狀記憶、超導和儲氫等特點。
鈦的性能
強度高:是鋁合金的1.3倍,鎂合金的1.6倍,不銹鋼的3.5倍,金屬材料中的冠軍。鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右,僅為鋼的60%,純鈦的強度接近普通鋼的強度,一些高強度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強度,因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料,可制出單位強度高、韌性好、質(zhì)輕的零、部件、在飛機發(fā)動機結(jié)構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。
熱強度高:使用溫度比鋁合金高幾百度,在中等溫度下仍能保持所要求的強度,可在450-500°C的溫度下長期工作。
抗蝕性好:耐酸、耐堿、耐大氣腐蝕,對點蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強。鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作,其他抗蝕性遠優(yōu)于不銹鋼;對點蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強,對堿,氯化物,氯的有機物品,硝酸,硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力,但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。
低溫性能好:間隙元素極低的鈦合金TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性。鈦合金在低溫和超低溫下,仍能保持其力學性能,低溫性能好,間隙元素極低的鈦合金,如TA7,在-253°C下還能保持一定的塑性,因此,鈦合金業(yè)是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。
化學活性大:高溫時化學活性很高,輕易與空氣中的氫、氧等氣體雜質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng),生成硬化層。鈦的化學活性大,與大氣中O、N、H、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產(chǎn)生強烈的化學反應(yīng)。含碳量大于0.2%時,會在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC;溫度較高時,與N作用會形成TiN硬質(zhì)表層。在600°C以上時,鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層;氫含量上升,也會形成脆化層。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達0.1-0.15mm,硬化程度為20%·30%。鈦的化學親和性也大,易與摩擦表面產(chǎn)生的黏附現(xiàn)象。
導熱系數(shù)小、彈性摸量?。?/strong>鈦的導熱系數(shù)λ=15.2W/(M,K)約為鎳的1/4,鐵的5/1,鋁的1/14,而各種鈦合金的導熱系數(shù)比鈦的導熱系數(shù)約下降50%,鈦合金的彈性摸量約為鋼的1/2,故其剛性差、易變形,不宜制作細長桿和薄壁件,切割時加工表面的回彈量大,約為不銹鋼的2·3倍,造成刀具后刀面的劇烈摩擦、黏附、粘結(jié)磨損。
