鈦加工件、鈦合金鍛件、鈦合金管等鈦材料的特性與特殊功能

1、密度小、強度高、比強度大

鈦的密度是4.51g/cm3,為鋼的57%，只是鋼的一半多一點，不到鋁的兩倍，強度比鋁大三倍。鈦合金的比強度是常用工業(yè)合金中最大的，鈦合金的比強度是不銹鋼的3.5倍，是鋁合金的1.3倍，是鎂合金的1.7倍，所以是宇航工業(yè)必不可少的結(jié)構(gòu)材料。

鈦與其它金屬密度和比強度的比較見表1-1。

表1-1 鈦與其他金屬密度和比強度的比較

2、耐腐蝕性能優(yōu)異

鈦的鈍性取決于氧化膜的存在，它在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性比在還原性介質(zhì)中要好的多，在還原性介質(zhì)中能發(fā)生高速率腐蝕。鈦在一些腐蝕性介質(zhì)中不被腐蝕，如海水、濕氯氣、亞氯酸鹽及次氯酸鹽溶液、硝酸、鉻酸、金屬氯化物、硫化物以及有機酸等?？墒牵谂c鈦反應(yīng)產(chǎn)生氫的介質(zhì)(例如鹽酸和硫酸) 中，鈦通常具有較大的腐蝕率。但如果在酸中加入少量的氧化劑會使鈦形成一層鈍化膜。所以在硫酸-硝酸或鹽酸-硝酸的混合液里，甚至在含游離氯的鹽酸中，鈦都是耐腐蝕的。鈦的保護性氧化膜經(jīng)常是當金屬碰到水時形成的，即使少量的水或以水蒸氣存在也能形成。如果把鈦暴露于完全沒有水的強氧化性環(huán)境里，就能發(fā)生快速氧化并產(chǎn)生劇烈的、常常出現(xiàn)自燃反應(yīng)。鈦與含過量氧化氮的發(fā)煙硝酸以及鈦與干氯氣的反應(yīng)就發(fā)生過這類行為。然而要預防發(fā)生這類狀態(tài)下的反應(yīng)，必須要有一定量的水分。

3、耐熱性能好

通常鋁在150℃，不銹鋼在310℃即失去了原有較高的力學性能，而鈦合金在500℃左右仍保持良好的力學性能。當飛機速度達到音速的2.7倍時，飛機機構(gòu)表面溫度達到230℃，鋁合金和鎂合金已不能使用，而鈦合金則能滿足要求。鈦的耐熱性能好，它適用于航空發(fā)動機壓氣機的渦輪盤和葉片以及飛機后機身的蒙皮。

4、低溫性能好

某些鈦合金（如Ti-5Al-2.5SnELI）的強度隨溫度的降低而提高，但塑性降低的不多，在低溫下仍有較好的延性及韌性，適宜在超低溫下使用?？梢杂糜谝簹?、液氧火箭發(fā)動機上，或在載人飛船上做超低溫容器和貯箱等。

5、無磁

鈦無磁性，它用于潛艇殼體，不會引起水雷的爆炸。

6、導熱系數(shù)小

鈦與其它金屬的熱導率比較見下表:

鈦的熱導率小，僅為鋼的1/5,鋁的1/13,銅的1/25。導熱性不好是鈦的一個缺點，但在某些場合下可以利用鈦的這一特征。

7、彈性模量小

鈦的彈性模量約為鐵的55%，作為結(jié)構(gòu)材料使用時，彈性模量低是個缺點。

8、抗拉強度與屈服強度接近

Ti-6Al-4V鈦合金抗拉強度為960Mpa,屈服強度為892MPa,兩者之間差只有58Mpa。

鈦與其它金屬在抗拉強度與屈服強度之間的比較見下表：

9、鈦在高溫下容易被氧化

鈦同氫、氧的結(jié)合力強，要注意防止氧化和吸氫。鈦材焊接要在氬氣保護下進行，防止污染。鈦管與薄板要在真空下熱處理，鈦鍛件在熱處理時要控制微氧化性氣氛。

10、抗阻尼性能低

用鈦及其他金屬材料（銅、鋼）制成形狀和大小完全一樣的鐘，用同等的力把每個鐘敲一下就會發(fā)現(xiàn)，用鈦做的鐘震蕩起來聲音持續(xù)的時間長，即通過敲擊給予鐘的能量不容易消失。

鈦及鈦合金加工材的特殊功能：

11、形狀記憶功能

Ti-50%Ni（原子分數(shù)）合金，在一定的溫度條件下，它有能夠恢復它的原來形狀的本領(lǐng)，故稱它為鈦形狀記憶合金。

12、超導功能

NbTi合金，當溫度下降到接近絕對零度時，NbTi合金制成的導線，會失去電阻，可以使任意大的電流通過，導線不會發(fā)熱，沒有能耗，故NbTi合金被稱為超導材料。

13、吸氫功能

Ti-50%Fe(原子分數(shù))合金，具有大量吸收氫氣的本領(lǐng)。利用Ti-Fe合金的這一特征，可把氫安全地貯存起來，即貯存氫不一定使用鋼制高壓氣瓶。在一定條件下還可以讓貯氫Ti-Fe合金把氫放出來，故它被稱為貯氫材料。