鈦及鈦合金的十大特性 1-1: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。鈦與其他金屬密度和比強度的比較表見表1-1. 表1-1 鈦與其他金屬密度和比強度的比較 金屬 | 鈦(合金) | 鐵 | 鋁(合金) | 鎂(合金) | 高強度鋼 | 密度/g/cm³ | 4.51 | 7.87 | 2.7 | 1.74 | - | 比強度 | (29) | - | (21) | (16) | 23 |
1-2耐腐蝕性能優(yōu)異:鈦的純性取決于氧化膜的存在,它在氧化性介質(zhì)中的耐腐蝕性比在還原性介質(zhì)中要好得多,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.亞硝酸鹽及次氯酸溶液.硝酸.鉻酸.金屬氯化物以及有機酸等。可是,在鈦反應(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。鈦的保護氧化膜經(jīng)常是當(dāng)金屬碰到水時形成的,即使少量的水或以蒸氣存在也能形成。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)。鈦與含過量氧化氫的發(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(yù)防發(fā)生這類狀態(tài)下的反應(yīng),必須要有一定量的水分。 1-3鈦合金耐熱性能好: 通常鋁在150℃,不銹鋼在310℃即是去了原有較高的力學(xué)性能,而鈦合金在500℃左右扔保持良好的力學(xué)性能。 飛機速度達到音速的2.7倍時,飛機結(jié)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。 1-4鈦合金低溫性能好:某些鈦合金(如Ti-5Al-2.5SnELI)的強度隨溫度的降低而提高,但是塑性降低得不多,在低溫下扔有較好的延性及韌性,適宜在超低溫下使用。可以用于液氫.液氧火箭發(fā)動機上,或在載人飛船上做超低溫容器和儲存箱。 1-5鈦合金無磁性:鈦合金無磁性,它用于潛艇殼體,不會引起水雷的爆炸。 1-6鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)小:鈦與其他金屬的熱導(dǎo)率比較見表1-2 表1-2 鈦與其他金屬的熱導(dǎo)率比較 金屬 | Ti | Al | Fe | Cu | 熱導(dǎo)率/E.(m.K) | 17 | 212 | 85 | 255 |
鈦的熱導(dǎo)率小,僅為鋼材的1/5,鋁的1/13,銅的1/25.導(dǎo)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。 1-7鈦合金彈性模量小:鈦與其他金屬的彈性模量比較見表1-3,鈦合金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。 表1-3 鈦及其他金屬的彈性模量比較 1-8 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,兩者之間相差只有58Mpa.鈦與其他金屬在抗拉強度和屈服強度之間的比較見表1-4 表1-4 鈦與其他金屬在抗拉強度與屈服強度之間的比較 強度 | 鈦合金(Ti-6Al-4v) | 18-8不銹鋼 | 鋁合金 | 抗拉強度/Mpa | 960 | 608 | 470 | 屈服強度/Mpa | 892 | 255 | 294 |
1-9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。鈦材焊接要在氬氣的保護下進行,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。 1-10鈦合金抗阻尼性能低:用鈦及其他金屬材料(銅,鋼)制成形狀和大小全完一樣的鐘,用同等的力把每個鐘敲一下就會發(fā)現(xiàn),用鈦作的鐘振蕩起來聲音持續(xù)的時間長,即通過敲擊給予鐘的能量不容易消失。
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