工業(yè)純鈦棒和鈦合金棒材料的幾種常見(jiàn)的應(yīng)用介紹

    鈦及鈦合金具有良好的焊接、冷熱壓力加工和機(jī)械加工性能，可加工成各種鈦型材、鈦棒材鈦板材及鈦管材供應(yīng)。

    鈦是一種理想的結(jié)構(gòu)材料，鈦的密度不大，僅為4.5g/m3，比鋼輕43%，但鈦的強(qiáng)度比鐵高一倍，比純鋁幾乎高5倍。具有低密度高強(qiáng)度性能。這種高的強(qiáng)度和不大的密度相結(jié)合，使得鈦棒在技術(shù)上占有極重要的地位。同時(shí)鈦合金棒的耐腐蝕性近乎或超過(guò)不銹鋼，所以在石油、化工、農(nóng)藥、染料、造紙、輕工、航空、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋工程等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。

　　鈦的合金具有很高的比強(qiáng)度（強(qiáng)度和密度之比），鈦合金棒、純鈦棒已在航空、軍工、造船、化工、冶金、機(jī)械、醫(yī)療等領(lǐng)域起著不可替代的作用。例如，鈦與鋁、鉻、釩、鉬、錳等元素組成的合金，經(jīng)過(guò)熱處理，強(qiáng)度極限可達(dá)1176.8-1471MPa，　比強(qiáng)度達(dá)27-33，與它相同強(qiáng)度的合金鋼，其比強(qiáng)度只有15.5-19。鈦合金不僅強(qiáng)度高，而且耐腐蝕，因此在船舶制造、化工機(jī)械和醫(yī)療器械方面都有廣泛的應(yīng)用。其中耐蝕性鈦合金主要用于各種強(qiáng)腐蝕環(huán)境的反應(yīng)器、塔器、高壓釜、換熱器、泵、閥、離心機(jī)、管道、管件、電解槽等。但由于鈦合金的價(jià)格較高，限制了它們的應(yīng)用。

不同型態(tài)鈦合金的應(yīng)用

1、碘法鈦，牌號(hào)TAD：是以碘化法所獲得的高純度鈦，故稱碘法鈦，或稱化學(xué)純鈦。但是，其中仍含有氧、氮、碳這類間隙雜質(zhì)元素，它們對(duì)純鈦的力學(xué)性能影響很大。隨著鈦的純度提高，鈦的強(qiáng)度、硬度明顯下降；故其特點(diǎn)是：化學(xué)穩(wěn)定性好，但強(qiáng)度很低。

　　由于高純度鈦的強(qiáng)度較低，因此它作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用意義不大，故在工業(yè)中很少使用。目前在工業(yè)中廣泛使用的是工業(yè)純鈦棒和鈦合金棒。

2、工業(yè)純鈦：與化學(xué)純鈦不同之處是，工業(yè)純鈦含有較多量的氧、氮、碳及多種其他雜質(zhì)元素（如鐵、硅等），它實(shí)質(zhì)上是一種低合金含量的鈦合金。與化學(xué)純鈦相比，由于含有較多的雜質(zhì)元素，其強(qiáng)度大大提高，它的力學(xué)性能和化學(xué)性能與不銹鋼相似（但和鈦合金相比強(qiáng)度仍然較低）。

　　工業(yè)純鈦的特點(diǎn)是：強(qiáng)度不高，但塑性好，易于加工成形、沖壓、焊接、可切削加工性能良好；在大氣、海水、濕氯氣及氧化性、中性、弱還原性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，抗氧化性優(yōu)于大多數(shù)奧氏體不銹鋼；但耐熱性較差，使用溫度不宜太高。

　　工業(yè)純鈦按其雜質(zhì)含量的不同，分為TA1、TA2、TA3三個(gè)牌號(hào)。這三種工業(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(jí)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(duì)耐磨和強(qiáng)度要求較高時(shí)可選用TA3。對(duì)要求較好的成形性能時(shí)可選用TA1。

　　工業(yè)純鈦主要用于工作溫度350℃以下，受力不大，但要求塑性好的沖壓件和耐蝕結(jié)構(gòu)零件，例如：飛機(jī)的骨架、蒙皮、發(fā)動(dòng)機(jī)附件；船舶用耐海水腐蝕的管道、閥門、泵及水翼、海水淡化系統(tǒng)零部件；化工上的熱交換器、泵體、蒸餾塔、冷卻器、攪拌器、三通、葉輪、緊固件、離子泵、壓縮機(jī)氣閥以及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、連桿、葉簧等。

    3、α型鈦合金，牌號(hào)TA4鈦棒、TA5鈦棒、TA6鈦棒、TA7鈦棒：這類合金在室溫和使用溫度下呈α型單相狀態(tài)，不能熱處理強(qiáng)化（退火是唯一的熱處理形式），主要依靠固溶強(qiáng)化。室溫強(qiáng)度一般低于β型和α+β型鈦合金（但高于工業(yè)純鈦），而在高溫（500-600℃）下的強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度卻是三類鈦合金中最高的；且組織穩(wěn)定、抗氧化性和焊接性能好，耐蝕性和可切削加工性能也較好，但塑性低（熱塑性仍然良好），室溫沖壓性能差。其中使用最廣的是TA7，它在退火狀態(tài)下具有中高強(qiáng)度和足夠的塑性，焊接性良好，可在500℃以下使用；當(dāng)其間隙雜質(zhì)元素（氧、氫、氮等）含量極低時(shí)，在超低溫時(shí)還具有良好的韌性和綜合力學(xué)性能，是優(yōu)良的超低溫合金之一。

　　TA4的抗拉強(qiáng)度比工業(yè)純鈦稍高，可做中等強(qiáng)度范圍的結(jié)構(gòu)材料。國(guó)內(nèi)主要用作焊絲。

　　TA5、TA6用于400℃以下在腐蝕介質(zhì)中工作的零件及焊接件，如飛機(jī)蒙皮、骨架零件、壓氣機(jī)殼體、葉片、船舶零件等。

　　TA7用于500℃以下長(zhǎng)期工作的結(jié)構(gòu)件和各種模煅件，短時(shí)使用可到900℃。亦可用于超低溫（-253℃）部件（如超低溫用的容器）。

    4、β型鈦合金，牌號(hào)TB2：這類合金的主要合金元素是鉬、鉻、釩等β相穩(wěn)定化元素，在正火和淬火時(shí)很容易將高溫β相保留到室溫，獲得較穩(wěn)定的β相組織，故稱β型鈦合金。

　　β型鈦合金可熱處理強(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型及α+β型鈦合金廣泛。

　　可用于350℃以下工作的零件，主要用于制造各種整體熱處理（固溶、時(shí)效）的板材沖壓件和焊接件；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。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。

    5、α+β型鈦棒及鈦合金鈦棒常用的牌號(hào)TC6鈦棒、TC9鈦棒、TC10鈦棒：這類合金在室溫呈α+β型兩相組織，因而得名α+β型鈦合金。它具有良好的綜合力學(xué)性能，大多可熱處理強(qiáng)化（但TC1、TC2、TC7不能熱處理強(qiáng)化），鍛造、沖壓及焊接性能均較好，可切削加工、室溫強(qiáng)度高，150-500℃以下具有較高的耐熱性，有的（如TC1、TC2、TC3、TC4）還具有良好的低溫韌性和良好的抗海水應(yīng)力腐蝕及抗熱鹽應(yīng)力腐蝕能力；缺點(diǎn)是組織不夠穩(wěn)定。

　　這類合金以TC4應(yīng)用最為廣泛，TC4鈦棒用量約占現(xiàn)有鈦合金生產(chǎn)量的一半。該合金不僅具有良好的室溫、高溫和低溫力學(xué)性能，且在多種介質(zhì)中具有優(yōu)良的耐蝕性，同時(shí)可焊接、冷熱成形，并可通過(guò)熱處理強(qiáng)化；因而在宇航、船艦以及化工等工業(yè)部門均獲得廣泛應(yīng)用。

　　TC1、TC2可用于400℃以下工作的沖壓件、焊接件以及模鍛件和彎曲加工的各種零件。這兩種合金還可以用作低溫結(jié)構(gòu)材料。

　　TC3、TC4可用作400℃以下長(zhǎng)期工作的零件、結(jié)構(gòu)用的模件、各種容器、泵、低溫部件、船艦?zāi)蛪簹んw、坦克履帶等。強(qiáng)度比TC1、TC2高。

　　TC6可在400℃以下使用，主要用作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)材料。TC9可用于制造在560℃以下長(zhǎng)期工作的零件，主要用在飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)盤和葉片上。

　　TC10可用于制造在450℃以下長(zhǎng)期工作的零件，如飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件、起落架、蜂窩連接構(gòu)件、導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、武器結(jié)構(gòu)件等。