钛及钛合金的特性
纯钛和钛合金有什么区别【一文搞懂】
纯钛和钛合金的区别是怎样的呢？下面小编为大家详细介绍一下。
一、指代不同1、纯钛：钛具有银白色的金属光泽。
密度为4.51g·cm^-3，是最重的轻金属。
2、钛合金：是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。
二、特性不同1、纯钛：熔点（1668±10）℃，沸点3260℃。
熔点比铁和镍高。
25C时的热导率为14.99W·（m·℃)^-1，只有铁的1/6，铝的1/16，对切削加工和焊接不利。
25C时的膨胀系数为8.36×10^-6℃^-1。
2、钛合金：钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。
钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。
三、用处不同1、纯钛：纯钛在大多数介质中，特别是在中性、氧化性和海水等介质中有极高的抗蚀性。
在海水中的抗蚀性比铝合金、不锈钢和镍基合金还高；在工业、农业环境和海洋大气中虽经数年，表面也不发生任何变化。
2、钛合金：钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。
另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。
还有抗磨性差，生产工艺复杂。
纯钛在分类、性能和用途上的分析介绍。
一、纯钛的分类根据杂质含量，钛分为高纯钛（纯度达99.9%）和工业纯钛（纯度达99.5%）。
工业纯钛有三个牌号，分别用TA＋顺序号数字1、2、3表示，数字越大，纯度越低。
二、纯钛的性能Ti：4.507 g/cm3，Tm：1688℃。
具有同素异构转变，≤882.5℃为密排六方结构的α相，≥882.5℃体心立方结构的β相。
纯钛的强度低，但比强度高，塑性好，低温韧性好，耐蚀性很高。
钛具有良好的压力加工工艺性能，切削性能较差。
钛在氮气中加热可发生燃烧，因此钛在加热和焊接时应采用氩气保护。
三、纯钛的用途杂质含量对钛的性能影响很大，少量杂质可显着提高钛的强度，故工业纯钛强度较高，接近高强铝合金的水平，主要用于制造350℃以下温度工作的石油化工用热交换器、反应器、船舰零件、飞机蒙皮等。
钛及钛合金的分类及特性
钛及钛合金的分类及特性。
钛是一种非磁性材料，具有密度小（4.5g/cm3）、强度高（比铁约高1倍）、较好的高温强度和低温韧性以及良好的耐腐蚀性等特点。
钛在885℃以下时，具有密集六方晶格称为α钛。
在885℃产生同素异晶转变，晶格变为体心立方晶格称为β钛。
钛长时间在高温停留，晶粒容易长大，快速冷却时，容易生成不稳定的针状α钛组织称为“钛马氏体”，其强度较高，塑性较低。
钛加入合金元素后可改善加工性能和力学性能，常加的合金元素有Al、V、Mn、Cr、Mo等，按照成分和在室温时的组织不同，钛和钛合金可分为：
⑴工业纯钛按其纯度可分为TA1、TA2、TA3等牌号，其中TA1的杂质最少，少量杂质将使强度增高、塑性降低，故TA1的强度最低（σb为300～500MPa）、塑性最好（δ为30%）。
工业纯钛有良好的焊接性。
⑵α钛合金钛中加入了Al、Sn等元素，牌号为TA6、TA7，有良好的高温强度和抗氧化性。
α钛合金有良好的焊接性。
⑶β钛合金钛中加入了Mn、V、Mo、Cr等元素，牌号为TB1、TB2。
热处理后强度较高（TB1的σb为700MPa），
塑性也较好，而且具有良好的加工性，但耐热性稍差，体积质量大、成本高。
β钛合金的焊接性不良。
⑷α+β钛合金钛中加入了Al、Se、Mo、Mn、Cr等元素，牌号为TC1、TC2。
可通过热处理如化，加工性能良好，但高温强度低于α钛合金。
α+β钛合金焊接性很差，很少用于焊接结构。
钛与钛合金
材料物理0901 崔同参200965167钛与钛合金钛有色轻金属，原子序数22，相对原子质量47.87，在地壳中的含量排第十位。
通过向金属晶格中掺入杂质原子实现合金化。
合金化导致金属硬度和强度提高塑性降低。
钛合金具有两大优异的特性：比强度高和抗蚀性优异，应用于航空航天、化学工业、医药工程等行业。
较高温度下，钛合金的比强度特别优异（钛的最高使用温度受其氧化特性的限制，钛铝化合物可以部分地克服这一缺点），低温下纯钛和大多数钛合金结晶成接近理想状态的密排六方结构（hcp）称为α-Ti,高温下，体心立方结构（bcc）很稳定，称为β–Ti(纯钛的β转变温度为（880-884）℃。
密排六方晶体结构导致α-Ti的力学性能呈现显著的各向异性；其中弹性的各向异性尤为显著。
（c：145Gpa,a:100Gpa）.金属塑性变形的容易程度按密排六方、体心立方，再到面心立方的顺序逐渐增大。
α-Ti的塑性变形能力低于β-Ti。
钛从β相区冷却下来时，体心立方β相中的最密排面{110}转变为六方α相的基面{0001}.α相基面的面间距略大于β相中相应{110}面的面间距，故β /α转变会使晶格产生轻微畸变，钛冷却过程中通过β转变温度时还可以宏观上观察到体积轻微增大。
由于(hcp) α-Ti中原子堆垛密度大，因此α-Ti中的扩散比（bcc）β中的扩散缓慢得多。
从马氏体相变开始温度以上快速冷却时，bcc的β相通过无扩散相变过程完全转变为hcp的α相，生成亚稳的细小盘状或针状马氏体组织。
根据对β转变温度的影响，钛的合金化元素可分为中性元素，α相稳定化元素或β相稳定化元素。
钛合金显微组织显微组织对钛合金的性能有显著的影响，通常，通过热加工处理可以得到不同的显微组织。
热加工处理较为复杂，包括固溶处理、变形、再结晶、时效和去应力退火。
相转变温度是热加工处理的关键，因为它将β单相区与α+β两相区分割开来，从转变温度以上完全冷却可以得到片状显微组织。
钛及钛合金简介
钛（Ti）一、简介钛化学符号Ti，被认为是一种稀有金属，是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽。
钛具有稳定的化学性质，有良好的抗腐蚀能力（包括海水、王水及氯气，而且钛放入海底20~50年均不会被腐蚀），亦有良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度等优秀特性。
二、相关参数1.钛的强度大，纯钛抗拉强度最高可达180kg/mm²，钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性，其“比强度”位于金属之首。
2.钛的密度为4.506-4.516g/cm³，熔点1668±4℃，熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子，沸点3260±20℃，汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。
3.钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为0.38-0.4K。
在25℃时，钛的热容为0.126卡/克[5] 原子·度，热焓1149卡/克原子，熵为7.33卡/克原子·度。
4.金属钛是顺磁性物质，导磁率为1.00004。
5.钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80%。
三、钛的十大特性1.密度小，比强度高，金属钛的密度为4.51g/立方厘米，高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度位于金属之首。
2.耐腐蚀性能，不受大气和海水的影响。
在常温下，不会被7%以下盐酸、5%以下硫酸、硝酸、王水或稀碱溶液所腐蚀。
3.耐热性能好，新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。
4.耐低温性能好，在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性，避免了金属冷脆性。
5.抗阻尼性能强，钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。
6.无磁性、无毒，钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，且无毒。
7.抗拉强度与其屈服强度接近，钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。
钛及钛合金标准与钛十大性能
钛作者：商占法介绍钛是一种金属元素，灰色，原子序数22，相对原子质量47.87。
能在氮气中燃烧，熔点高。
钛的密度为4.54g／cm3，比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。
机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。
钛耐高温，比黄金和钢都高的多。
钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工作和航海工业，在石油化工行业也有较多的应用。
钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半，钛虽然稍稍比铝重一点，它的硬度却比铝大2倍。
现在，在宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁。
据统计，目前世界上每年用于宇宙航行的钛，已达一千吨以上。
极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。
钛的耐热性很好，熔点高达1660℃℃。
在常温下，钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中。
就连最凶猛的酸——王水，也不能腐蚀它。
钛不怕海水，有人曾把一块钛沉到海底，五年以后取上来一看，上面粘了许多小动物与海底植物，却一点也没有生锈，依旧亮闪闪的。
现在，人们开始用钛来制造潜艇——钛潜艇。
由于钛非常结实，能承受很高的压力，这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行在常温下，钛不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀；只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。
钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性，故多用作飞机发动机零件和火箭、导弹结构件。
钛合金还可作燃料和氧化剂的储箱以及高压容器。
现在已有用钛合金制造自动步枪，迫击炮座板及无后座力炮的发射管。
在石油工业上主要作各种容器、反应器、热交换器、蒸馏塔、管道、泵和阀等。
钛可用作电极和发电站的冷凝器以及环境污染控制装置。
钛镍形状记忆合金在仪器仪表上已广泛应用。
在医疗中，钛与人体有很好的相容性,可作人造骨头和各种器具。
钛还是炼钢的脱氧剂和不锈钢以及合金钢的组元。
钛白粉是颜料和油漆的良好原料。
碳化钛，碳（氢）化钛是新型硬质合金材料。
氮化钛颜色近于黄金，在装饰方面应用广泛。
钛及钛合金
钛及钛合金
3. (α+β)钛合金
（α+β）钛合金除含有铬、钼、钨等促使β相稳定的元素外，还含有 锡、铝等促使α相稳定的元素。在冷却到一定温度时，发生β→α相转变， 室温下为α+β两相组织。
（α+β）钛合金的强度、耐热性和塑性都比较好，并可以进行热处理 强化，应用范围较广。（α+β）钛合金的牌号有TC1、TC2、TC3、TC4、 TC6等。其中以TC4（钛铝钒合金）用途最广、经淬火（930 ℃加热）和 时效处理（540 ℃，2 h）后，其R m可达1 274 MPa、A>13％，并有 较高的蠕变抗力、低温韧性和良好的耐蚀性。TC4合金适于制造在400 ℃ 以下和低温下工作的零件，如火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料容 器等。
钛及钛合金
常用钛合金的牌号、力学性能和用途见表1-9。
钛及钛合金
钛及钛合金是20世纪50年代出现 的一种新型结构材料。由于钛的密度 小，强度高，耐高温，耐蚀，资源丰 富，现已成为航天、化工和国防工业 生产中广泛应用的材料。
一、 工业纯钛 1. 纯钛的性能
钛及钛合金
纯钛呈银白色，密度为4.508×103 kg/m3，熔点为1 677 ℃， 热膨胀系数小。纯钛塑性好，强度低，容易加工成形。结晶后有同 素异构转变，在加热到882 ℃时，由密排六方晶格的α-钛转变为体 心立方晶格的β-钛。钛与氧和氮的亲和力较大，非常容易与氧和氮 结合形成一层致密的氧化物和氮化物薄膜，其稳定性高于铝及不锈 钢的氧化膜，故在许多介质中钛的耐蚀性比不锈钢更优良，尤其是 抗海水腐蚀的能力非常突出。
2. β钛合金
钛及钛合金
β钛合金中主要加入铜、铬、钼、钨和铁等促使β相稳定 的元素，在正火或淬火时容易将高温β相保留到室温组织， 得到较稳定的β相组织。β钛合金具有良好的塑性，在540 ℃ 以下具有较高的强度，但其生产工艺复杂，合金密度大，故 在生产中用途不广。
钛及钛合金的特性及应用
钛及钛合金的特性及应用
纯钛的强度低，熔点高，但比强度高，塑性及低温韧性好，耐腐蚀性好，容易加工成型。
纯钛在大气和海水中有优良的耐腐蚀性，在硫酸、盐酸、硝酸等介质中都很稳定。
随着钛的纯度降低，强度升高，塑性大大降低。
在纯钛中加入合金元素对其性能进行改善和强化形成钛合金，其强度、耐热性、耐腐蚀性高，具有无磁性，声波和振动的低阻尼特性，生物相容性好，与碳复合材料的相容性好，具有超导特性、形状记忆和吸氢特性等优异性能，但也存在一些缺点，如热加工困难，冷加工性能差，切削
加工性差，抗磨性差等。
目前，只有碳纤维增强塑料的比强度高于钛合金，钛合金是比强度最高的金属材料。
所以，也被称为“太空金属”，这也是钛合金被广泛应用于航空工业的主要原因。
例如，在飞机发动机上，钛合金常用做压气机盘、压气机叶片、发动机罩、燃烧室外壳及喷气管等。
钛及钛合金的研究
钛及钛合金的研究1.引言钛是 20 世纪 50 年代发展起来的一种重要的结构金属，因其具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁等一系列优良性能，以及形状记忆、超导、储氢、生物相容性四大独特功能，被广泛应用在航空航天、舰船、军工、冶金、化工、海水淡化、轻工、环境保护、医疗器械等领域，并创造了巨大的经济和社会效益，在国民经济发展和国防中占有重要的地位和作用。
钛是金属材料王国中“全能的金属”、“海洋金属”、“太空的金属”，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛被视为继铁、铝之后处于发展中的“第三金属”和“战略金属”。
根据在钛中加入β稳定元素的多少及退火后的组织，钛合金可分为α、近α、α+β、近β和β钛合金。
美、日、俄罗斯以及中国等许多国家都高度重视钛合金的发展，各国根据不同国情和需求进行了各自的研发，现已得到了广泛的应用[1~3]。
2.钛及钛合金的特点钛及钛合金具有许多优良特性,主要体现在如下几个方面：(1)比强度高。
钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686~1 176 MPa,而密度仅为钢的60%左右,所以比强度很高。
(2)硬度较高。
钛合金(退火态)的硬度HRC为32~38。
(3)弹性模量低。
钛合金(退火态)的弹性模量为1.078@105~1.176@105MPa,约为钢和不锈钢的一半。
(4)高温和低温性能优良。
在高温下,钛合金仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽,目前新型耐热钛合金的工作温度可达550~600e;在低温下,钛合金的强度反而比在常温时增加,且具有良好的韧性,低温钛合金在-253e时还能保持良好的韧性。
(5)钛的抗腐蚀性强。
钛在550e以下的空气中,表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中,其耐蚀性优于大多数不锈钢。
此外,钛还具有形状记忆、吸氢、超导、无磁、低阻尼等优良特性。
纯钛及钛合金与其他材料有关性能的对比见表1。
3.钛及钛合金的研究进展1954 年美国成功研制出第一个实用钛合金Ti-6Al-4V，由于其具有优异的综合性能，成为钛合金中的王牌合金[1]。
航空材料钛及钛合金的特性及发展趋势
1所示。
图1不同元素对相变温度的影响[3]钛密度为4.5g/cm3，属于轻金属，熔点为1669℃，化学活性大，容易与空气中的氧发生反应生成致密的氧化膜，阻止进一步氧化，高温时，反应剧烈，氧化膜脱落会加速反应速度，所以，在钛合金的制备过程中，真空或气体保护是非常必要的。
钛合金作为应用广泛的结构材料，比铝、钢强度高，而且在海水中有较好的抗腐蚀和耐低温的性能。
目前，飞图2α-Ti和β-Ti晶胞结构（a）α-Ti（b）β-Ti钛合金组织有α型、α+β型、β型三种结构，对应的符号为TA、TC、TB。
2.1α型钛合金α钛合金是单相合金，其组织是α相固溶体，符号用表示。
合金的主要元素为中性元素或α稳定元素，Al、Sn、Zr等，基本不含β稳定元素。
工业纯钛，组织均α相，属于典型的α型钛合金。
α型钛合金的抗氧化能力和切削加工性能良好，其强度和蠕变抗力在500~600℃范围内仍可维持，缺点是无法实行热处理工艺进行强化，室温的强度相对较低，退火后的强度变化量很小或基本无变化。
———————————————————————作者简介:黄文君（1990-），女，河南许昌人，助教，硕士，研究方向为机械工程材料。
抗缺口敏感性，缺点是断裂韧性，蠕变性能相对较差。
图3钛合金典型的显微组织[9]（b ）双态组织（d ）等轴组织（a ）魏氏组织（b ）网篮组织4展望随着科技的进步和现代工业的发展，钛合金在军工和民用领域的应用也越来越广泛，在汽车行业，钛合金的应用不仅能减重，更能满足环保的要求，未来航空航天和推力系统需要钛合金材料具有更小的密度，更高的强度、工作温度和弹性模量，对材料性能的要求也逐渐提高，高强度、高硬度、高耐热性的材料越来越受各领域的青睐，优质轻型金属材料的钛合金必将代替部分传统的材料，既减轻质量，又降低成本，达到降低能源消耗的目的，因此高性能钛合金的研究已成为重要的发展方向，相信随着发展的需要，钛合金在我国的市场前景会越来越好。
钛及钛合金的应用
钛及钛合金的应用钛及钛合金是当今世界上最为具有前途的材料之一，因其优异的物理化学性质和良好的生物相容性，已经在航空、航天、医疗器械、化工、纺织、船舶、汽车、电子等领域广泛应用。
本文将介绍钛及钛合金的特性、加工及应用。
一、钛及钛合金的特性1.优异的机械性能：钛及钛合金的比强度、比刚度高于其他金属材料，弹性模量与钢相仿，但比钢轻近一半，同时具有良好的抗腐蚀性和高温抗氧化性能。
2.良好的生物相容性：由于金属表面的钝化膜和生物组织的相似性，钛及其合金在医疗领域应用广泛，能够与人体组织良好地结合，产生较少的副作用和排异反应，目前已广泛应用于人工关节、牙科、外科、整形手术等领域。
3.优秀的耐蚀性：钛及其合金具有良好的耐腐蚀性，能够在强酸、强碱、高盐或高温等较恶劣的环境中使用，并保持良好的物理化学性能。
二、钛及钛合金的加工钛及钛合金的加工比较困难，因为其化学稳定性比较强，强度较高且属于非常难切的金属材料。
因此，钛及其合金的加工需要采用特殊设备和工具，并且在加工过程中需要保证工作环境的洁净和干燥，以避免金属表面的氧化和污染，从而保证产品的质量和性能。
钛及钛合金的加工方法包括：锻造、轧制、拉伸、挤压、冲压等，此外钛及钛合金还可以采用CNC精密加工、电解抛光、光学加工等高端加工方法。
采用这些加工方法能够保证其精度高、表面光洁度好，能够满足不同领域中对材料性能要求的不同需求。
三、钛及钛合金的应用1.航空、航天领域：由于钛及钛合金的比重轻、机械强度高、抗腐蚀性强、及高温抗氧化性等优点，已经在航空、航天领域广泛应用，例如飞机机身、导弹发动机、卫星外壳等。
2.医疗器械领域：钛及钛合金在医疗器械领域应用广泛，例如人工关节、康复设备、牙科植体、眼科手术器械等。
3.化工领域：在化工领域中的应用主要体现在防腐蚀、高温、高压的设备等如化工催化剂、电解槽、填料等。
4.纺织、船舶、汽车等领域：钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性和高温性能，可以用于制造纺织用染色罐、船舶用装饰件和汽车的排气管和消音器等。
钛合金的简介
钛是伴生金属元素
工业上生产金属钛的主要化学反应有两个：先用金红石矿中的二氧化 钛与碳、氯气，在高温达800～900℃的条件下，反应生成四氯化钛； 再用金属镁与四氯化钛，在600～800℃的温度及惰性气体的保护下 （钛化学活性非常大，易于空气发生剧烈化学反应）反应生成金属钛。
优良性能
强度高 钛合金的密度一般在4.5g/cm³左右，仅为钢的60％，若按单位
重量的强度（称比强度）测定，钛合金是铝合金的1.3倍，镁合金的1.6 倍，不锈钢的3.5倍，是所有金属材料中的冠军。热强度高 使用温度比铝合金高几，可在450～500℃的温度下长期
工作 。
抗蚀性好 耐酸、耐碱、耐大气腐蚀，对点蚀、应力腐蚀的抵抗力特别
钛和钛合金简介
Presentation
主讲：### 组员：### ### ### ###
试验班
◆在介绍钛合金之前，我们先来了解下 面几个问题。
什么是钛？什么是钛合金 钛合金的性能有哪些 钛合金的分类 钛合金的应用
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Titanium
1791年，英国牧师格累高尔发现了一 种新元素。1795年，法国化学家克拉 普罗特以日耳曼神话中女神坦的名字 为它命名“Titanium”，译成中文就 是“钛”。从此，钛便进入了科学家 的实验室。
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分类
α型钛合金主要加入元素是Al，其次是中性元素Sn和Zr，起固溶强化作用。
在退火状态下的室温组织是单相α固溶体。 α型钛合金的牌号与工业纯钛相同，均划入TA系列。 α型钛合金不能进行热处理强化，热处理对于它们只是为了消除应力或消除 加工硬化。 β型钛合金: 合金加入了大量的多组元β相稳定元素，主要元素为铬、钴、锰、钨 、铁、镍、钽等，同时还加入α相稳定元素Al。应用的β型钛合金主要为亚稳定 的β钛合金，退火状态为α+β两相组织，将其加热到β单相区后淬火，因α相来不 及析出而得到的过饱和的β相，称为亚稳β相。
钛及钛合金全解
3 钛合金－分类、牌号 按组织类型分： α（用TA表示）：全α、近α和α+化合物合金 。以铝、锡、 锆为主要合金元素，在近α型钛合金中还添加少量β稳定化元 素，如钼、钒、钽、铌、钨、铜、硅等 β（用TB表示）：热力学稳定型β合金、亚稳定β型合金和 近β型合金 α＋β（用TC表示）：以Ti-Al为基再加适量β稳定元素 TA4 Ti-3Al TA7 Ti-5Al-2.5Sn TA8 Ti-5Al-2.5Sn-3Cu-1.5Zr TC1 Ti-2Al-1.5Mn TC3 Ti-4Al-4V TC4 Ti-6Al-4V TC6 Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si TB2 Ti-5Mo-5V-3Cr-3Al
钛及钛合金
2 纯钛
⑴密度小，比强度高：钛密度为4.51g/cm3，约为钢或镍合金的一半。比强度 高于铝合金及高合金钢。 ⑵导热系数小：钛的导热系数小，是低碳钢的五分之一，铜的二十五分之一。 ⑶无磁性，无毒：钛是无磁性金属，在很大的磁场中不被磁化，无毒且与人体 组织及血液有很好的相容性。 ⑷抗阻尼性能强：钛受到机械振动及电振动后，与钢、铜相比，其自身振动衰 减时间最长。 ⑸耐热性佳：因熔点高，使得钛被列为耐高温金属。 ⑹耐低温：可在低温下保持良好的韧性及塑性，是低温容器的理想材料。 ⑺吸气性能高：钛的化学性质非常活泼，在高温下容易与碳、氢、氮及氧发生 反应。 ⑻耐蚀性佳：在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附著力强、 惰性大的氧化膜，保护钛基体不被腐蚀。
3 钛合金－合金化
与α和β均形成连续固 溶体相图： 锆、铪与钛同族， 有相同晶体结构和同素 异晶转变，与α-Ti及 β-Ti形成连续固溶体。
3 钛合金－合金化 与β-Ti无限互溶，与α-Ti有限溶解的相图： 钒、铌、钽、钼 都为体心立方结构，与β-Ti同晶，称为β 同晶元素。降低相变点，稳定β相。 组元达到一定浓度值后，高温β相可稳定 到室温，对应这一浓度值称为临界浓度Ck。 Ck反映合金元素稳定β相能力大小，其值越小 稳定β相能力就越大。稳定β相能力按钼、钒、 钽、铌次序递减。 加入这类元素的钛合金组织稳定性好， 不会发生共析转变或包析转变，同时能强化β 相，并保持良好的塑性。
钛合金的特点和主要用途
钛合金的特点和主要用途钛合金是一种以钛为主要成分的合金材料，具有很多独特的特点，使其在各个领域得到广泛应用。
以下是钛合金的主要特点和用途。
1.优异的强度与重量比：钛合金具有较高的强度和刚性，与其他金属相比，其重量轻很多。
这使得钛合金在航空航天、汽车和运动器材等领域中得到广泛应用。
在航空航天领域，使用钛合金可以降低飞机或火箭的重量，提高燃料效率和载荷能力。
2.优异的耐腐蚀性能：钛合金具有优异的耐腐蚀性能，能够在酸、碱、盐等各种恶劣环境下稳定工作。
这使得钛合金成为化工、海洋、生物医学等领域中耐腐蚀设备和部件的理想选择。
3.良好的生物相容性：钛合金对人体组织具有良好的生物相容性，在医学领域应用广泛。
例如，钛合金可用于制造生物人工关节、植入体和牙科修复材料等，对人体几乎没有不良反应。
4.抗疲劳、抗热疲劳性能优异：钛合金具有出色的抗疲劳和抗热疲劳性能，在高温或高压工作环境下仍能保持稳定的性能。
这使得钛合金成为航空航天、汽车发动机和石油化工等重要部件的首选材料。
5.高纯度和优良的熔点：钛合金具有高纯度，可以通过化学提纯的方法得到纯度达到99.9%以上的钛合金。
此外，钛合金的熔点相对较高，可以达到1668℃，使其在高温环境中具有较好的稳定性。
6.易于加工和成型：虽然钛合金比较硬，但由于其良好的可塑性和可锻性，使其比其他金属更容易加工和成型。
钛合金可通过各种方式进行加工，包括锻造、挤压、轧制、拉伸、旋压和锻压等。
这使得钛合金在各种领域中成为制造复杂结构和特殊形状件的理想选择。
根据以上特点，钛合金在各个领域都有广泛的应用。
主要领域包括：1.航空航天领域：钛合金在航空航天领域中用于制造飞机结构件、发动机部件、导弹、火箭等。
其优异的强度和重量比能够降低飞机的重量，提高燃料效率和飞行性能。
2.汽车工业：钛合金在汽车制造中用于制造车身结构件、发动机零部件和悬挂系统等。
由于钛合金的强度和刚性较高，以及抗疲劳性能优异，可以减少车辆的重量，提高安全性和燃油效率。
《钛及钛合金》课件
熔盐法是利用四氯化钛和镁在 高温下反应生成钛和镁的混合 物，再经分离、精炼得到纯钛
。
真空法是利用四氯化钛和氢气 在高温、真空条件下反应生成 钛和氯化氢，再经精炼得到纯
钛。
钛合金的熔炼工艺
钛合金的熔炼方法主要有真空熔 炼和电渣重熔两种。
真空熔炼是利用真空条件下的高 温熔炼技术，将各种金属元素熔
化并混合均匀，形成钛合金。
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轧制是将钛及钛合金的金属坯料在轧机中经过多道次的轧 制，使其逐渐变形、延伸，最终形成所需规格的板材、管 材等。
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挤压是将钛及钛合金的金属坯料放入挤压机中，通过施加 压力使其从模具孔中流出，形成所需形状和尺寸的型材。
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拉拔是将钛及钛合金的金属坯料在拉拔机中进行拉伸，使 其截面减小、长度增加，最终形成所需规格的棒材、动钛及钛合金领域的进步与发展。
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《钛及钛合金》ppt课件
目录
• 钛及钛合金简介 • 钛的物理与化学性质 • 钛合金的种类与特性 • 钛及钛合金的生产工艺 • 钛及钛合金的应用案例 • 未来展望与研究方向
01
钛及钛合金简介
钛的发现与特性
钛的发现
钛元素由英国化学家格雷戈尔于 1791年首先发现，而钛金属在19 世纪末才开始被用于工业生产。
钛的特性
钛是一种银白色的过渡金属，具 有低密度、高熔点、良好的耐腐 蚀性和优异的力学性能等特性。
钛合金的种类与特性
钛合金的种类
根据钛与其他元素的组合，钛合金可 以分为α型、β型和α+β型三类。
钛合金的特性
钛合金具有高强度、良好的耐腐蚀性 和疲劳性能，以及较低的弹性模量， 使其在航空、航天、医疗等领域得到 广泛应用。
钛及钛合金的焊接性
钛及钛合金的焊接性简介钛及钛合金是一种具有优异性能的金属材料，其在航空航天、化工、医疗等领域有着广泛的应用。
然而，由于其特殊的化学特性和高熔点，钛及钛合金的焊接性相对较差。
本文将介绍钛及钛合金的焊接性能，包括它们的焊接方法、焊接材料以及焊接工艺参数等方面的内容。
1. 钛及钛合金的化学特性钛及钛合金具有以下化学特性： - 高熔点：钛的熔点约为1668℃，比绝大多数金属材料都要高。
- 强氧化性：钛具有很强的氧化性，容易与空气中的氧发生反应生成氧化钛，从而影响焊接质量。
- 低热导率：钛的热导率较低，导致焊接过程中热量聚集较大，容易产生焊接变形和残余应力。
2. 焊接方法钛及钛合金的焊接方法主要包括以下几种： - 气体保护电弧焊：气体保护电弧焊是一种常用的焊接方法。
在此方法中，钛及钛合金的焊接区域通过惰性气体（如氩气）进行保护，以防止氧与钛反应。
根据电弧是否直接接触工件，气体保护电弧焊可分为两种形式：非等离子弧焊和等离子弧焊。
- 电阻焊接：电阻焊接是一种将两个钛片或钛合金片通过压力和电流形成焊接接头的方法。
该方法适用于薄板材焊接，可以实现高强度、高气密性的焊接。
- 激光焊接：激光焊接是一种高能量密度焊接方法，可以实现高精度且无接触的焊接。
由于激光焊接具有快速加热和冷却的特点，因此可以减少热输入和热影响区域，从而降低焊接变形和残余应力。
3. 焊接材料钛及钛合金的焊接材料包括焊条、焊丝和焊剂。
选择合适的焊接材料对于实现良好的焊接质量至关重要。
- 焊条：钛及钛合金的焊条通常包括钛合金芯材和焊剂。
焊剂在焊接过程中起到保护气氛、清除氧化物和提供容量等作用。
常用的焊条有纯钛焊条和钛合金焊条。
- 焊丝：钛及钛合金的焊丝用于气体保护电弧焊和激光焊接等方法。
焊丝要具有良好的流动性和抗氧化性，并且与基材的化学成分相匹配。
- 焊剂：焊剂在焊接过程中起到清除氧化物、降低熔点和提供容量的作用。
常用的焊剂有钛酸钠、硼酸钠等。
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钛及钛合金的特性、用途
纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。
钛的密度为4.54g／cm3，比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。
机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。
钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K，比钢高近500K。
钛属于化学性质比较活泼的金属。
加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。
但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。
因此，一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。
钛合金的用途：钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。
钛合金的性能：钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。
99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3，熔点为1800℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
(1)比强度高钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。
因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。
目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。
(2)热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。
钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。
(3)抗蚀性好钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。
但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。
(4)低温性能好钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。
低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。
因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。
(5)化学活性大钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。
含碳量大于0.2％时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。
吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15 mm，硬化程度为20％～30％。
钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。
(6)导热系数小、弹性模量小，钛的导热系数λ=15.24W/（m.K）约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50％。
钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的2～3倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。