钛金属的主要物理性能

精心整理

第2章

2．1钛的基本性质C1～8]

工业纯钛

钛的矿物在自然界中分布很广，处于分散状态，主要形成矿物钛铁矿Fe—

TiO3、金红石TiO2及钒钛铁矿等，约占地壳重的0．6％，在金属世界里排行

第7，含钛的矿物多达70多种，在海水中含量是1Ug／L，在海底结核中也含

有大量的钛。钛的基本性质主要包括以下几个方面。

2．1．1物理性质

纯净的钛是银白色金属，具有银灰色光泽。钛属难熔金属，原子序数为

22，。相对原子质量为47．90，位于周期表ⅣB族。

钛有两种同素异构体，。—Ti在882'C以下稳定，为密排六方晶格(hcp)

结构；p

‘＝0．

1／7

│e—

比密度

续表

2．1，2

兼有钢(

工业纯钛在冷变形过程中，没有明显的屈服点，其屈服强度与强度极限接

近，在冷变形加工过程中有产生裂纹的倾向，工业纯钛具有极高的冷加工硬化

效应，因此可利用冷加工变形工艺进行强化。当变形度大于20％～30％时，

强度增加速度减慢，塑性几乎不降低。

；钛的屈服强度与抗拉强度接近，屈强比(do．2／db)较高，而且钛的弹性模

量小，约为铁的54％，成形加工时回弹量大，冷成形困难。有时利用这一特

性，将钛合金作为弹性材料使用[11’12]，但是，高弹钛合金多属。+p(或近a)

合金，具有六方晶系结构，其物理性能呈强的各向异性，如弹性模量绕c轴呈对

称分布，c轴方向弹性模量为14313GPa，底面各取向的弹性模量为10414GPa，

因此需要仔细考虑合金板材的各向异性、弹性模量以及合金织构与弹性各向异

性之间的关系，通过合金化与工艺的调整，有目的地控制织构与弹性各向异性

以满足设计和使用要求。图2—1所示为钛单晶弹性模量取向分布[13]。

图2·1钛单晶弹性模量取向分布(单位：GPa)

工业纯钛与高纯钛(99．9％)相比强度明显提高，而塑性显着降低，二者

的力学性能数据列于表2—2。

衰2-2纯钛的力学性能

┌─────────┬─────┬─────┬──────────┬─────┬──────┐

│性能│高纯钛│工业纯钛│性能│高纯钛│工业纯钛│

├─────────┼─────┼─────┼──────────┼─────┼──────┤

600

表2-3

┌──────┬──────┬───────┬─────┬────┐

│温度／℃│fb／MPa│Oo．2／MPa│f／％│矽％│

├──────┼──────┼───────┼─────┼────┤

│20│520│400│24│59│

├──────┼──────┼───────┼─────┼────┤

│—196│990│750│44│68│

├──────┼──────┼───────┼─────┼────┤

│—253│1280│900│29│64│

├──────┼──────┼───────┼─────┼────┤

│—269│1210│870│35│58│

└──────┴──────┴───────┴─────┴────┘2．1．3化学性能

工业上大量应用的工业纯钛纯度约为99．5％，钛在淡水和海水中有极高

的抗蚀性，在海水中的抗蚀性比铝合金、不锈钢和镍基合金都好。钛与氧形成

高化学稳定性的致密的氧化物保护膜，因而在低温和高温气体中具有极高的抗

蚀性。在室温条件下，钛不与氯气、稀硫酸、稀盐酸、硝酸和铬酸作用，在碱

溶液和大多数的有机酸和化合物中抗蚀性也很高，但能被氢氟酸、磷酸、熔融

辕侵蚀。

钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向

大。但实际上钛在许多介质中很稳定。如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质

中是耐腐蚀的，这是因为钛和氧的亲和力大，在空气中或含氧介质中，钛表面

50

0．000

2．2

衰2-4

││_

│硬度

└──────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┘

/

构材料。钛中杂质的存在，对其机械性能影响极大，特别是间隙杂质（氧、氮、碳）可大大提高钛的强度，显着降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。

化学性质

钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。各种元素，按其与钛发生不同反应可

分为四类：

第一类：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物；

第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体；

第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体；

第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外），锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。

*

◇HF

Ti＋4HF

◇HCl

<5%

(4);

Ti＋4HCl＝TiCl4＋2H2＋94.75千卡(3)2Ti＋6HCl＝TiCl3＋3H2(4)

◇硫酸和硫化氢

钛与<5%的稀硫酸反应后在钛表面上生成保护性氧化膜，可保护钛不被稀酸继续腐蚀。但>5% 的硫酸与钛有明显的反应，在常温下，约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快，当浓度大于40%，达到60%时腐蚀速度反而变慢，80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸