材料科学新进展结课论文

Ti在地壳中的丰度为0.56%,在所有按元素中居第9位,而在可作为结构材料的金属中居第4位,仅次于Al、Fe、Mg,其储量比常见金属Cu,Pb,Zn储量的总和还多。我国钛资源丰富,储量为世界第一。钛合金的密度小,比强度、比刚度高,抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好,具有优良的综合性能,是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。近年来,世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展,海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平,在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛,在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。

钛及钛合金的特性

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。

3 钛合金在主要领域的发展及应用

3.1 钛合金在军事工业上的发展及应用

钛最早应用就是为军事航空工业提供高性能材料。随着各国军事工业的发展，钛的应用领域被不断拓宽。至今，钛已在航空航天、核能、舰船、兵器等诸多领域获得越来越多的应用，成为重要的战略金属材料。其应用水平也成为衡量一个国家武器装备先进程度，反映一个国家的军事水平和军事实力的重要指标。钛在军事工业上使用，主要是基于钛及钛合金具有的优异性能：质量轻、比强度高、

耐高温、耐腐蚀性好，另外可与复合材料结构匹配。除上述特性外，钛还具有高韧性、高弹性、无磁等诸多优点。这些都为钛在军事工业中的应用提供了可选择的条件。

3.2 钛合金在生物医学上的应用

生物医用材料是材料科学的一个重要分支，是用于诊断、治疗或替代人体组织、器官或增进其功能、具有高技术含量和高经济价值的新型载体材料，是材料科学技术中一个正在发展的新领域。钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料。钛及其合金凭借优良的综合性能，成为人工关节、骨创伤用品等医用内植入产品的首选材料。

3.3 钛合金在民用领域的应用

3.3.1 钛合金在自行车行业的应用

作为制作高档自行车架的材料应具有较高的强度和硬度，钛合金将是一种极好的选择。不仅其质量仅为钢的 50%，且强度质量比比铬钼钢高 28.4%。作为应用在自行车架上的高强度低密度的钛合金材料，它不仅会让车架质量轻、强度高，而且会让车架更经久耐用。

3.3.2 钛合金在汽车行业的应用

钛制品应用势头发展迅猛的一行业是汽车业。目前，汽车发动机气门、连杆、曲轴、排气管、悬簧、消音器、车体和紧固件等，都用上了钛或钛合金。随着钛产品进一步开发和应用，钛制零部件对提高汽车性能、档次、舒适性等将发挥越来越大的作用。

3.3.3 钛合金在体育行业的应用

钛在体育用品中的应用，从最早的网球拍、羽毛球拍到最近几年广泛使用的高尔夫球头、杆以及赛车等，使人们对钛的认识提高了一大步。现在最常在市场出售的钛制品是网球球拍，主要是将以纯钛制的网埋入球拍框架内的方式来使用钛材，在利用钛的回弹力增强击球效果等新用途上备受关注。登山用具和滑雪板登山用具向着比较容易携带，即轻量化、小型化的方向发展。具有比重轻、比强度大、在低温下冲击值不降低等特性的钛，作为优越的登山用具材料，已广泛使用。勤劳的蜜蜂有糖吃