钛及钛合金精品PPT课件

再把纯 TiCl4 分离出来，得到纯净的液态TiCl4。
第三步：用镁或钠还原TiCl4 ，得到海绵钛。
据国外报导，目前采用钠还原技术的工厂已大多被 淘汰，这是由于用镁还原技术可以得到纯度极高的 产品，能够生产低成本粉末：
TiCl4＋2Mg→←MgCl2+Ti
海绵钛是多孔金属，易吸收空气中的水分、氧气、 氮气，因此海绵钛必须用铁桶密封包装。海绵钛中 含有各神杂质元素，用镁还原的海绵钛的杂质含量 见表11-1和表11-２。
（3）具有优良的耐蚀性，在室温下就能很快生 成一层具有极好保护性的钝化层（TiO2）。它 仅有纳米尺度，室温下长大极慢。许多介质中， 钛的耐蚀性极高；但在还原性介质中差一
些，不过可以通过合金化改善。 （4）钛的低温性能很好，在液氮温度下仍有
良好的机械性能，强度高而仍保持有良好的塑 性及韧性。 （5）弹性模量较低 （120GP），约为铁的 54％。 （6）导热系数及线胀系数均较低。其导热系 数铁低4.5倍，使用时易产生温度梯度及热应 力，不过，线胀系数低可补偿因导热系数低带 来的热应力问题。
生产高纯钛可以采用碘化法，原理是利用金属碘化 物的高温分解温度不同的特性来提纯，杂质含量降 至很低水平（表11-1和表11-2）。
电解精炼钛是以粗钛做阳极，在700～850℃熔盐 中电解精炼，粗钛阳极溶解，纯钛在阴极沉淀，得
到的金属纯钛杂质含量小于0．2％
第二节 钛合金物理冶金基础
一、钛合金二元相图
低，β相会发生共析分解，析出α相及金属间
化合物相。共折反应的速率随元素而异，铜、
硅等合金化时，共析转变快，析出 TiCu2、
以钛为基的二元合金相图大致可分为 四类，见图11-la～d。
a）合金兀素与α-Ti及β-Ti 形成连续 固溶体（图11- 1a），锗、铪等元素的 性质与Ti极相近，原子半径差别也不大， 因此可以形成连续固溶体。
b）合金元素与β-Ti形成连续固溶体，而与α-Ti只 形成有限固溶体（图11- 1b），这类元素扩大β 相区，缩小α相区，降β相→α相的相变温度，称 为β相稳定元素。钛在周期表中的近邻，如钒、铌、 钽、铼、钼属于这一类．它们也是b.C.C结构．原 子尺寸也相差不大。
第一章 钛及钛合金
钛及钛合金发展至今，已有50多年历史，由于它具有 很高的比强度和耐蚀性，是世界各国大力发展的轻金 属材料。世界市场每年需求4～5万t钛及钛合金。美 国是最大的钛消费国。1994年用于军事宇航约 3200t，用于非军事商业宇航约7700t，用于非宇航 业约4800t，总共约15700t。日本则注重发展钛的 耐蚀性应用，1994年总共消费4241t，耐蚀性商业 纯钛占3773t，以应用其高比强度为主的结构材料钛 合金只占468t，其中宇航应用的钛合金只占32. 7％， 非宇航用钛合金占67.3％，这其中又以消费品为主 （占三分之二），例如运动用消费品是很重要的钛合 金产品。日本由于大力发展非宇航用钛及钛合金，每 年钛合金需求量预计不断增加，可达550t。我国钛和 钛合金发展始于20世纪50年代中期，1995年国外报 道已具有生产2700t海绵钛和3600t钛及钛合金锭材 的能力。
由于钛及钛合金具有优异的性能，各国都在大力发
展生产，专家估计目前世界钛及钛合金的生产能力 已超过消费需求量的2～2.5倍（包括海绵钛及钛合 金熔炼能力），因而钛及钛合金世界市场竞争剧烈，
各国都在努力提高质量、降低成本，一些老的技术 已被淘汰。欧洲已关闭 Deeside Titanium钛厂， 并不再生产海绵钛。与此同时，钛合金的发展却在
大力进行，美国注重宇航用钛合金及其他各方面应
用，同时开发新的应用领域；日本则注重发展非宇 航领域用新型钛合金。
本章着重介绍现代钛合金的基础理论和钛合金
的发展。
第一节 钛的恃性及钛冶金基础 一、钛的基本性质 （1）钛存在两种同素异构体α及β。 α-Ti
在882℃以下稳定，具有h.c.P.结构。 β-Ti稳 定于882℃～熔点1678℃，具有体心立方结 构。 （2）钛的体积质量小（4.51g／cm3）， 比强度高，熔点高，塑性好，虽然其强度随温 度升高而下降，但其比强度高的特性仍可保持 到550～600℃。与高强合金相比，相同强度 水平可降低重量 40％以上，因此在宇航上有 巨大应用潜力。
第二类合金元素（锡、锆）等能有效强化α相，它们 在α-Ti和β-Ti中均有大的固溶度，但对α相→β相相 变温度影响较小，故有中性强化元素之称。它们的
强化作用也可保持到较高温度。
第三类是β相稳定元素，一般是降低β相转变 温度。它又可以分为两小类：
第一小类是产生β相共析分解的元素，如
铬、锰、铁、铜、镍、钴、钨等。随温度降
二、钛冶金基础
钛矿的存在形式是金红石（TiO2）及钛铁
共生矿（FeO-TiO2）。在我国还有钒钛铁矿。
目前，生产金属钛都采用钛的氯化物热还原法。
第一步：将钛铁精矿制成球团，再还原成高钛渣 （ w（TiO2）＞90％）。FeO则还原得出铁副 产品。
第二步：进行氯化．生成亚TiCl4:
TiO2＋C＋Cl2→←TiCl4＋2CO
C）此类合金元素与β-Ti、α-Ti都形成有限固溶体， β相会发生共析分解，如图11-1C。这类元素有铬、 钴、钨、锰、铁、镍、铜、银、金、钯、铂等。 它们使β相由转变温度下降，所以也属于稳定β相元素。
D ）合金元素与α-Ti、β-Ti都形成有限固溶体，但 α相由包析反应生成（图11-1d，e），使β相转变 温度升高，因而是α相稳定元素。主要元素有铝、 硼、氧、氮、碳、钪、镓、镧、铈、轧、l钕、锗 等，其中氮、氧属于图 11-1d类简单的包晶相图
二、主要合金元素与相的形成
现有钛合金中的主要合全元素有钒、钼、铌、
铬、铜、锰、铝、锆、锡及钽等．可以分为三类：
第一类是α相稳定元素，能提高α相→β相转变温度。
铝是最常见的、最有效的α相强化元素，能有效提高 低温和高温（550℃以下）的强度，同时铝的密度 小，因此铝是钛合金中的一个基本合金元素。