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鈦及鈦合金的十大特性

1-1:密度小、強度高、比強度大:鈦的密度是:4.51g/cm3,為鋼的57%,只是鋼的一半多一點,不到鋁的兩倍,強度比鋁大三倍。鈦合金的比強度是常用工業合金中最大的,鈦合金的比強度是不銹鋼的3.5倍,是鋁合金的1.3倍,是鎂合金的1.7倍,所以是宇航工業必不可少的結構材料。鈦與其他金屬密度和比強度的比較表見表1-1.

表1-1 鈦與其他金屬密度和比強度的比較

金屬

鈦(合金)

鋁(合金)

鎂(合金)

高強度鋼

密度/g/cm3

4.51

7.87

2.7

1.74

-

比強度

(29)

-

(21)

(16)

23

  

  1-2耐腐蝕性能優異:鈦的純性取決于氧化膜的存在,它在氧化性介質中的耐腐蝕性比在還原性介質中要好得多,在還原性介質中能發生高速率腐蝕。鈦在一些腐蝕性介質中不被腐蝕,如海水.濕氯氣.亞硝酸鹽及次氯酸溶液.硝酸.鉻酸.金屬氯化物以及有機酸等。可是,在鈦反應產生氫的介質(例如鹽酸和硫酸)中,鈦通常具有較大的腐蝕率。但如果在酸中加入少量的氧化劑會使鈦形成一層鈍化膜。所以在硫酸-硝酸或鹽酸-硝酸的混合液里,甚至在含游離氯的鹽酸中,鈦都是耐腐蝕的。鈦的保護氧化膜經常是當金屬碰到水時形成的,即使少量的水或以蒸氣存在也能形成。如果把鈦暴露于完全沒有水的強氧化性環境里,就能發生快速氧化并產生劇烈的,常常出現自燃反應。鈦與含過量氧化氫的發煙硝酸以及鈦與干氯氣的反應就發生過這類行為。然而要預防發生這類狀態下的反應,必須要有一定量的水分。


  1-3鈦合金耐熱性能好: 通常鋁在150℃,不銹鋼在310℃即是去了原有較高的力學性能,而鈦合金在500℃左右扔保持良好的力學性能。飛機速度達到音速的2.7倍時,飛機結構表面溫度達到230℃,鋁合金和鎂合金已不能使用,而鈦合金則能滿足要求。鈦的耐熱性能好,它適用于航空發動機壓氣機的渦輪盤和葉片以及飛機后機身的蒙皮。


  1-4鈦合金低溫性能好:某些鈦合金(如Ti-5Al-2.5SnELI)的強度隨溫度的降低而提高,但是塑性降低得不多,在低溫下扔有較好的延性及韌性,適宜在超低溫下使用。可以用于液氫.液氧火箭發動機上,或在載人飛船上做超低溫容器和儲存箱。


  1-5鈦合金無磁性:鈦合金無磁性,它用于潛艇殼體,不會引起水雷的爆炸。


  1-6鈦合金導熱系數小:鈦與其他金屬的熱導率比較見表1-2


  1-2 鈦與其他金屬的熱導率比較


金屬

Ti

Al

Fe

Cu

熱導率/E.(m.K)

17

212

85

255



  1-2耐腐蝕性能優異:鈦的純性取決于氧化膜的存在,它在氧化性介質中的耐腐蝕性比在還原性介質中要好得多,在還原性介質中能發生高速率腐蝕。鈦在一些腐蝕性介質中不被腐蝕,如海水.濕氯氣.亞硝酸鹽及次氯酸溶液.硝酸.鉻酸.金屬氯化物以及有機酸等。可是,在鈦反應產生氫的介質(例如鹽酸和硫酸)中,鈦通常具有較大的腐蝕率。但如果在酸中加入少量的氧化劑會使鈦形成一層鈍化膜。所以在硫酸-硝酸或鹽酸-硝酸的混合液里,甚至在含游離氯的鹽酸中,鈦都是耐腐蝕的。鈦的保護氧化膜經常是當金屬碰到水時形成的,即使少量的水或以蒸氣存在也能形成。如果把鈦暴露于完全沒有水的強氧化性環境里,就能發生快速氧化并產生劇烈的,常常出現自燃反應。鈦與含過量氧化氫的發煙硝酸以及鈦與干氯氣的反應就發生過這類行為。然而要預防發生這類狀態下的反應,必須要有一定量的水分。


  1-3鈦合金耐熱性能好: 通常鋁在150℃,不銹鋼在310℃即是去了原有較高的力學性能,而鈦合金在500℃左右扔保持良好的力學性能。飛機速度達到音速的2.7倍時,飛機結構表面溫度達到230℃,鋁合金和鎂合金已不能使用,而鈦合金則能滿足要求。鈦的耐熱性能好,它適用于航空發動機壓氣機的渦輪盤和葉片以及飛機后機身的蒙皮。


  1-4鈦合金低溫性能好:某些鈦合金(如Ti-5Al-2.5SnELI)的強度隨溫度的降低而提高,但是塑性降低得不多,在低溫下扔有較好的延性及韌性,適宜在超低溫下使用。可以用于液氫.液氧火箭發動機上,或在載人飛船上做超低溫容器和儲存箱。


  1-5鈦合金無磁性:鈦合金無磁性,它用于潛艇殼體,不會引起水雷的爆炸。


  1-6鈦合金導熱系數小:鈦與其他金屬的熱導率比較見表1-2


  1-2 鈦與其他金屬的熱導率比較


金屬

Ti

Al

Fe

彈性模量/Gpa

108

72

196



  1-8 抗拉強度與屈服強度接近:Ti-6Al-4v鈦合金抗拉強度為960Mpa,屈服強度為892Mpa,兩者之間相差只有58Mpa.


  鈦與其他金屬在抗拉強度和屈服強度之間的比較見表1-4


強度

鈦合金(Ti-6Al-4v)

18-8不銹鋼

鋁合金

抗拉強度/Mpa

960

608

470

屈服強度/Mpa

892

255

294


  1-9鈦在高溫下容易被氧化:鈦同氫.氧的結合力強,要注意防止氧化和吸氫。鈦材焊接要在氬氣的保護下進行,防止污染。鈦管與薄板要在真空下熱處理,鈦鍛件在熱處理時要控制微氧化性氣氛。


  1-10鈦合金抗阻尼性能低:用鈦及其他金屬材料(銅,鋼)制成形狀和大小全完一樣的鐘,用同等的力把每個鐘敲一下就會發現,用鈦作的鐘振蕩起來聲音持續的時間長,即通過敲擊給予鐘的能量不容易消失。


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