钛及钛合金简介
钛及钛合金基础知识
钛及钛合金基础知识
1．钛及其合金的性能
纯钛的密度为4.5 g/cm3，熔点为1 668℃。
钛及其合金具有很多的优点，如抗蚀能力强，尤其是抗海水及其抗蒸汽腐蚀能力比铝合金、不锈钢和镍合金还高；在各种浓度的硝酸和铬酸中以及稀硫酸、苛性碱溶液中的稳定性好；焊接性好，低温韧性好，强度低，塑性好；易于冷压力加工。
但是，其工艺性和切削加工性很差，冷变形易开裂，在热加工时易吸收氢、氧、氮及碳等杂质，导致塑性和冲击韧性降低，为热加工（铸、锻、焊、热处理）带来不少麻烦。
2．钛合金分类、特性及应用
钛合金按其退火后的组织可分为3个类型：α型、β型和α+β型。
(1) α型钛合金α型钛合金所含的合金元素主要为铝和锡。
当温度在400℃以下时，它的总体性能较好，组织稳定，焊接性能好，焊缝韧性高。
但强度不高，也不能热处理强化。
因此，它通常用于制造350℃以下经冲压或焊接成形的零件。
(2) β型钛合金β型钛合金能进行热处理强化，焊接性及压力加工性也比较好。
但总体性能不稳定，冶炼工艺也较复杂，所以目前不常用。
(3) α+β型钛合金α+β型钛合金的力学性能变化范围宽，可适应各种不同的用途。
可进行热处理强化，并且它的工艺性较好，便于压力成形。
但是它的焊接性差，高温下具有较大的热强度。
因此，它常用来制造
400℃下长期工作的零件。
例如，TC4是用途最广的钛合金，用量占现有钛合金的一半。
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。
钛及钛合金的应用领域
钛及钛合金的应用领域
钛及钛合金是一种高性能金属材料，其具有优异的机械性能、高温耐蚀性、生物相容性等特点，广泛应用于以下领域：
1. 航空航天领域：钛及钛合金是航空航天领域中重要的结构材料，可用于制造发动机零件、飞机外壳、导弹组件、卫星构件等。
2. 医疗器械领域：钛及钛合金具有生物相容性良好、抗腐蚀性能强的特点，可用于制造人工骨骼、牙植入体、心脏起搏器等医疗器械。
3. 传媒设备领域：钛及钛合金可用于制造光学设备、摄像机、麦克风等配件，在光学性能、耐磨性、强度等方面均有优异表现。
4. 化工设备领域：钛及钛合金在化工设备领域中具有较好的耐蚀性能，可用于制造酸碱容器、海水淡化设备、化工泵等。
5. 汽车制造领域：钛及钛合金可用于制造发动机零件、排气系统、转向部件、制动系统等汽车配件，其高强度、轻量化优势被广泛应用于高端汽车制造。
6. 体育运动领域：根据人体工程学设计制造的钛合金高尔夫球杆、网球拍等运动设备，由于重量轻、强度高等特点，被广泛应用于像高尔夫、网球等体育运动项目中。
钛和钛合金的介绍
钛和钛合金的介绍
钛，是一种金属元素，它的化学符号是Ti，原子序数是17。
它和其他金属元素相比，既不能像铁那样形成金属间化合物（如TiC），也不能像钛那样形成氧化物（如TiO）。
因此，钛在工业
上被广泛用于制造火箭的推进系统、化工设备、飞机发动机、医
疗器械和军事上的防辐射设备等。
钛合金是一种比强度很高的材料，在航空航天领域中应用广泛。
它是一种比较难熔的金属，熔点和沸点都很低，在空气中不
易氧化。
钛合金的强度很高，比强度一般在35以上。
但它的延
展性和耐热性差，受高温作用容易被氧化而失去强度。
钛合金分为两大类：一类是普通钛合金；另一类是超低钛合
金（一般为Ti-6Al-4V）。
普通钛合金是由钛、铜、铝等元素组成的铁基和铝基合金。
超低钛合金由钛、镍、铁和铜组成。
目前，
美国已将镍和铁等元素掺入超低钛合金中，提高了超低钛合金的
强度和韧性。
钛及钛合金在常温下具有很好的强度和韧性，但在高温下强
度和韧性急剧下降。
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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]。
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。
简述钛及钛合金的特点
简述钛及钛合金的特点钛及钛合金是一种重要的金属材料，具有许多独特的特点。
钛是一种轻质、高强度的金属，具有良好的耐腐蚀性和生物相容性。
钛合金是由钛与其他元素（如铝、钒、镁等）合金化而成，可以进一步改善钛的性能。
钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性。
钛具有一种致密的氧化层，可以有效地防止钛与外界环境中的氧、水等物质发生反应，从而具有较强的抗腐蚀性。
此外，钛合金中添加的其他元素还可以进一步提高钛的耐腐蚀性能，使其在酸、碱、盐等恶劣环境下具有更好的稳定性。
钛及钛合金具有良好的生物相容性。
由于钛具有低的密度和良好的耐腐蚀性，因此被广泛用于医疗领域。
钛材料可以与人体组织良好地相容，不会引起排异反应或过敏反应。
因此，钛及钛合金常用于制作人工骨骼、人工关节、牙科种植体等医疗器械。
钛及钛合金具有较高的强度和优良的机械性能。
钛具有较高的比强度，即单位质量的材料所能承受的最大应力相对较高。
钛合金中添加的其他元素可以进一步增强钛的强度和硬度，使其具有更好的抗拉、抗压和抗疲劳性能。
因此，钛及钛合金广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域，用于制造飞机、火箭、汽车零部件等。
钛及钛合金还具有良好的热稳定性和耐高温性能。
钛的熔点较高，达到约1668℃，并且在高温下仍然保持较好的力学性能。
钛合金中添加的其他元素可以进一步提高钛的耐高温性能，使其在高温环境下仍能保持较好的强度和稳定性。
因此，钛及钛合金常用于制造航空发动机、航天器结构件等高温工作条件下的零部件。
钛及钛合金具有良好的加工性能。
钛具有良好的可塑性和可锻性，可以通过热加工和冷加工等方式进行成型。
此外，钛合金还具有较好的焊接性和切削性，便于进行组装和加工。
因此，钛及钛合金可以满足不同领域对于材料加工性能的需求。
钛及钛合金具有耐腐蚀性、生物相容性、高强度、优良的机械性能、热稳定性和加工性能等特点。
这些特点使得钛及钛合金在航空航天、汽车、医疗器械等领域得到广泛应用，并具有重要的经济和社会价值。
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。
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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。
由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大，使钛成型时的回弹能力
大。
8.换热性能好，金属钛的导热系数虽然比碳钢和铜低，但由于钛优异的耐腐蚀性能，所以壁厚可以
大大减薄，而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝，减少了热组，钛表面不结垢也可减少热阻，使钛的换热性能显著提高。
9.弹性模量低，钛的弹性模量在常温时为106.4GPa，为钢的57%。
10.吸气性能，钛是一种化学性质非常活泼的金属，在高温下可与许多元素和化合物发生反应。
钛吸
气主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。
四、应用领域
1.航空航天（喷气发动机、导弹及航天器）、军事。
2.工业程序（化工与石油制品、海水淡化及造纸）、造船工业、汽车。
3.机械设备、机械部件、精密加工、精密机件。
4.环保设备、电镀设备、电镀挂具、电讯器材、硬质合金。
5.农产食品、医学（义肢、骨科移植及牙科器械与填充物）。
6.厨房用具、运动用品、珠宝及手机。