钛及钛合金的特点及应用领域

钛在地壳中蕴藏量丰富，在结构金属中仅次于铝、铁和镁，占第4位，是一种多用途的结构金属。我国钛储量丰富，居世界首位。钛具有密度小、强度高、耐蚀性高、难熔等特点，所以在军工、航空、化工和造船等工业得到了广泛应用。

钛材按纯度分类，可分为碘法钛（化学纯钛）和工业纯钛。碘法钛是高纯钛，其纯度最高可达99.95%，杂质含量极少，强度低，故在工业中很少使用。工业纯钛的杂质含量稍高，牌号分别用TA1、TA2、TA3、TA4表示。

钛合金按使用特点可分为结构钛合金、热强钛合金、耐蚀钛合金。其中耐蚀钛合金主要有钛钯合金、钛钼合金、钛镍合金、钛镍钼合金等。

钛在室温下呈银白色，密度小，是不锈钢和碳素钢的60%左右，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度，因此钛合金的比强度（强度/密度）远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质量轻的零部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。

由于石油、化学工业发展的需要，以及钛在强腐蚀环境中所显示出的优异的化学稳定性及在电解质（含水）中具有强的自钝化能力，使钛及其合金产品的增加速度超过了其他金属，因此钛是一种有发展前途的新型化工耐蚀金属材料。钛制化工设备在氯碱工业、纯碱工业、农药生产、尿素生产、钛白粉生产、合成纤维和人造纤维、有机合成等行业中均有广泛应用。化工设备中使用的钛和钛合金主要用于制作容器、换热器、塔器等，要求有适当的强度、良好的塑性、焊接性能和耐蚀性。化工设备中使用的工业纯钛均选用α钛，使用的钛和钛合金均采用塑性最好的退火状态。

钛的弹性模量约为钢的1/2。钛的热导率约为碳钢的1/4，比不锈钢稍低。钛的线膨胀系数小，约为碳素钢的2/3，不锈钢的1/2。钛的熔点较碳素钢和不锈钢高，导电性较差，无铁磁性，与钢之间不能直接熔焊。钛合金TA8、TA9、TA10的合金含量低，物理性能与工业纯钛接近。

钛和钛合金用于压力容器受压元件时，设计温度不高于315℃，钛-钢复合板的设计温度不高于350℃。用于制造压力容器壳体的钛和钛合金在退火状态使用。

1.工业纯钛

工业纯钛的含钛量（质量分数）一般在99.5%～99.0%之间，其他合金元素有铁、碳、氧、氮和氢。工业纯钛的室温组织为α相，因此将其牌号划入α型钛合金的TA系列，共有TA1、TA2、TA3、TA4等9个牌号（GB/T 3620.1—2007），其纯度和塑性随序号增大依次降低，强度则依次上升。

列入容器标准的TA1、TA2、TA3（GB/T 3621—2007）主要用作工作温度350℃以下，受力不大但要求高塑性的冲压件和耐蚀结构零件，例如：飞机的骨架、蒙皮、发动机附件，船舶用耐海水腐蚀的管道、阀门、泵及水翼、海水淡化系统零部件，化工上的热交换器、泵体、蒸馏塔、冷却器、搅拌器、三通、叶轮、坚固件、离子泵、压缩机气阀以及柴油发动机活塞、连杆等。TA1、TA2具有很好的低温韧性和高的低温强度，可用作-253℃以下的低温结构材料。(www.xing528.com)

2.钛合金

为了提高纯钛的某些性能，可在纯钛中加入合金元素进行强化，制成钛合金，加入的合金元素主要有：Al、Sn、V、Cr、Mo、Fe、Si、Pd、Ni等。合金元素的加入可在一定程度上提高钛合金的强度、耐热性和耐蚀性。

容器标准中已列入的钛合金是TA9（Ti-0.2Pd）、TA10（Ti-0.3Mo-0.8Ni）。这两个牌号的钛合金是专门的耐蚀低合金钛。

TA9（Ti-0.2Pd）是在钛中加入钯元素的合金，价格较为昂贵。合金以Ti₂Pd的形式存在，它的电极电位较正，当Pd的含量（质量分数，下同）达到0.13%时，合金进入稳定状态，耐蚀性可达到要求。为了保证Ti-Pd合金的质量，Pd的含量控制在0.15%。元素Pd对Ti的金相组织和力学性能影响甚微，但却提高了在氧化性和还原性介质中的抗腐蚀能力，特别是抗缝隙腐蚀的能力，因此TA9（Ti-0.2Pd）是极为重要的耐腐蚀材料。

TA10（Ti-0.3Mo-0.8Ni）合金是在钛中加入少量β相形成元素的钼和镍，合金的金相组织仍然以α相为基础，只有少量的β相存在，这样少量的β相可以对合金起到固溶效应，使合金有较好的力学性能。

TC4（Ti-6Al-4V）合金是使用较广泛的耐腐蚀材料之一，可用于制造耐腐蚀的标准件、传动件和连接件，如离子膜电解系统中钛泵的轴、搅拌器、树脂塔和盐水过滤器内部连接件等。

[1]焊条电弧焊俗称为手工焊。

[2]Q255牌号在GB/T700—2006中取消。