钛及钛合金具有优良的综合性能，具有密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温及良好的低温韧性等特点，广泛应用于航天航空、冶金等工业领域。但是钛及钛合金的加工条件复杂、成本较高，其应用受到限制。2018年1月3日，嫦娥四号探测器自主着陆月球背面，并传回首张近距拍摄月背影像图，实现了人类探测器首次月背软着陆，钛金科技公司所生产的钛合金紧固件在探测器的巡视器、着陆器、监视相机、降落相机中均得到应用。
6.3.1 纯 钛
纯钛呈灰白色，钛的密度小，为4.51 g/cm3，熔点高（约为1668 °C），热膨胀系数小，导电性、导热性差。纯钛具有良好的塑性和较低的强度，以及良好的加工成型能力和焊接性能，可制成细丝和薄片，而且在大气、海水及大多数酸、碱介质（如硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠）中具有优良的耐蚀性，其抗氧化能力优于大多数奥氏体不锈钢。
钛在固态下有同素异构转变现象：在882.5 °C以下为α-Ti，具有密排六方晶格；在882.5 °C以上直到熔点为β-Ti，具有体心立方晶格；在882.5 °C时发生同素异构转变
，对钛合金的强化有重要意义。
工业纯钛中含有H、O、C、Fe、Mg等杂质元素，少量杂质可使钛的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。工业纯钛按杂质含量的不同分为TA1、TA2、TA3、TA4等（见表6-6），可用于制作在350 °C以下工作的、强度要求不高的零件。
表6-6 工业纯钛的牌号和化学成分
6.3.2 钛合金
钛合金是指在纯钛中加入Al、Mo、Mn、Cr等元素形成的合金。合金元素溶入α-Ti中，形成α固溶体；溶入β-Ti中，形成β固溶体。Al、C、N、O、B 等元素使
的转变温度升高，称为α稳定化元素；Fe、Mo、Mg、Cr、Mn、V等元素使同素异构转变温度降低，称为β稳定化元素；Sn、Zn等元素对转变温度的影响不明显，称为中性元素。
钛合金的相变是钛合金热处理的基础，为了改善钛合金的性能，除采用合理的合金化外，还要配合适当的热处理才能实现。钛合金的热处理种类较多，常用的有退火处理、时效处理、形变热处理和化学热处理等。
1.钛合金的分类
根据钛合金使用状态的组织不同，可将钛合金分为三类：α钛合金、β钛合金和α＋β钛合金，牌号分别用TA、TB、TC加编号来表示。
钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金（钛-钼、钛-钯合金等）、低温合金以及特殊功能合金（钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金）等。
1）α钛合金
α钛合金是通过在纯钛中加入Al、B等α稳定化元素而获得的。与β钛合金和α＋β钛合金相比，α钛合金的室温强度低，而高温（500～600 °C）强度和蠕变强度较高，并且组织稳定，具有良好的抗氧化性、抗蠕变性和焊接性能。α钛合金不能淬火强化，主要依靠固溶强化。热处理只能进行退火（变形后的消除应力退火或消除加工硬化的再结晶退火）。
常用α钛合金有TA4、TA5、TA6、TA7等，使用最为广泛的是TA7，它可在500 °C以下使用；当O、H、N等间隙杂质的含量极低，在超低温时还具有良好的韧性和综合的力学性能，是优良的超低温合金之一。
2）β钛合金
β钛合金是通过在纯钛中加入Mo、Cr、V等β稳定化元素而获得的。β钛合金有较高的强度、优良的冲压性能和焊接性能，并可通过淬火和时效进行强化；但其性能不够稳定，熔炼工艺复杂，所以应用范围不如α钛合金和α＋β钛合金广泛。
β钛合金的典型牌号为TB1、TB2。(www.xing528.com)
3）α＋β钛合金
α＋β钛合金是通过在纯钛中加入β稳定化元素和α稳定化元素而获得的，其具有良好的塑性，容易锻造、压延和冲压，而且大多数可通过淬火和时效进行强化，热处理后强度可提高50%～100%，但是TC1、TC2、TC7不能通过热处理进行强化。
2.钛合金的特点
（1）比强度高。密度为钢的60%左右，但是强度却高于钢，适用于作飞机的零部件。
（2）强热性好。经合金强化后，可大大提高钛合金的热稳定性和高温强度。300～350 °C下，其强度为铝合金的3～4倍。
（3）耐热性好。钛合金表面生成致密坚固的氧化膜，故耐蚀性能比不锈钢要好。如不锈钢导管在19%HCl＋10 mg/L NaOH条件下寿命为5个月，而钛合金则为8年。
（4）化学活性大。它能与空气中的氧、氮、氢、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应，生成硬化层或脆性层，使脆性加大，塑性下降。
（5）导热性能差、弹性模量小。钛合金的导热性仅为钢的1/7、铝的1/14；弹性模量为钢的1/2，刚性差、变形大，不宜制作细长杆和薄壁件。
3.钛合金的应用
三种钛合金中最常用的是α钛合金和α＋β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α＋β钛合金次之，β钛合金最差。应用最为广泛的是TC4，其用量约占现有钛合金产量的一半，成分为Ti-6Al-4V，经淬火和时效处理后，显微组织为块状（α＋β）＋针状α，其中针状α是时效过程中从β相中析出的。TC4不仅具有良好的室温、高温和低温力学性能，而且具有良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀的能力，同时可以焊接，冷、热变形，还可以通过热处理强化，所以广泛应用于航天航空、船舰等领域。
钛合金的价格昂贵，故在豪华车、赛车和跑车中应用较多。钛合金零部件应用在汽车上主要分布在引擎系统和底盘系统中，还用于汽车门突入梁、汽车挡支架、制动器卡钳活塞、销轴栓、框架螺钉、离合器片、压力板、变速按钮、轮机转子、悬挂弹簧、刹车延时器等，如图6-17所示为钛合金连杆，图6-18所示为钛合金轮毂螺栓。钛合金零部件的性能优异，但仍然没有达到大规模使用，其根本原因是钛合金的成本太高。这主要是因为纯钛的制备困难，且合金元素多以价格较高的V等作为合金元素提高强度。近年来，随着粉末冶金注射成型、喷射成型等新技术的发展，钛合金近净成型技术及电子束焊、激光焊等现代焊接技术不断进步，其应用已扩大到汽车工业领域。
图6-17 钛合金连杆
图6-18 钛合金轮毂螺栓
常用钛合金的牌号、成分、性能及用途如表6-7所示。
表6-7 常用钛合金的牌号、成分、性能及用途
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
