钛及钛合金的重要性与应用

5.4.1.1　纯钛

纯钛是银白色金属，密度为4.5 g/cm3，熔点高达1 688℃，是一种高熔点的轻金属。钛有两种同素异构体，在882.5℃以上为体心立方晶格的β-Ti，882.5℃以下为密排六方晶格的α-Ti。

纯钛塑性好、强度低，容易加工成形，可制成细丝和薄片；在大气和海水中有优良的耐蚀性，在硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠等介质中都很稳定，钛的抗氧化能力优于大多数奥氏体不锈钢。

钛的性能受杂质的影响很大，少量的杂质就会使钛的强度激增，塑性显著下降。工业纯钛中常存杂质有N、H、O、Fe、Mg等。根据杂质含量，工业纯钛有三个等级牌号TA1、TA2、TA3，“T”为“钛”字汉语拼音字首，其后顺序数字越大，表示纯度越低。

工业纯钛因其密度小、耐腐蚀，因此是航空航天、船舶、化工等工业中常用的结构材料，常用于制作350℃以下工作、强度要求不高的零件及冲压件，如飞机蒙皮、构架、隔热板，石油化工用热交换器，以及海水净化装置和船舰零部件。

5.4.1.2　钛合金

纯钛的强度很低，价格昂贵，为提高其强度，常在钛中加入合金元素制成钛合金。按组织类型的不同，钛合金分为α型钛合金、β型钛合金和α+β型钛合金，其代号分别用TA、TB、TC加序号表示。

（1）α型钛合金

钛中加入铝、硼等元素获得α型钛合金。α型钛合金的室温强度低于β型钛合金和α+β型钛合金，但高温（500～600℃）强度比它们的高，并且组织稳定，抗氧化性和抗蠕变性好，焊接性能也很好。α型钛合金不能淬火强化，主要依靠固溶强化，热处理只进行退火（变形后的消除应力退火或消除加工硬化的再结晶退火）。(www.xing528.com)

α型钛合金的典型的牌号是TA7，使用温度不超过500℃，主要用于制造航空发动机压气机叶片和管道，导弹的燃料缸，超声速飞机的涡轮机匣及火箭、飞船的高压低温容器等。

（2）β型钛合金

钛中加入钼、铬、钒、锰等元素得到β型钛合金。β型钛合金有较高的强度、优良的冲压性能，并可通过淬火和时效进行强化。

β型钛合金的典型牌号为TB1，一般在350℃以下使用，适于制造压气机叶片、轴、轮盘等重载的回转件，以及飞机构件等。

（3）α+β型钛合金

α+β型钛合金塑性好，高温强度高，耐腐蚀，具有良好的低温工作性能，并可通过淬火和时效进行强化，热处理后强度可提高50%～100%。TC4是典型的α+β型钛合金，由于强度高，塑性好，在400℃时组织稳定，蠕变强度较高，低温时有良好的韧性，并有良好的抗海水腐蚀及抗热盐腐蚀的能力，所以适于制造在400℃以下长期工作的零件、要求一定高温强度的发动机零件，以及在低温下使用的火箭、导弹的液氢燃料箱部件等。

钛合金适于制造汽车发动机气门弹簧、气门和发动机连杆等，以及底盘部件中的弹簧、半轴和紧固件等。用钛合金制造板簧与用抗拉强度达2 100 MPa的高强度钢相比，可降低自重20%。

钛和钛合金由于其价格高，应用受到一定的限制，所以降低成本是未来钛合金的研制和生产工艺开发的重点。