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鈦的三大功能
功能材料是以物理性能為主的工程材料，即在電、磁、聲、光、熱等方面具有的特殊性質(zhì)，或在其作用下表現(xiàn)出特殊功能的材料。對鈦和鈦合金的研究已發(fā)現(xiàn)其有三種特殊功能有應(yīng)用前途:
一、記憶功能
鈦-鎳合金在一定環(huán)境溫度下具有單向、雙向和全方位的記憶效應(yīng)，被公認是最佳記憶合金。在工程上做管接頭用于戰(zhàn)斗機的油壓系統(tǒng)；石油聯(lián)合企業(yè)的輸油管路系統(tǒng)；直徑0.5mm絲做成的直徑500mm拋物網(wǎng)狀天線用于宇航飛行器上；在醫(yī)學工程上用于制作鼾癥治療；制成螺釘用于骨折愈合等。上述應(yīng)用均獲得了明顯效果。
二、超導功能
鈮-鈦合金在溫度低于臨界溫度時，呈現(xiàn)出零電阻的超導功能。
三、貯氫功能
鈦-鐵合金具有吸氫的特性，把大量的氫安全的貯存起來，在一定的環(huán)境中又把氫釋放出來。這在氫氣分離、氫氣凈化、氫氣貯存及運輸、制造以氫為能源的熱泵和蓄電池等方面應(yīng)用很有前途。
鈦的十大性能
一、密度小,比強度高
金屬鈦的密度為4.51g/cm3,高于鋁而低于鋼、銅、鎳，但比強度位于金屬之首。
二、耐腐蝕性能
鈦是一種非常活潑的金屬，其平衡電位很低，在介質(zhì)中的熱力學腐蝕傾向大。但實際上鈦在許多介質(zhì)中很穩(wěn)定，如鈦在氧化性、中性和弱還原性等介質(zhì)中是耐腐蝕的。這是因為鈦和氧有很大的親和力，在空氣中或含氧的介質(zhì)中，鈦表面生成一層致密的、附著力強、惰性大的氧化膜，保護了鈦基體不被腐蝕。即使由于機械磨損也會很快自愈或重新再生。這表明了鈦是具有強烈鈍化傾向的金屬。介質(zhì)溫度在315℃以下鈦的氧化膜始終保持這一特性。
為了提高鈦的耐蝕性，研究出氧化、電鍍、等離子噴涂、離子氮化、離子注入和激光處理等表面處理技術(shù)，對鈦的氧化膜起到了增強保護性作用，獲得了所希望的耐腐蝕效果。針對在硫酸、鹽酸、甲胺溶液、高溫濕氯氣和高溫氯化物等生產(chǎn)中對金屬材料的需要 ，開發(fā)出鈦-鉬、鈦-鈀、鈦-鉬-鎳等一系列耐蝕鈦合金。鈦鑄件使用了鈦-32鉬合金，對常發(fā)生縫隙腐蝕或點蝕的環(huán)境使用了鈦-0.3鉬-0.8鎳合金或鈦設(shè)備的局部使用了鈦-0.2鈀合金,均獲得了很好的使用效果。
三、耐熱性能好
新型鈦合金可在600℃或更高的溫度下長期使用。
四、耐低溫性能好
鈦合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等為代表的低溫鈦合金,其強度隨溫度的降低而提高,但塑性變化卻不大。在-196～-253℃低溫下保持較好的延性及韌性,避免了金屬冷脆性,是低溫容器,貯箱等設(shè)備的理想材料。
五、抗阻尼性能強
金屬鈦受到機械振動、電振動后，與鋼、銅金屬相比，其自身振動衰減時間最長。利用鈦的這一性能可作音叉、醫(yī)學上的超聲粉碎機振動元件和高級音響揚聲器的振動薄膜等。
六、無磁性、無毒
鈦是無磁性金屬，在很大的磁場中也不會被磁化，無毒且與人體組織及血液有好的相溶性，所以被醫(yī)療界采用。
七、抗拉強度與其屈服強度接近
鈦的這一性能說明了其屈強比（抗拉強度/屈服強度）高，表示了金屬鈦材料在成形時塑性變形差。由于鈦的屈服極限與彈性模量的比值大，使鈦成型時的回彈能力大。
八、換熱性能好
金屬鈦的導熱系數(shù)雖然比碳鋼和銅低，但由于鈦優(yōu)異的耐腐蝕性能，所以壁厚可以大大減薄，而且表面與蒸汽的換熱方式為滴狀冷凝，減少了熱組，太表面不結(jié)垢也可減少熱阻，使鈦的換熱性能顯著提高。
九、彈性模量低
鈦的彈性模量在常溫時為106.4GMPa,為鋼的57%。
十、吸氣性能
鈦是一種化學性質(zhì)非常活潑的金屬,在高溫下可與許多元素和化合物發(fā)生反應(yīng)。鈦吸氣主要指高溫下與碳、氫、氮、氧發(fā)生反應(yīng)。
|
應(yīng)用領(lǐng)域 |
材料的使用特性 |
應(yīng)用部位 | |
|
航空 工業(yè) |
噴氣發(fā)動機 |
在500℃以下具有高的屈服強度/密度比和疲勞強度/密度比，良好的熱穩(wěn)定性，優(yōu)異的抗大氣腐蝕性能，可減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量 |
在500℃以下的部位使用：壓氣盤、靜葉片、動葉片、機殼、燃燒室外殼、排氣機構(gòu)外殼、中心體、噴氣管等 |
|
機身 |
在300℃以下，比強度高 |
防火壁、蒙皮、大梁、起澆架、翼肋、隔框、緊固件、導管、艙門、拉桿等 | |
|
火箭、導彈及宇宙飛船工業(yè) |
在常溫及超低溫下，比強度高，并具有足夠的韌性及塑性 |
高壓容器、燃料貯箱、火箭發(fā)動機及導彈殼體、飛船船艙蒙皮及結(jié)構(gòu)骨架、主起落架、登月艙等 | |
|
船舶、艦艇制造工業(yè) |
比強度高，在海水及海洋氣氛下具有優(yōu)異的耐蝕性能 |
耐壓艇體、結(jié)構(gòu)件、浮力系統(tǒng)球體，水上船舶的泵體、管道和甲板配件，快艇推進器、推進軸、水翼艇水翼、鞭狀天線等 | |
|
化學工業(yè)、石油工業(yè) |
在氧化性和中性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，在還原性介質(zhì)中也可通過合金化改善其耐蝕性 |
在石油化工、化肥、酸堿、鈉、氯氣及海水淡化等工業(yè)中，作熱交換器、反應(yīng)塔、蒸餾器、洗滌塔、合成器、高壓釜、閥門、導管、泵、管道等 | |
|
其他 工業(yè) |
常規(guī)正品制造 |
耐蝕性好，密度小 |
火炮尾架、迫擊炮底板、火箭炮炮管及藥室、噴管、火炮套箍、坦克車輪及履帶、扭力棒、戰(zhàn)車驅(qū)動軸、裝甲板等 |
|
冶金工業(yè) |
有高的化學活性和良好的耐蝕性 |
在鎳、鈷、鈦等有色金屬冶煉中做耐蝕材料，在鋼鐵冶煉中是良好的脫氧劑和合金元素 | |
|
其他 工業(yè) |
醫(yī)療衛(wèi)生 |
對人體體液有極好的耐蝕性，沒有毒性，與肌肉組織親合性能良好好 |
做醫(yī)療器械及外科矯形材料，鈦制牙、心臟內(nèi)瓣、隔膜、骨關(guān)節(jié)及固定螺釘、鈦骨頭等 |
|
超高真空 |
有高的化學活性，能吸附氧、氮、氫、CO、CO2、甲烷等氣體 |
鈦離子泵 | |
|
電鍍工業(yè) |
耐腐蝕、壽命長、傳熱快、加熱效果好，對產(chǎn)品無污染，可提高勞動生產(chǎn)率和減少維修費用 |
鍍鎳、鍍鉻（除氟化物鍍鉻外）、酸性和氰化物鍍銅、三氯化鐵銅板腐蝕中作加熱器、電鍍槽子，網(wǎng)籃、掛具、薄膜蒸發(fā)器等 | |
|
電站 |
高的耐蝕性，密度小、質(zhì)量輕，良好的綜合力學性能和工藝性能，較高的熱穩(wěn)定性，線脹系數(shù)小 |
全鈦凝汽器、冷凝器、管板、冷油管、蒸汽渦輪葉片等 | |
|
機械儀表 |
精密天平秤桿、表殼、光學儀器等 | ||
|
紡織工業(yè) |
亞漂機、亞漂罐中耐蝕零、部件 | ||
|
造紙工業(yè) |
泵、閥、管道、風機、攪拌器等 | ||
|
醫(yī)藥工業(yè) |
加料機、加熱器、分離器、反應(yīng)罐、攪拌器、壓濾罐、出料管道等 | ||
|
體育用品 |
航模、羽毛球拍、登山器械、釣魚桿、寶劍、全鈦賽車等 | ||
|
工藝美術(shù) |
鈦板畫、筆筒、硯臺、拐杖、胸針等 |
|
性能 |
合金牌號 | |||||||||||||
|
TA1TA2TA3 |
TA4 |
TA5 |
TA6 |
TA7 |
TB2 |
TC1 |
TC2 |
TC3 |
TC4 |
TC6 |
TC9 |
TC10 | ||
|
20℃密度γ/g/cm3 |
4.5 |
— |
4.43 |
4.40 |
4.46 |
4.81 |
4.55 |
4.55 |
4.43 |
4.45 |
4.5 |
4.52 |
4.53 | |
|
熔點/℃ |
1668 |
-- |
-- |
-- |
1538-1649 |
-- |
-- |
1570-1640 |
-- |
1538-1649 |
1620-1650 |
-- |
-- | |
|
比熱容 c/（j/kg·K） |
20℃ |
544 |
-- |
-- |
-- |
540 |
540 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
|
100℃ |
544 |
-- |
-- |
586 |
540 |
540 |
574 |
-- |
-- |
678 |
502 |
544 |
540 | |
|
200℃ |
628 |
-- |
-- |
670 |
569 |
553 |
-- |
565 |
565 |
691 |
586 |
-- |
548 | |
|
300℃ |
670 |
-- |
-- |
712 |
590 |
569 |
641 |
628 |
628 |
703 |
670 |
-- |
565 | |
|
400℃ |
712 |
-- |
-- |
796 |
620 |
636 |
699 |
670 |
670 |
741 |
712 |
-- |
557 | |
|
500℃ |
754 |
-- |
-- |
879 |
653 |
599 |
729① |
754 |
712 |
754 |
796 |
-- |
528 | |
|
600℃ |
837 |
-- |
-- |
921 |
691 |
862 |
-- |
-- |
-- |
879 |
-- |
-- |
-- | |
|
20℃電阻率ρ/10-6Ω·m |
0.47 |
-- |
1.26 |
1.08 |
1.38 |
1.55 |
-- |
-- |
1.42 |
1.60 |
1.36 |
1.62 |
1.87 | |
|
熱導率λ/W/（m· K） |
20℃ |
16.33 |
10.47 |
-- |
7.54 |
8.79 |
-- |
9.63 |
9.63 |
8.37 |
5.44 |
7.95 |
7.54 |
-- |
|
100℃ |
16.33 |
12.14 |
-- |
8.79 |
9.63 |
12.14② |
10.47 |
-- |
8.79 |
6.70 |
8.79 |
12.98 |
-- | |
|
熱導率λ/W/（m·K） |
200℃ |
16.33 |
-- |
-- |
10.05 |
10.89 |
12.56 |
11.72 |
11.30 |
10.05 |
8.79 |
10.05 |
11.30 |
-- |
|
300℃ |
16.75 |
-- |
-- |
11.72 |
12.14 |
12.98 |
12.14 |
12.14 |
10.89 |
10.47 |
11.30 |
12.14 |
10.47 | |
|
400℃ |
17.17 |
-- |
-- |
13.40 |
13.40 |
16.33 |
13.40 |
13.40 |
12.56 |
12.56 |
12.59 |
12.98 |
12.14 | |
|
500℃ |
18.00 |
-- |
-- |
15.07 |
14.65 |
17.58 |
14.65 |
14.65 |
14.24 |
14.24 |
-- |
13.40⑧ |
13.40 | |
|
600℃ |
-- |
-- |
-- |
16.75 |
15.91 |
18.84 |
16.33 |
-- |
15.49 |
15.49 |
-- |
14.65⑨ |
-- | |
|
線脹系統(tǒng)a1/(10-6/k) |
20-100℃ |
8.0 |
8.2 |
9.28 |
8.3 |
9.36 |
8.53 |
8.0 |
8.0 |
-- |
7.89 |
8.60 |
7.70 |
9.45 |
|
20-200℃ |
8.6 |
-- |
9.53 |
8.9③ |
9.4 |
9.34 |
8.6 |
8.6 |
-- |
9.01 |
-- |
8.90 |
9.73 | |
|
20-300℃ |
9.1 |
-- |
9.87 |
9.5④ |
9.5 |
9.52 |
9.1 |
9.1 |
-- |
9.30 |
-- |
9.27 |
9.97 | |
|
20-400℃ |
9.25 |
-- |
10.08 |
10.4⑤ |
9.54 |
9.79 |
9.6 |
9.6 |
-- |
9.24 |
-- |
9.64 |
10.15 | |
|
20-500℃ |
9.4 |
-- |
10.09 |
10.6⑥ |
9.68 |
9.83 |
9.6 |
9.4 |
-- |
9.39 |
11.60⑥ |
9.85 |
10.19 | |
|
20-600℃ |
9.8 |
-- |
10.28 |
10.8⑦ |
9.86 |
9.99 |
-- |
-- |
-- |
9.40 |
-- |
-- |
10.21 |
|
鈦合金鍛件 | |
|
材料特性 |
鍛造技術(shù) |
|
‧比強度高 |
‧傳統(tǒng)段造 |
|
| ||||||||
|
| ||||||||
|
| ||||||||
1、鈦絲
|
牌號 |
狀態(tài) |
直徑mm |
|
TA0、TA0EL1 |
退火狀態(tài)（M） |
0.1-7.0 |
|
TC4 |
1.6-7.0 | |
|
注：絲材的用途和供應(yīng)狀態(tài)應(yīng)在合同中注明，未注明時一律按焊絲、加工狀態(tài)（Y或R）供應(yīng) | ||
優(yōu)勢：
1）無磁（磁化率3.2×10^(-6)）無毒；
2）耐熱性能好（熔點1668±4℃，沸點3535℃），耐低溫性能好（在-196—253℃低溫下保持較好的延性和韌性，避免金屬冷脆性，是低 溫容器、貯箱等設(shè)備的理想材料）；
3）耐腐蝕：鈦在海水、濕氯氣、亞氯酸鹽及次氯酸鹽溶液、硝酸、鉻酸、金屬氯化物、硫化物以及有機酸中不被腐蝕。
4）應(yīng)用：航空航天工業(yè)，艦船工業(yè)，冶金工業(yè)，醫(yī)藥工業(yè)，運動器械，生活用品和其他領(lǐng)域。
鈦絲可提供的材料牌號為：Gr1 Gr2 Gr2 Gr3 Gr4 Gr5 Gr7 Gr9 Gr12 Gr23
執(zhí)行標準為:ASTM B348 規(guī)格:直徑0.5-----直徑6.0 的盤絲 直絲 ;焊絲執(zhí)行標準為：AWS A5.16
|
鈦焊絲型號 |
AWS |
ASTM |
|
純鈦1 |
AWS A5.16, ERTi 1 |
ASTM B 348, Gr 1 |
|
純鈦2 |
AWS A5.16, ERTi 2 |
ASTM B 348, Gr 2 |
|
純鈦3 |
AWS A5.16, ERTi 3 |
ASTM B 348, Gr 3 |
|
純鈦4 |
AWS A5.16, ERTi 4 |
ASTM B 348, Gr 4 |
|
6Al-4V |
AWS A5.16, ERTi-5 |
ASTM B 348, Gr 5 |
|
6Al-4V Eli WW |
AWS A5.16, ERTi-5 Eli |
ASTM B 348 Gr23 |
|
0.3 Mo-0.8 Ni |
AWS A5.16, ERTi 12 |
ASTM B 348, Gr 12 |
|
Ti + Pd |
AWS A5.16, ERTi-0.2 Pd. |
ASTM B 348, Gr 7 |
|
3Al-2.5V |
AWS A5.16, ERTi-9 |
ASTM B 348, Gr 9 |
2、鈦管
|
鈦 管 |
產(chǎn)品名稱 |
牌號 |
規(guī)格范圍(㎜) |
執(zhí)行標準 |
|
|
鈦制無縫管(中國) |
TA0-TA3 |
（3-114）×(1.0-6) ×≤12000 |
GB/T3624-95 GB/T3625-2007 GB/T3625-95 |
|
|
鈦制管道(中國) |
TA0-TA3 |
≥114 |
GB/T3624-95 GB/T3625-2007 GB/T3625-95 |
|
|
鈦合金無縫管(中國) |
TA9 |
（3-114）×(1.0-6) ×≤12000 |
GB/T3624-95 GB/T3625-2007 GB/T3625-95 |
|
|
|
TA10 |
（3-114）×(1.0-6) ×≤12000 |
GB/T3624-95 GB/T3625-2007 GB/T3625-95 |
|
|
鈦合金管道(中國) |
TA9 |
≥114 |
GB/T3624-95 GB/T3625-2007 GB/T3625-95 |
|
|
鈦制無縫管(美國) |
Gr1 |
（3-114）×(1.0-6) ×≤12000 |
ASTM B337 ASTM B338 ASTM B 861-2005 |
|
|
鈦制管道(美國) |
Gr1 |
≥114 |
ASTM B 862-2006 |
|
|
鈦合金無縫管(美國) |
Gr7 |
（3-114）×(1.0-6) ×≤12000 |
ASTM B337 |
|
|
|
Gr12 |
（3-114）×(1.0-6) ×≤12000 |
ASTM B337 |
|
|
鈦合金管道(美國) |
Gr7 |
||
|
|
鈦制無縫管(俄羅斯) |
BT1-0 |
（3-114）×(1.0-6) ×≤12000 |
GOST22879-86 |
|
鎳 管 |
鎳制無縫管(中國) |
Ni4 |
（3-114）×(1.0-6) |
GB/T 2882-2005 |
|
|
鎳制無縫管 |
Ni200 |
（3-114）×(1.0-6) |
ASTMB163 |
|
鋯 管 |
鋯制無縫管 |
Zr2 |
（3-114）×(1.0-6) |
GB/T 8768-88 ASTM B 523 |
0917-3565328
13892772725
（微信同號）
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