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工業純鈦棒和鈦合金棒材料的幾種常見的應用介紹

2019-07-22

    鈦及鈦合金具有良好的焊接、冷熱壓力加工和機械加工性能,可加工成各種鈦型材、鈦棒材鈦板材及鈦管材供應。

  鈦是一種理想的結構材料,鈦的密度不大,僅為4.5g/m3,比鋼輕43%,但鈦的強度比鐵高一倍,比純鋁幾乎高5倍。具有低密度高強度性能。這種高的強度和不大的密度相結合,使得鈦棒在技術上占有極重要的地位。同時鈦合金棒的耐腐蝕性近乎或超過不鏽鋼,所以在石油、化工、農藥、染料、造紙、輕工、航空、宇宙開發、海洋工程等方麵都得到了廣泛的應用。

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       鈦合金具有很高的比強度(強度和密度之比),鈦合金棒、純鈦棒已在航空、軍工、造船、化工、冶金、機械、醫療等領域起著不可替代的作用。例如,鈦與鋁、鉻、釩、鉬、錳等元素組成的合金,經過熱處理,強度極限可達1176.8-1471MPa, 比強度達27-33,與它相同強度的合金鋼,其比強度隻有15.5-19。鈦合金不僅強度高,而且耐腐蝕,因此在船舶製造、化工機械和醫療器械方麵都有廣泛的應用。其中耐蝕性鈦合金主要用於各種強腐蝕環境的反應器、塔器、高壓釜、換熱器、泵、閥、離心機、管道、管件、電解槽等。但由於鈦棒廠家的價格較高,限製了它們的應用。

  不同型態鈦合金的應用

  1、碘法鈦,牌號TAD:是以碘化法所獲得的高純度鈦,故稱碘法鈦,或稱化學純鈦。但是,其中仍含有氧、氮、碳這類間隙雜質元素,它們對純鈦的力學性能影響很大。隨著鈦的純度提高,鈦的強度、硬度明顯下降;故其特點是:化學穩定性好,但強度很低。

  由於高純度鈦的強度較低,因此它作為結構材料應用意義不大,故在工業中很少使用。目前在工業中廣泛使用的是工業純鈦棒和鈦合金棒。

  2、工業純鈦:與化學純鈦不同之處是,工業純鈦含有較多量的氧、氮、碳及多種其他雜質元素(如鐵、矽等),它實質上是一種低合金含量的鈦合金。與化學純鈦相比,由於含有較多的雜質元素,其強度大大提高,它的力學性能和化學性能與不鏽鋼相似(但和鈦合金相比強度仍然較低)。

  工業純鈦的特點是:強度不高,但塑性好,易於加工成形、衝壓、焊接、可切削加工性能良好;在大氣、海水、濕氯氣及氧化性、中性、弱還原性介質中具有良好的耐蝕性,抗氧化性優於大多數奧氏體不鏽鋼;但耐熱性較差,使用溫度不宜太高。

  工業純鈦按其雜質含量的不同,分為TA1、TA2、TA3三個牌號。這三種工業純鈦的間隙雜質元素是逐漸增加的,故其機械強度和硬度也隨之逐級增加,但塑性、韌性相應下降。

  工業上常用的工業純鈦是TA2,因其耐蝕性能和綜合力學性能適中。對耐磨和強度要求較高時可選用TA3。對要求較好的成形性能時可選用TA1。

  工業純鈦主要用於工作溫度350℃以下,受力不大,但要求塑性好的衝壓件和耐蝕結構零件,例如:飛機的骨架、蒙皮、發動機附件;船舶用耐海水腐蝕的管道、閥門、泵及水翼、海水淡化係統零部件;化工上的熱交換器、泵體、蒸餾塔、冷卻器、攪拌器、三通、葉輪、緊固件、離子泵、壓縮機氣閥以及柴油發動機活塞、連杆、葉簧等。

    3、α型鈦合金,牌號TA4鈦棒、TA5鈦棒、TA6鈦棒、TA7鈦棒:這類合金在室溫和使用溫度下呈α型單相狀態,不能熱處理強化,主要依靠固溶強化。室溫強度一般低於β型和α+β型鈦合金(但高於工業純鈦),而在高溫(500-600℃)下的強度和蠕變強度卻是三類鈦合金中相當高的;且組織穩定、抗氧化性和焊接性能好,耐蝕性和可切削加工性能也較好,但塑性低(熱塑性仍然良好),室溫衝壓性能差。其中使用最廣的是TA7,它在退火狀態下具有中高強度和足夠的塑性,焊接性良好,可在500℃以下使用;當其間隙雜質元素(氧、氫、氮等)含量極低時,在超低溫時還具有良好的韌性和綜合力學性能,是優良的超低溫合金之一。

  TA4的抗拉強度比工業純鈦稍高,可做中等強度範圍的結構材料。國內主要用作焊絲。

  TA5、TA6用於400℃以下在腐蝕介質中工作的零件及焊接件,如飛機蒙皮、骨架零件、壓氣機殼體、葉片、船舶零件等。

  TA7用於500℃以下長期工作的結構件和各種模煆件,短時使用可到900℃。亦可用於超低溫(-253℃)部件(如超低溫用的容器)。

  4、β型鈦合金,牌號TB2:這類合金的主要合金元素是鉬、鉻、釩等β相穩定化元素,在正火和淬火時很容易將高溫β相保留到室溫,獲得較穩定的β相組織,故稱β型鈦合金。

  醫用鈦合金材料可熱處理強化,有較高的強度,焊接性能和壓力加工性能良好;但性能不夠穩定,熔煉工藝複雜。

  可用於350℃以下工作的零件,主要用於製造各種整體熱處理(固溶、時效)的板材衝壓件和焊接件;如壓氣機葉片、輪盤、軸類等重載荷旋轉件以及飛機的構件等。TB2合金一般在固溶處理狀態下交貨,在固溶、時效後使用。

  5、α+β型鈦棒及鈦合金鈦棒常用的牌號TC6鈦棒、TC9鈦棒、TC10鈦棒:這類合金在室溫呈α+β型兩相組織,因而得名α+β型鈦合金。它具有良好的綜合力學性能,大多可熱處理強化(但TC1、TC2、TC7不能熱處理強化),鍛造、衝壓及焊接性能均較好,可切削加工、室溫強度高,150-500℃以下具有較高的耐熱性,有的(如TC1、TC2、TC3、TC4)還具有良好的低溫韌性和良好的抗海水應力腐蝕及抗熱鹽應力腐蝕能力;缺點是組織不夠穩定。

  這類合金以TC4應用最為廣泛,TC4鈦棒用量約占現有鈦合金生產量的一半。該合金不僅具有良好的室溫、高溫和低溫力學性能,且在多種介質中具有優良的耐蝕性,同時可焊接、冷熱成形,並可通過熱處理強化;因而在宇航、船艦以及化工等工業部門均獲得廣泛應用。


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