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钛的特点

2023-07-15 11:50:36
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我国工业纯钛按GB/T3260-1994《钛及钛合金牌号和化学成份》的规定共分为TAO、TA1、TA2、TA3四级。美国ASTM定为Gr1、Gr2、Gr3、Gr4四级,日本JIS标准分为1种、2种、3种、4种四级。

钛及钛合金有三大类:α 钛(牌号为TA-*) β钛 (牌号为TB-*) α+β钛(牌号为TC-*)

*为阿拉伯数字,具体看GB/T 3620.1-2007 有中国所有的钛及钛合金牌号和成分。

成分及特性

工业纯钛

commercially pure titanium

钛 Ti

含一定量的氧、氮、碳、硅、铁及其他元素杂质的α相钛。钛含量不低于98%、含有少量氧、氮、氢、碳、硅和铁等杂质的致密金属钛。氧、氮、碳、氢和硅属于间隙杂质元素,铁属于替代式β稳定元素。氧、氮、碳都能提高钛的室温抗拉强度,同时也会降低钛的塑性,因此钛中氧、氮、碳的含量都有比较严格的限制,特别是氧含量。氢在钛中的溶解度很小,氢与钛的反应是可逆的。氢对钛性能的主要影响表现为"氢脆",当钛中氢含量达到一定量后,将会大大提高钛对缺口的敏感性,从而急剧地降低缺口试样的冲击韧性等性能。通常规定钛中氢含量不得超过0.015%。钛是现代宇宙航空科学,海洋科学和核能发电等尖端科学工业所不可缺少的材料。钛比一般金属轻48%,且韧性强,耐酸碱性、抗腐蚀、稳定性高,高强度,良好弹性等优点,符合人体工程系,钛对人体无毒,无任何辐射。

牌号

工业纯钛的典型牌号有:美国ASTM的Gr-1、Gr-2、Gr-3、Gr-4;日本JIS的classl、2、3;英国IMI的115、125、130、155、160;德国DIN的3.7025、3.7035、3.7055、3.7065。中国工业纯钛的材料牌号有变形工业纯钛TA1、TA2、TA3;铸造工业纯钛ZTAl、ZTA2、ZTA3。

加工

工业纯钛一般应经过两次真空(其中至少一次是在真空自耗电极电弧炉中)熔炼,其铸件通常是在真空壳式炉中进行生产。工业纯钛既可承受热加工,也可承受冷加工。由于钛加热时容易吸收氧、氢和氮,使塑性降低并使性能变坏,所以在加热时必须注意使炉内的气氛保持中性或微弱氧化性气氛,尽量避免采用还原性气氛,更不允许使用氢气加热。可在通常的设备上进行锻造、挤压、轧制和拉伸等加工,其热加工的温度范围为800~900℃。进行冷加工时,当冷加工率达到一定值(如30%~60%)时,应进行中间退火。

工业纯钛的切削性类似于奥氏体不锈钢,但由于钛的化学活性高、导热性差,对刀具表面有较高的粘结倾向,因此具体切削工艺与钢应有所区别。采用锋利的工gorlg刀具、大进给量、较低的切削速度和溶油性冷却液,以及刚性强的工夹具,能顺利地进行切削加工。工业纯钛适合于各种焊接,焊缝区有极好的流动性。焊接方法很多,工业上应用最广泛的是氩气保护电弧焊。

折叠用途

由于工业纯钛具有较好的综合性能和优异的耐蚀性能,使它成为许多工业部分不可缺少的结构材料。而作为生物植入材料,自60年代以来,已在临床上得到广泛应用。在所有的常用植入金属材料中,钛的生物相溶性好,而且由于其密度和弹性接近人骨,又无磁性,因而在不锈钢、钴铬钼合金和钛三大金属植入物材料中,钛是最有发展前途的一种生物工程材料。钛的应用已解决了许多重大工程技术难题,促进了科技进步,带来了明显的经济效益,而钛的优异性能和巨大潜力,又展示了其应用的更广阔的前景。

钛合金都有哪些分类类型?

钛是同素异构体,熔点为1668℃,在低于882℃时呈密排六方晶格结构,称为α钛;在882℃以上呈体心立方晶格结构,称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点,添加适当的合金元素,使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金(titaniumalloys)。室温下,钛合金有三种基体组织,钛合金也就分为以下三类:α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。

α钛合金

它是α相固溶体组成的单相合金,不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下,均是α相,组织稳定,耐磨性高于纯钛,抗氧化能力强。在500℃~600℃的温度下,仍保持其强度和抗蠕变性能,但不能进行热处理强化,室温强度不高。

β钛合金

它是β相固溶体组成的单相合金,未热处理即具有较高的强度,淬火、时效后合金得到进一步强化,室温强度可达1372~1666MPa;但热稳定性较差,不宜在高温下使用。

α+β钛合金

它是双相合金,具有良好的综合性能,组织稳定性好,有良好的韧性、塑性和高温变形性能,能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%~100%;高温强度高,可在400℃~500℃的温度下长期工作,其热稳定性次于α钛合金。

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。α钛合金代号为TA,β钛合金代号为TB,α+β钛合金代号为TC。

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。典型合金的成分和性能见表。

热处理钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度;针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性;等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。

TA2属于工业纯钛合金,执行标准:GB/T 2965-2007,

TA2主要用于机身组件,低温容器,热交换器,CPI设备,冷凝器管,酸洗篮,眼镜、通讯天线、弹簧等部件。

TA2一般供货状态:TA2法兰、钛锻件、钛法兰、TA2钛管、钛设备、钛棒

TA2化学成分如下图:

工业纯钛与化学纯钛不同之处是:它含有较多的氧.氮.碳及多种其它杂志元素(如铁.硅等),它实质上是一种低合金含量的钛合金 。与化学纯钛相比,由于含有较多的杂志元素使其强度大大提高,它的力学性能与化学性与不锈钢相似(但和钛合金相比,强度仍然较低)

  工业纯钛的特点是:强度不高,但塑性好,易于加工成行,冲压、焊接、可切割加工性能良好;在大气,海水.湿氯气 及氧化性、中性、弱还原性介质中具有良好的耐蚀性,抗氧化性优于大多数不锈钢但耐热性较差,使用温度不太高。

工业纯钛按其杂质含量的不同,分为TA1.TA2和TA3三个牌号。这三种工业纯钛的间隙杂质元素是逐渐增加的,故其机械强度和硬度也随之逐级增加,但塑性.韧性相应下降。

工业上常用的纯钛是TA2,因其耐蚀性能和综合力学性能适中。对耐腐和强度要求较高时可采用TA3。对要求较好的成型性能时可采用TA1。

(1)主要用作工作温度360度以下,受力不大但要求高塑性的冲压件和耐蚀结构零件,例如:飞机的骨架隔皮,发动机附件,船舶用耐海水腐蚀管道、阀门、泵、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、叶簧等。

(2)TA1.TA2在铁含量为0.095%.氧含量为0.08%.氢含量为0.0009%.氮含量为0.0062%时,具有很好的低温韧性和高的低温强度,可用作-259℃以下的低温结构材料。

我国工业纯钛的分类及用途

我国将工业纯钛分成三级,即TA1、TA2、TA3。这三种工业纯钛的间隙元素是逐渐增加的;而机械强度和硬度也随着逐级增加。工业上大量的用作耐蚀材料的仍然是工业纯钛。这是因为工业上常用的钛合金是TA2。这种钛合金的耐蚀性能和综合机械性能适中。对耐磨(钛板及钛合金不耐磨)和强度要求较高时可采用TA3。

纯钛的性能

Ti:4.507 g/cm3,Tm:1688℃。具有同素异构转变,≤882.5℃为密排六方结构的α相,≥882.5℃体心立方结构的β相。

纯钛的强度低,但比强度高,塑性好,低温韧性好,耐蚀性很高。钛具有良好的压力加工工艺性能,切削性能较差。钛在氮气中加热可发生燃烧,因此钛在加热和焊接时应采用氩气保护。

纯钛的分类

根据杂质含量,钛分为高纯钛(纯度达99.9%)和工业纯钛(纯度达99.5%)。工业纯钛有三个牌号,分别用TA+顺序号数字1、2、3表示,数字越大,纯度越低。

纯钛的用途

杂质含量对钛的性能影响很大,少量杂质可显著提高钛的强度,故工业纯钛强度较高,接近高强铝合金的水平,主要用于制造350℃以下温度工作的石油化工用热交换器、反应器、船舰零件、飞机蒙皮等。

在钛金属材料中,包括钛棒、钛法兰、钛板等都分为纯钛和钛合金两种,钛合金与纯钛相比是在纯钛中加入了Al、Mo、Cr、Sn、Mn、V等合金元素。因此,纯钛在机械性能方面有其特有的优良性能和不同用途。

工业纯钛及钛合金牌号

TA1/TA2

TA1、TA2、TA3均为工业纯钛,它们具有较高的力学性能、优良的冲压性能,并可进

行各种形式的焊接,焊接接头强度可达基体金属强度的90%,且切削加工性能良好。这三

种工业纯钛的间隙杂质元素是逐渐增加的,故其机械强度和硬度也随之逐级增加,但塑性

韧性相应下降。

工业上常用的工业纯钛是TA2,因其耐蚀性能和综合力学性能适中。对耐磨和强度要求

求较高时可采用TA3。对要求较好的成型性能时可用TA1。

TA1、TA2在铁量w为0.095%、氧含量w为0.08%、氢含量w为0.0009%、氮含

量w为00062%时,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。

化学成分:

TA1含钛(Ti)余量铁(Fe)≤0.20碳(C)≤0.08氢(N)≤0.03氢(H)≤0.015氧()≤0.18

TA2含钛(Ti)余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10氮(N)≤0.05氢(H)≤0.015氧()≤0.25

TC4

钛合金TC4材料的组成为Ti-6Al-4V,属于(a+β)型钛合金。

TC4 热膨胀系数:

TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系

列优点,在航空航天、石油化工、造船、汽车,医药等部门都得到成功的应用。

TC4钛合金力学性能:

抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面

收缩率ψ(%)≥25

·TC4钛合金密度:

4.5(g/cm3)工作温度-100~550(℃)

●TC4钛合金化学成分:

TC4含钛(Ti)余量铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10氮(N)≤0.05氢(H)≤0015氧()≤02铝(Al)5.5~68钒(V)3.5~4.5。

钛的密度

工业纯钛(TA1、TA2、TA3) 4.51g/cm3

钛合金 TA4、TA5、TC6  4.45g/cm3

TA6  4.40g/cm3

TA7、TC5  4.46g/cm3

TA8   4.56g/cm3

TB1、TB2   4.89g/cm3

TC1、TC2   4.55g/cm3

TC3、TC4   4.43g/cm3

TC7   4.40g/cm3

TC8   4.48g/cm3

TC9   4.52g/cm3

TC10   4.53g/cm3

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