鈦合金的分類

鈦合金的分類經(jīng)典的鈦合金分類方法是麥克格維倫于1956年提出的退火狀態(tài)相組成分類的方法。即：a型、a+B型和B型。當(dāng)時(shí)a型、a+B型鈦合金剛開始在普通退火狀態(tài)下使用，而p型正處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，各種不同特性的鈦合金越來越多。各種不同方式的熱處理日益獲得了實(shí)際應(yīng)用。隨著鈦合金的研究與應(yīng)用的迅速發(fā)展，麥克格維倫分類方法的局限性越來越明顯。首先，它將成份、組織、性能差異很大的合金劃入了同一類。例如a+p型，既包括了p穩(wěn)定元素很少的類似a合金的近a鈦合金；也包括鋁含量高的熱強(qiáng)鈦合金，以及可熱處理強(qiáng)化的p穩(wěn)定元素含量很高的合金。其次，這類方法不能完全反映實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中遇到的現(xiàn)有鈦合金，特別是對熱處理強(qiáng)化狀態(tài)下使用的鈦合金的相組成和性能特征。第三，這類分類方法還缺乏明確的分類界限，不同的學(xué)者經(jīng)常將同一成分的合金劃入不同的合金類型，以致造成了許多概念上的混亂。作為一種合理的鈦合金分類方法，應(yīng)當(dāng)適用于在研究、生產(chǎn)、使用中遇到的所有鈦合金。有明確的分類依據(jù)和界限，每類合金應(yīng)有自己獨(dú)特的組織與性能特點(diǎn)，以便為合金設(shè)計(jì)制造選材時(shí)提供科學(xué)的基礎(chǔ)，按照亞穩(wěn)定狀態(tài)相組成進(jìn)行鈦合金分類的方法，是一種比較科學(xué)的分類方法。p穩(wěn)定系數(shù)鈦合金中p相的數(shù)量及穩(wěn)定程度與p穩(wěn)定元素含量有直接關(guān)系。為了衡量鈦合金中的P相的穩(wěn)定程度或p穩(wěn)定元素的作用，并便于鈦合金分類，提出了p穩(wěn)定系數(shù)的概念。p穩(wěn)定系數(shù)是指鈦合金中各p穩(wěn)定元素濃度與各自的臨界濃度比值之和，即：K0=C1/CK1+C2/CK2+C3/CK3+???+Cn/CKn常用p穩(wěn)定元素的臨界濃度合金元素MoVNbTaMnFeCrCoCuNiWCk%重量101536406.457713922工業(yè)鈦合金的分類根據(jù)Kp值的大小及退火后的組織，可大致將工業(yè)鈦合金分為a、近a、a+p、及p型四大類。a鈦合金Kp接近0的合金為a鈦合金，這類合金幾乎不含p穩(wěn)定元素。此類合金不能熱處理強(qiáng)化，主要優(yōu)點(diǎn)是組織穩(wěn)定、耐蝕、易焊接。缺點(diǎn)是強(qiáng)度低，壓力加工性差。工業(yè)純鈦的使用溫度可達(dá)250?300°C,TA7使用溫度可達(dá)450°C。近a鈦合金Kp<0.23的合金一般屬于近a鈦合金。由于p相中原子擴(kuò)散系數(shù)大，原子擴(kuò)散快，易于發(fā)生蠕變。為了例提高蠕變抗力，在a+p）鈦合金中必須降低p相的含量，因而發(fā)展了所謂的近a鈦合金，這類鈦合金中所含的p穩(wěn)定元素的含量一般小于2%。近a鈦合金有低鋁當(dāng)量和高鋁當(dāng)量兩種。低鋁當(dāng)量的近a鈦合金，鋁當(dāng)量小于2%,a穩(wěn)定元素含量相對較少，固溶強(qiáng)化效果不明顯，組織中約含有2%?4%的p相。故主要優(yōu)點(diǎn)是壓力加工性相對較好，具有與工業(yè)純鈦相似的焊接性及良好的熱穩(wěn)定性，使用溫度可達(dá)400C，其缺點(diǎn)是強(qiáng)度較低，不能熱處理強(qiáng)化。這類鈦合金適合制造形狀復(fù)雜的板材沖壓及焊接件。高鋁當(dāng)量近a鈦合金的鋁當(dāng)量約為6%?9%,因其含有較多的、有益于熱強(qiáng)性的a穩(wěn)定元素，故主要優(yōu)點(diǎn)是具有比其它類型的鈦合金高度蠕變抗力，是最有希望用于500C以上長時(shí)間工作的鈦合金。這類鈦合金的熱穩(wěn)定性和焊接性良好，壓力加工性優(yōu)于a鈦合金，疲勞裂紋擴(kuò)展抗力和斷裂韌性也較好，其主要缺點(diǎn)是塑性較低。這類合金一般是在退火狀態(tài)下使用。（a+B）鈦合金KB=0.23?1.0的鈦合金一般屬于a+B鈦合金，也稱兩相鈦合金。這類鈦合金中的鋁當(dāng)量一般控制在8%以下，B穩(wěn)定元素的添加量為2%?10%,主要是為了獲得足夠數(shù)量的B相，以進(jìn)一步改善鈦合金的壓力加工性和熱處理強(qiáng)化能力。大量的密排六方晶格的a相，是良好的高溫特性、低溫特性和良好的可焊性的保證。而一定量的B相則是合金具有良好的工藝塑性和可熱處理性的保證。低鋁當(dāng)量兩相鈦合金的鋁當(dāng)量小于6%。這類鈦合金一般含有較多的B穩(wěn)定元素，B相數(shù)量及穩(wěn)定程度較大，退火狀態(tài)下B相在組織中約占10%?30%，淬火后的B相數(shù)量可達(dá)到55%，這類鈦合金具有中等的強(qiáng)度、塑性、蠕變抗力和熱穩(wěn)定性，使用溫度在300?400°C范圍。高鋁當(dāng)量兩相鈦合金的鋁當(dāng)量大于等于6%。這類鈦合金中除含有較多的鋁、錫、鋯外還含有適量B穩(wěn)定元素，尤其是鉬和釩，有些合金中還添加了微量硅，是目前在400?500范圍內(nèi)使用最廣的鈦合金。（a+B）鈦合金中B穩(wěn)定元素的選擇比較復(fù)雜，主要選擇釩、鉬等3同晶元素。慢共析元素Cr、Fe雖穩(wěn)定3的能力比3同晶型元素強(qiáng)，但在長時(shí)加熱條件下易產(chǎn)生共析反應(yīng)，生成脆性化合物，降低合金韌性。故慢共析元素只在某些合金中少量加入。在一些合金中也附加少量快共析元素硅，以提高熱強(qiáng)性。與近a鈦合金相比，兩相鈦合金具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性，尤其是高鋁當(dāng)量的兩相鈦合金，其高溫拉伸強(qiáng)度居所有類型鈦合金之首，蠕變抗力及熱穩(wěn)定性也較好，但焊接性不如近a鈦合金。兩相鈦合金可在退火狀態(tài)下使用，也可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，但淬透性較低，強(qiáng)化熱處理后斷裂韌性也降低。3型鈦合金K3>1的鈦合金一般為3型鈦合金K3=1?1.5的鈦合金為近3型鈦合金.有時(shí)也稱過渡型（a+3）鈦合金，這種合金退火狀態(tài)為a+3兩相，所以有時(shí)也稱為過度型a+3合金，即可按兩相鈦合金看待。但在淬火時(shí)，3相可由高溫保留至室溫，或發(fā)生3相變，使組織中全部為淬火狀態(tài)的亞穩(wěn)3相或亞穩(wěn)3+w相。因此，又將其歸類在3合金中。K3=1.5?2.5的3鈦合金為亞穩(wěn)3合金，這類合金平衡狀態(tài)仍為a+3兩相，3相含量超過50%，但在一般退火冷速條件下，3相即可保留至室溫，使組織中全部為退火狀態(tài)的亞3相，當(dāng)然，亞穩(wěn)3合金中3相的穩(wěn)定性高于近3合金。K3>2.5的3鈦合金為穩(wěn)定3合金，這類合金在平衡狀態(tài)下，全部由穩(wěn)定的3相組成，熱處理不能改變其相組織。以上三種合金雖各有特點(diǎn)，但為簡略起見，統(tǒng)稱為3鈦合金。最常應(yīng)用的3鈦合金是近3和亞穩(wěn)3鈦合金。3鈦合金的鋁當(dāng)量一般較低，為2%?5%，其合金化特點(diǎn)主要是加入了較多的3穩(wěn)定元素，通過水冷或空冷得到幾乎全部的等軸亞穩(wěn)3相組織（穩(wěn)定3合金則得到全部穩(wěn)定3相）。亞穩(wěn)3相通過時(shí)效處理，可分解為彌散分布的a穩(wěn)定3或其他第二相，使合金強(qiáng)度有大幅度提高。在所有類型的鈦合金中，這類合金的室溫強(qiáng)度最高。3鈦合金通過水冷或空冷得到單一的體心立方3相組織，容易塑性變形，因而具有較好的冷成型性。這類合金通常采用淬火失效的強(qiáng)化熱處理。由于其3穩(wěn)定元素含量高，淬火過程中3相不容易發(fā)生分解，故其淬透性高于馬氏體型a+3兩相鈦合金。B鈦合金的缺點(diǎn)是含有較多的B共析元素，在長時(shí)加熱條件易析出脆性化合物，加之B相具有較高的自擴(kuò)散系數(shù)，故熱穩(wěn)定性較低，并且經(jīng)時(shí)效后拉伸塑性、高溫強(qiáng)度及蠕變抗力也較低。因此，這類合金的使用溫度低于近a及兩相鈦合金，長時(shí)工作溫度一般不超過250°C。另外，合金中所含較高濃度的B穩(wěn)定元素易產(chǎn)生成分偏析，并使鈦合金密度增加。這些缺點(diǎn)限制了B鈦合金的大量應(yīng)用。目前各國都在尋找更為合理的合金化系，如提高鋁當(dāng)量，限制鉻的加入量，尋找多元B穩(wěn)定元素最優(yōu)添加量等，以克服B鈦合金的這些缺點(diǎn)。B鈦合金目前主要用于250C以下長時(shí)間工作或350C以下短時(shí)間工作的、要求成型性好的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件或緊固件。合金元素對鈦及鈦合金性能的影響從以上對鈦合金的介紹我們可以看出，工業(yè)鈦合計(jì)中的主要合金元素是A1。根據(jù)Ti-Al二元系研制了一系列的可焊鈦合金，因此，對鈦合金來說,TI-AL系的意義可以與鐵基合金中的Fe-C系相提并論。從重要性來看，另外兩個(gè)合金元素是V和Mo。Ti-Al-V三元素是大多數(shù)高強(qiáng)鈦合金的基礎(chǔ)，而Ti-Al-Mo是熱強(qiáng)鈦合金的基礎(chǔ)。Al是強(qiáng)化元素，并提高合金在結(jié)晶溫度及熱強(qiáng)性。但合金中Al當(dāng)量過高時(shí)，會形成脆性相。因此，鈦合金中的Al當(dāng)量一般應(yīng)小于9，即： Al當(dāng)量=%Al+l/3%Sn+l/6%Zr+10%（O,C,N）W9Al——是典型的a穩(wěn)定元素，Al的加入主要有下述作用：⑴、在自然界中分布廣泛，易于制取又便宜。⑵、Al的加入降低了鈦合金的密度，提高了鈦合金的比強(qiáng)度。⑶、Al的加入提咼鈦合金的再結(jié)晶溫度，提咼相變點(diǎn)，擴(kuò)大a相，例如，純鈦的再結(jié)晶溫度是600C，含5%的Al時(shí)為800C。⑷、由于Al增加固溶體中原子間的鍵合力，故能提高合金的熱強(qiáng)性。⑸、Al能提高合金的彈性摸量，并能細(xì)化合金晶粒。⑹、含Al的鈦合金在磷酸、醋酸和其它有機(jī)酸中有很低的穩(wěn)定性，所以，Al的加入對鈦的耐蝕性無益。所以，尋求耐蝕鈦合金時(shí)不含Al是有道理的。⑺、Al的加入使合金的塑性下降，加工性能變壞。超過8%的Al含量時(shí)會形成Ti3Al為基的a2相，使合金變脆，熱穩(wěn)定性下降。在組織為（a+B）鈦合金中或單相B鈦合金中，常用V作為B穩(wěn)定元素，這是因?yàn)樵诔Ｓ玫腂穩(wěn)定元素中，釩最輕，無共析反應(yīng)，但蠕變抗力只能維持到380-400C。因此高溫?zé)釓?qiáng)鈦合金中通常沒有釩而加鉬，鉬的強(qiáng)化效果比釩大，但密度大（10.22）。鎢也有同樣的效果，但鎢更重。以鈮代釩也可以改變?nèi)渥兛沽?，但鈮稀貴。Zr和Sn的加入，不降低原子之間的結(jié)合力，可提高其熱強(qiáng)性。同時(shí)能增加合金的焊接性。Mo能提高合金的室溫和高溫強(qiáng)度。尤其是提高了含Cr、Fe等元素的合金的熱穩(wěn)定性。（Cr、Fe等是共析元素，能與鈦形成慢共析反應(yīng)，在高溫長時(shí)工作的條件下，組織不穩(wěn)定，蠕變抗力差，加入Mo時(shí)，有抑止共析反應(yīng)速度的作用。Si可阻礙位錯(cuò)的移動，也提高熱強(qiáng)性。Mn,Fe,Cr等元素強(qiáng)化效果高，穩(wěn)定［3相的效果強(qiáng)，比Mo,W,Nb等輕，故應(yīng)用較多，但他們與鈦形成慢共析反應(yīng)，在高溫長時(shí)間工作的條件下組織不穩(wěn)定，如變抗力差，但同時(shí)加入MO時(shí)，可抑制共析反應(yīng)的發(fā)生，例如TC6。少量的B的加入可細(xì)化晶粒，并可增加合金的彈性摸量，例如TA5。稀土元素可顯著提高合金的高溫瞬時(shí)強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。例如含Nd的Ti55和Ti60。根據(jù)合金元素對鈦鍵合力的影響以及同鈦相互作用的特點(diǎn)，可以得出：保障具有高熱性的鈦合金里應(yīng)該含有：Al,Mo,Zr,Sn,Si。雜質(zhì)元素對鈦及鈦合金機(jī)械性能的影響鈦中的雜質(zhì)可分為兩組：a） 間隙式雜質(zhì)——、N、C、H；b） 置換式雜質(zhì)——Fe、Si。鈦中的雜質(zhì)將提高鈦的強(qiáng)度性能和降低其塑性。間隙式雜質(zhì)對鈦性能的影響比置換式雜質(zhì)的影響大得多。雜質(zhì)對鈦強(qiáng)化作用的研究表明，N是強(qiáng)化作用最大的，次之是O,最小的是C。Fe和Si是屬于置換式元素，對鈦的性能影響比間隙雜質(zhì)換要小。在低濃度范圍內(nèi)（到0.2%重量）：每萬分之一的N提高鈦的強(qiáng)度性能平均為20MPa；每萬分之一的O提高鈦的強(qiáng)度性能平均為10?12.5MPa；每萬分之一的C提高鈦的強(qiáng)度性能平均為7MPa；每萬分之一的Fe提高鈦的強(qiáng)度性能平均為2MPa；Si和Fe一樣在低濃度范圍內(nèi)（到0.5%）：每萬分之一的Si提高鈦的強(qiáng)度性能平均為2.6MPa。N和O的加入使塑性降低，有資料表明含N超過0.2%（重量），將造成鈦脆性斷裂；當(dāng)O含量大于0.7%時(shí)，使鈦完全失去塑性變形的能力。一般工業(yè)鈦合金中的O含量范圍是0.05?0.4%,而更常用的范圍是0.1?0.25%。應(yīng)該說明美國發(fā)明了一些O量特別低的合金，以便在低溫使用時(shí)具有良好的韌性及缺口敏感性，稱為ELI（意為極低的間隙原子）級合金。在ELI級合金中O含量低到0.13%以下。有時(shí)為了特殊的目的，在合金中有意增加O的含量。在ELI合金中由于間隙元素含量極低，因此強(qiáng)度也稍低。例如ELI含量范圍的Ti-5Al-2.5Sn（0.12%0）的強(qiáng)度?630MPa，而在普通純度范圍（0.20%O）其強(qiáng)度增加至?770MPa。隨著間隙元素含量的增加，合金的缺口敏感性也增大，而這在低溫條件下更為顯著。合金成分中的間隙元素O、N、H等的含量減少時(shí)，斷裂韌性升高，裂紋擴(kuò)展速率下降。例如當(dāng)O含量由0.2%減少到0.1?0.13%（重量）時(shí)，斷裂韌性K1c幾乎增加兩倍，但強(qiáng)度（Ob）將下降10%。氧含量太低，如V0.08%時(shí)韌性雖更高，但屈服極限太低。關(guān)于合金元素對鈦合金低溫性能的影響技術(shù)部門要求采用能滿足在低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)件日益增多。如宇宙飛行器中的液氧貯箱，工作溫度為-183°C，液氫貯箱為-253°C，液氦為-269°C。在這樣低的溫度下要求材料具有良好的機(jī)械性能，小的缺口敏感性和沒有冷脆性等。鈦合金在低溫下作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用，由于比強(qiáng)度高，而使結(jié)構(gòu)件重量輕；并且隨著溫度降低強(qiáng)度提高，并保持滿意的塑性和缺口敏感性。另外，鈦合金的導(dǎo)熱率低、膨脹系數(shù)小，這恰好是液體燃料貯箱和管道所要求的。合金在低溫下工作能力決定于對應(yīng)力集中的敏感性，此敏感性決定于具有缺口試樣的強(qiáng)度極限OBH與光滑試樣強(qiáng)度極限OB的比值，或者是用具有缺口試樣的強(qiáng)度極限OBH與光滑試樣屈服極限O0.2的比值。以及在拉伸試驗(yàn)時(shí)缺口試樣和光滑試樣的延伸率或是斷面收縮率比值?H/6或屮H/屮）。如果OBH/OB>1則認(rèn)為材料對應(yīng)力集中不敏感。對應(yīng)用在低溫工作的鈦合金合金化的基本原則介紹如下：其加入的合金元素在元素周期表中的位置應(yīng)接近于鈦的位置，使合金在低溫下保持有高的塑性。如Zr、Hf、V、Nb、Ta和Mo。前面兩個(gè)元素同a-Ti形成連續(xù)固溶體，其余則屬于B同晶型穩(wěn)定劑。上述所有元素同鈦都不形成化合物，也沒有共析反應(yīng)，并隨著溫度下降，V、Nb、Ta和Mo在鈦中的溶解度增加，為了在低溫下保持其高的塑性，合金元素在鈦中的含量不能超過在a相中的溶解度極限。所以在低溫技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的是具有密排六方結(jié)構(gòu)的a合金，而不是a+B合金和B合金。間隙雜質(zhì)(O、N、C)強(qiáng)烈提高所有鈦合金的冷脆傾向。所以在低溫下必須要求合金中間隙雜質(zhì)要少。其O含量不能超過0.12%。顯微也有著重要的影響，顯微結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是細(xì)小的等軸晶粒。雖然Fe不是間隙元素，但低溫時(shí)它也脆化鈦太合金。Ti-6A1-4V(ELI)這種低間隙元素的鈦合金在-200°C(73K)時(shí)其延伸率才開始降低，故可用在-200C下使用的設(shè)備結(jié)構(gòu)材料。但在-200C時(shí)這種合金的延伸率只有10%左右，而拉伸強(qiáng)度卻達(dá)到1350MPa左右。這是在低溫下使用這種合金時(shí)必須注意的。Ti-5Al-2.5Sn(ELI)這種低間隙元素的鈦合金在-250C以下時(shí)，其延伸率尚無明顯地變化，仍保持在15%左右。而拉伸強(qiáng)度卻上升到1400MPa以上。為了保持這種合金良好的低溫特性，必須嚴(yán)格控制它的間隙元素含量，如Fe的含量應(yīng)控制在0.25%以下；O的含量應(yīng)控制在0.12以下；其它間隙元素含量(H、N、C)也應(yīng)低于普通合金的含量。工業(yè)純鈦(TA1、TA2)，這兩種工業(yè)純鈦在Fe含量為0.095%,O含量為0.08%，H含量為0.0009%,N含量為0.0062%時(shí)，-269C時(shí)抗拉強(qiáng)度為600?800MPa,約為室溫時(shí)兩倍。其延伸率只由室溫時(shí)的50%下降到40%，它可用在-253C以下的低溫材料。3、如何正確地使用鈦雖然鈦及其合金具有比強(qiáng)度高，高溫和低溫性能好，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但如果使用不當(dāng)，未能揚(yáng)長避短，仍會達(dá)不到預(yù)期的效果，反而造成不應(yīng)有的損失。如何正確地使用鈦呢?在選用鈦材時(shí)應(yīng)仔細(xì)地考慮下列問題：1．腐蝕環(huán)境工業(yè)純鈦和某些鈦合金在中性，氧化性的環(huán)境中，具有優(yōu)良的耐蝕性能。在弱的還原性環(huán)境中也保持著鈍態(tài)。在強(qiáng)的還原性酸中被腐蝕；但在與腐蝕防止劑共存的還原性環(huán)境中耐蝕性良好，即使對于王水也有良好的耐蝕性。在高溫鹽類，濕氯氣，硝酸、各種漂白劑等腐蝕環(huán)境中具有耐蝕性。鈦在數(shù)伏電壓之下作為陽極處于鈍性，所以被利用在陽極處理，電解和電鍍中。在海水中不產(chǎn)生點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。有較大的抵抗應(yīng)力腐蝕破裂，接觸腐蝕和磨蝕的能力。對有機(jī)酸除蟻酸(不通氣)等以外都具有較好的耐蝕性能。焊接幾乎不降低鈦的耐蝕性。雖然鈦材在上述的腐蝕性介質(zhì)中具有優(yōu)良的耐蝕性能，但在選用鈦材作為耐蝕材料時(shí)，仍必須注意以下幾點(diǎn)：工業(yè)純鈦在靜止的高溫，高濃度的硝酸溶液中的耐蝕性能較好，但在流動的硝酸溶液中往往由于缺少起緩蝕作用的四價(jià)鈦離子而遭到腐蝕。故在這種環(huán)境中采用鈦時(shí)應(yīng)選用Ti—5Ta合金。鈦在海水和氯化物溶液中不發(fā)生點(diǎn)蝕，但在含有氯化鎂、氯化鋁，氯化銅，氯化鋅和氯化鈣的沸騰溶液中發(fā)生點(diǎn)蝕。工業(yè)純鈦在溫度高于90C的海水中有發(fā)生縫隙腐蝕的可能性，故在這種環(huán)境中，推薦選用Ti—0．2Pd合金。工業(yè)純鈦在碳?xì)浠衔锛昂?，氟的碳?xì)浠衔镏胁话l(fā)生腐蝕。但在有水的情況下，水解而產(chǎn)生鹽酸和氫氟酸，對鈦產(chǎn)生腐蝕。當(dāng)碳?xì)浠衔镌诟邷叵路纸舛a(chǎn)生氫時(shí)，鈦可能吸收氫，而產(chǎn)生氫脆。鈦不受潮濕氯氣(含1％以上的水份)以及二氧化硫、二氧化碳，硫化氫等氣體的腐蝕；但在干燥的氯氣中遭受腐蝕，并引起著火自燃。在253?93C溫度范圍內(nèi)，鈦對氫和過氧化氮的耐蝕性優(yōu)良，但在氣態(tài)氧，液態(tài)氧和某些氧分壓高的水溶液中，也可能引起鈦著火自燃。在這種環(huán)境中使用鈦時(shí)，必須慎重。工業(yè)純鈦一般不發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂，但在含有微量鹽酸的甲醇、乙醇為主的有機(jī)溶劑中和在發(fā)煙硝酸中易發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂或著火自燃。鈦設(shè)備在發(fā)煙硝酸中有可能發(fā)生爆炸。鈦與電位較低的金屬接觸，則低電位金屬發(fā)生腐蝕。腐蝕的程度取決于與鈦接觸的金屬表面積比例。雖然鈦對于pH值大于9的堿液具有較好的耐蝕性能，但由于在較高的溫度下易產(chǎn)生氫脆，因此，鈦僅用在低溫下的堿液中。當(dāng)堿液中含有游離氯時(shí)，則提高鈦對堿液的耐蝕性。反之，當(dāng)堿液中含有氧和氨時(shí)，則加劇堿液對鈦的腐蝕。2鈦的化學(xué)、物理、機(jī)械性能的特點(diǎn)鈦和鈦合金與其他金屬一樣，在化學(xué)，物理和機(jī)械性能方面具有它獨(dú)自的特點(diǎn)。有些性能不同于碳鋼，不銹鋼等黑色金屬，也不同于常用的有色金屬——鋁，鉛等。因此，在使用鈦材時(shí)必須注意以下這些特點(diǎn)：鈦是一種化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷慕饘伲谳^高溫度下可與許多元素和化合物發(fā)生反應(yīng)，特別是與空氣中的氮、氧，氫等氣體發(fā)生反應(yīng)，使鈦的性能變壞。這是在鈦的熔煉、加工、制造和使用過程中必須認(rèn)真考慮的一個(gè)問題。鈦的線膨脹系數(shù)約為碳鋼的三分之二，相當(dāng)于不銹鋼的一半。當(dāng)用鈦制造碳鋼或不銹鋼容器的襯里時(shí)，或者用鈦制造管殼式熱交換器列管，而外殼用碳鋼或不銹鋼制造時(shí)，要認(rèn)真考慮設(shè)備在升降溫過程中，襯里和列管承受的熱應(yīng)力。鈦的導(dǎo)熱系數(shù)比碳鋼小4.5倍，比不銹鋼稍低。因此，鈦制設(shè)備在高溫下使用時(shí)，在殼壁中易形成高的溫度梯度，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力或熱疲勞應(yīng)力。但此缺點(diǎn)為它的線膨脹系數(shù)較低而有所補(bǔ)償。另外，鈦的導(dǎo)熱系數(shù)雖低，但不影響傳熱效率。這是由于鈦具有較好的抗污染能力，不使氣體呈膜狀凝結(jié)而成滴狀凝結(jié)，能耐較高流速的沖刷腐蝕，能使設(shè)備臂或管臂做的很薄等特點(diǎn)。因此，鈦具有較好的傳熱性能。2.4鈦的熔點(diǎn)較高，通常為1668±4°C。比碳鋼約高130°C，比不銹鋼約高243°C,再加上它的導(dǎo)熱系數(shù)較低。因此，焊縫金屬在高溫區(qū)的停留時(shí)間稍長，易造成晶粒粗大，塑性降低和焊接時(shí)易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。這是在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)必需仔細(xì)考慮的。鈦的導(dǎo)電性較差。若以銅的導(dǎo)電率為100％，則鈦僅為3．1％。但它的導(dǎo)電率接近于不銹鋼。這是在設(shè)計(jì)鈦電極時(shí)必須考慮的。鈦的彈性模量較低，約為碳鋼或不銹鋼的二分之一左右。所以在設(shè)計(jì)抗彎曲的構(gòu)件時(shí)，應(yīng)給予特別的注意。鈦具有顯著的回彈特性，其回彈能力是不銹鋼冷成型時(shí)的2—3倍。這是由于鈦的屈服限與彈性模量比值大和屈強(qiáng)比也較大，以致在成形時(shí)另件內(nèi)部存在著較大的應(yīng)力。所以鈦設(shè)備一般不適于冷態(tài)沖壓加工，而需用熱成形或者冷沖壓熱校形工藝。鈦和不銹鋼一樣，容易發(fā)生粘連。因此，對于未經(jīng)特殊處理的鈦不宜制作承受摩擦的工件，否則，它們會因擦傷或咬死而迅速報(bào)廢。在不得不采用鈦?zhàn)鳛檫\(yùn)動元件時(shí)，必須選擇可以使鈦承受摩擦的材料(如塑料)制成摩擦副件，或者表面進(jìn)行硬化處理，或者使用不同牌號的鈦合金制成摩擦副。在螺旋摩擦副中應(yīng)采用間隙較大的螺旋配合或加潤滑劑。2.9鈦的抗拉強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低。當(dāng)溫度達(dá)到250C時(shí)，其抗拉強(qiáng)度只有室溫下的一半。而且鈦的拉伸曲線沒有物理屈服極限，，只有條件屈服極限，因此，在計(jì)算鈦設(shè)備的強(qiáng)度時(shí)，必須選用設(shè)計(jì)溫度下的強(qiáng)度限。2.10鈦的抗蠕變性能差，不僅在高溫，即使在常溫下也發(fā)生蠕變行為。它的蠕變極限通常先隨溫度增加而降低，但到120C時(shí)，蠕變極限開始重新增加，在200C時(shí)達(dá)最大值。此后，蠕變極限又隨溫度繼續(xù)增加而降低。通常在200?300C的溫度范圍內(nèi)遵循穩(wěn)定的蠕變特性。因此，在計(jì)算鈦制設(shè)備強(qiáng)度時(shí)，不僅需要按設(shè)計(jì)溫度下的強(qiáng)度限計(jì)算；而且還需按蠕變限進(jìn)行校核。2.11工業(yè)純鈦的塑性與溫度有特殊的關(guān)系。由室溫至200C時(shí)，鈦的相對延伸率增加。再繼續(xù)升溫，則開始下降。在450?500°C時(shí)相對延伸率達(dá)到最小值，隨后又明顯上升。因此，它的使用溫度最好不超過350Co2.12國產(chǎn)工業(yè)純鈦的沖擊強(qiáng)度較低，有的在室溫下僅8.0公斤力?米/厘米2。但隨著溫度的上升而增加。當(dāng)溫度超過200C時(shí)，沖擊強(qiáng)度迅速增加。到550C時(shí)，沖擊強(qiáng)度可達(dá)18公斤力?米/厘米2左右。而且它的沖擊值隨著雜質(zhì)含量增加而降低。所以在設(shè)計(jì)鈦制設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡量避免應(yīng)力集中，防止產(chǎn)生過大的局部峰值應(yīng)力。鈦的硬度和強(qiáng)度隨著冷變形的程度增加而增加。如冷變形度為80％的試樣的強(qiáng)度極限比完全退火的試樣大1倍。隨著冷變形程度的提高，延伸率值迅速下降。當(dāng)冷變形度超過50％時(shí)，延伸率降到10％以后，不再繼續(xù)下降。而且鈦的機(jī)械性能與變形速率有關(guān)。當(dāng)拉伸速率由0.01分鐘提高到1.5分鐘時(shí)，它的強(qiáng)度限由36.5公斤.力/毫米2提高到42.5公斤?力/毫米2,延伸率明顯下降，隨后又上升。因此，鈦材在冷沖壓時(shí)，要嚴(yán)格控制變形程度和變形速率。鈦具有較優(yōu)良的抗疲勞性能，但對缺口的敏感性較高。在旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)中，其疲勞強(qiáng)度對拉伸強(qiáng)度