书城科普读物神奇的新材料(海洋与科技探索之旅)
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第37章 钛及钛合金

钛是一种银白色的金属,密度为4.5克/立方厘米,比铁小很多;钛的熔点为1668℃,比铁还要高;热胀系数小,作为耐热材料很有潜力;其制成的钛合金抗拉强度可达1500兆帕,可与超高强度钢媲美,钛的比强度是常用工程材料中最高的;钛合金可在550℃以下工作,优于铝合金及一般钢;钛和钛合金的低温韧性很好,在-253℃(液氮温度)时仍有良好韧性,是最理想的能在超低温下使用的工程金属材料。

钛在550℃以下的空气中,表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,使其在大气、海水、硝酸、硫酸等氧化性介质及强碱中的耐蚀性优于大多数不锈钢。但如与液态氧、高压氧接触时,则会发生燃烧或爆炸。

钛与氮、碳结合生成的氮化钛、碳化钛也是非常耐热及坚硬的物质,是制作高耐热高耐磨工具的材料,而金黄色的氮化钛像黄金一样闪亮,已成为一种高级仿金装饰膜材料。

然而,钛有个最大的缺点,就是提炼比较困难。这主要是因为钛在高温下极易与氧、碳、氮等元素化合,所以人们曾把钛当做“稀有金属”。其实,钛的含量约占地壳质量的0.6%,比铜、锡、锰、锌的总和还要多10多倍。四川攀枝花的钒钛铁复合矿中,钛的储藏量占全国90%以上,在世界上也名列前茅。也许用不了多久,钛的冶炼技术一旦有突破,价格一定也会直线下降,定会成为继铁、铝之后的“第三金属”而被广泛应用。

纯钛的强度不太高(σb≈240兆帕,σ≈50%),为提高纯钛的强度等性能,常加入铝、铬、钼、锡、钒、硼、铌等制成钛合金。由添加元素种类及退火组织可分为三种钛合金:

.α型钛合金(TA型)此类合金退火组织为单相α固溶体(为密排六方晶格),不可热处理强化,强度较低,但高温强度、低温韧性及耐蚀性优于其他钛合金。主要用于500℃以下工作的零件,如导弹燃料罐,飞机压气机叶片,飞机蒙皮、骨架、超低温容器等。

.β型钛合金(TB型)此类合金(体心立方晶格)塑性好,易冷成形。其主要用于飞机上使用温度不高但要求高强度的零部件,如弹簧、紧固件、轴等。

.α+β型钛合金(TC型)此类合金兼有α型和β型钛合金的特点:强度高、塑性好,具有良好的耐热、耐蚀及低温韧性,综合性能突出,应用最广。主要用于400℃以下工作的飞机压气机叶片、火箭外壳、火箭液氢燃料箱、耐海水腐蚀的受力零件及化工耐蚀零件;也可制作眼镜架或作为生物材料制作人工骨骼及固定件等。