發(fā)布日期：2019-8-22 14:59:40
按照鈦材料的分類,對(duì)其主要特征說明如下。
1.2.2.1、工業(yè)純鈦(純鈦、CP鈦)
在日本國(guó)內(nèi),它是一般通用性種類的使用材料,通稱為純鈦為它含有少量的0、N、C、Fe、H雜質(zhì),所以使用工業(yè)性含義。因?yàn)槠錇楦呒兌肉?所以稱其為工業(yè)純鈦( Commercially Pure Titanium)。純鈦強(qiáng)度方面,含有雜質(zhì),主要取決于0和Fe的數(shù)量,在JS標(biāo)準(zhǔn)中,由O、Fe含量少的軟的1種開始到O、Fe含量多的硬的4種,規(guī)定4種類。美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)亦同樣有4個(gè)種類的純鈦,進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)要求具有耐腐蝕性和加工性時(shí),要選擇JS1種那樣軟的材料,當(dāng)要求高強(qiáng)度和較高強(qiáng)度時(shí),則選擇O、Fe含有量高的軟高強(qiáng)度材料。日本國(guó)內(nèi),最一般的純鈦是強(qiáng)度與加工性并存較優(yōu)的JS兩種材料,應(yīng)用在大幅度范圍內(nèi)。這種材料的抗拉強(qiáng)度實(shí)際值約為380MPa,與低碳鋼強(qiáng)度相媲美。
絕對(duì)純的鈦雖說是沒有,但純鈦及在以后所講到的耐腐蝕性合金,作為鋼復(fù)合型(包層型)材料,使用范圍很廣。以鋼材強(qiáng)度和薄層純鈦軋成耐腐蝕性鈦合金是一種承擔(dān)各自功能的復(fù)合材料。
選定鈦時(shí),除知曉上述力學(xué)性能之外,還有重要的一面,即需知道其物理性質(zhì)特征。在表1-3中,將純鈦物理性質(zhì)與其他通用金屬進(jìn)行比較,值得注視的各項(xiàng)物理性質(zhì)如下所述。
(1)在密度方面,它與鋁合金、鎂合金相比稍大,大約是鋼的60%,銅的一半。
(2)在線[膨)脹系數(shù)方面,約為不銹鋼的一半,是鋁合金的1/3,對(duì)溫度變化而引起的尺寸及形狀變化小。
(3)熱導(dǎo)率與不銹鋼相當(dāng),與鋁合金及鎂合金相比極小,用密度x質(zhì)量熱容來表示其體積熱容量,為低。即升溫容易、熱傳導(dǎo)不利。
(4)電導(dǎo)率低,與銅相比,其電阻率將近高30倍,與其他金屬相比,它和不銹鋼同列,導(dǎo)電不利。
(5)縱彈性模量為鋼鐵材料的一半,易于撓曲。
除這些代表性的物理特性而外,具有非磁性,短輻射能半衰期，儲(chǔ)氫性能，可成色性等特征。
表1-3通用金屬的物理特性
1.2.2.2、耐腐蝕性鈦合金
耐腐蝕性鈦合金是指添加微量有效元素生成的耐腐蝕性鈦合金。
鈦材料耐腐蝕性是由于在表面上,形成不動(dòng)態(tài)薄膜(穩(wěn)定氧化膜),在提供氧的氧化性酸(硝酸等)、含氯離子環(huán)境中,它和鉑(白金)具備相等以上的優(yōu)越耐腐蝕性。但在還原性酸(鹽酸、硫酸、磷酸等)環(huán)境下,就發(fā)生全面腐蝕,還有在存有氯離子的水溶液中,凸緣面縫隙間,會(huì)產(chǎn)生縫隙腐蝕。在這種環(huán)境中,能提高耐腐蝕性的有元素是鉑族元素P、P和Ru等,微量的Pd單獨(dú)添加合金,如若采用代替高價(jià)的P單獨(dú)添加時(shí),則要開發(fā)廉價(jià)的M,NRu、Co、Cr等復(fù)合微量添加的廉價(jià)型的耐腐蝕性合金。添加微量元素可形成氧化薄膜,促進(jìn)改善耐腐蝕性。
在強(qiáng)度方面其與純鈦相同,依據(jù)0和Fe進(jìn)行控制,其加工性、焊接性與純鈦相同。耐腐蝕性鈦合金大多數(shù)由日本國(guó)內(nèi)加工廠開發(fā),日本是以純鈦為基礎(chǔ),反映出作為耐腐蝕材料的需求主體。開發(fā)的耐腐蝕性鈦合金大多數(shù)均在JS和ASTM標(biāo)準(zhǔn)中,作為通用材料得到公眾認(rèn)可。
1.2.2.3、改善強(qiáng)度及加工性的鈦合金
這類鈦合金是指為改善強(qiáng)度及加工性而添加合金元素生成的鈦合金。
屬于此分類的鈦合金,狹義稱為鈦合金。鈦材的性能以相變的晶格結(jié)構(gòu)而決定。鈦與鋼鐵同樣引起同素異晶、純鈦在高溫的β相稱為體心立方晶格,相變以下,則稱為a相,為呈現(xiàn)密排六方晶格的結(jié)晶組織。鈦所添加的合金元素,為使這兩個(gè)相穩(wěn)定化以元素進(jìn)行區(qū)別,A1、0、N、C可使a相穩(wěn)定,Mo、V、Nb、Fe、Cr、Ni可使β相穩(wěn)定。Sn、Zr分類在中性型元素,a、B無論哪一個(gè)相,多數(shù)是固溶。這樣為使相穩(wěn)定而添加合金元素,根據(jù)常溫中的相,即為了調(diào)整金相組織,設(shè)計(jì)出具備目的性要求的合金。這些合金根據(jù)
其結(jié)晶組織而分為:(1)a合金;(2)aB合金;(3)B合金。在圖1-5中示出添加元素對(duì)特性的影響,在每個(gè)合金分類中,一并表示出具有代表性的合金。其每個(gè)合金的代表性特征,以A1作為a穩(wěn)定劑,它具備焊接性、延展性優(yōu)越的高溫特性,而且在極低的溫度中也能呈現(xiàn)高度的延展性和韌性。在歐美作為鈦合金主流開發(fā)之一,作為有耐熱性要求的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)材料而大量開發(fā)a合金,最近在日本國(guó)內(nèi),作為汽車、兩輪車消聲器材料,重視具有高溫特性的a合金,在進(jìn)行開發(fā)的同時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作。
關(guān)于B合金的特征,呈現(xiàn)出在常溫下,體心立方晶格β組具有固溶處理狀態(tài)優(yōu)越的加工性,且富有熱處理敏感性,還可以從固溶時(shí)效處理(亦稱固溶時(shí)效硬化處理)達(dá)到高強(qiáng)度化,獲得合金中的最高強(qiáng)度。在日本設(shè)計(jì)出多種合金系列,作為高爾夫球棍上的球頭材料,已經(jīng)得到實(shí)用。還有在β合金中,為使耐腐蝕性提高含10%M以上,含有大量合金成分的系列,有望成為非氧化環(huán)境中的耐腐蝕性合金。
a-B合金為上述的a合金與B合金的特征進(jìn)行很好的組合而形成的合金,其代表例為T6A4V合金。談到鈦合金以此合金作為榜樣,這種合金占有鈦合金需要量的70%。它具備了延展性和韌性而高強(qiáng)度化,其加工性、焊接性都很好,從飛機(jī)到民用品在廣大領(lǐng)域中使用�；蛘咭员冗@種性能更高的合金作為目標(biāo),積極地去開發(fā),對(duì)廉價(jià)的A、Fe、O、N等金屬元素,同樣可開發(fā)廉價(jià)型合金。aB合金,因?yàn)樗莾上嘟M織,在組織微細(xì)化、兩相組織分率當(dāng)化的同時(shí),變形條件最適當(dāng)化,可引起晶界滑移成為變形主體的超塑性現(xiàn)象。即發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí),當(dāng)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)其延伸值為從百分之?dāng)?shù)百到百分之?dāng)?shù)千,說明復(fù)雜形狀變形容易。這種現(xiàn)象進(jìn)行有效應(yīng)用,可在加工方法上得到積極采用,在開發(fā)優(yōu)質(zhì)超塑性合金的同時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
1.2.2.4、高純鈦
形成薄膜用的陰極真空噴鍍材料,其產(chǎn)量在增加,4N(99.99%)4N5(99.995%)、5N、6N的等級(jí)屬于一般的。原料是CP鈦,以相同工藝生產(chǎn)的海綿鈦,在選用原材料上要嚴(yán)格控制管理才能確保生產(chǎn)出高品位的成品。
1.2.2.5、功能性鈦合金
在鈦合金上,所附加的特異功能是非常適用的合金,對(duì)功能性鈦合金進(jìn)行分類,其代表型合金為：
①在液體氦(He)溫度下,具有優(yōu)良超導(dǎo)基本特性的NbT系列超導(dǎo)合金。
②在變形以后的轉(zhuǎn)變溫度以上進(jìn)行加熱,能具備回復(fù)原形功能的Ni系列形狀記憶合金。
③在下個(gè)年代能占領(lǐng)輕量耐熱材料位置的TA系金屬間化合物。
④低彈性模量與高強(qiáng)度兩項(xiàng)并舉,具有巨大彈性變形功能的超彈性合金[T2(Nb、Ta、V)+(Zr、H)+0]合金等,可以研發(fā)成功、投入生產(chǎn)�，F(xiàn)只對(duì)超彈性合金進(jìn)行簡(jiǎn)單解說,可以同時(shí)達(dá)到超低彈性模量(約40GPa)、超強(qiáng)度(大于2000MPa)、2.5%以上巨大彈性變形性能,還可以在99.9%以上冷加工過程中,不產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象,這種夢(mèng)想般的合金,作為汽車部件彈簧及眼鏡框架等民用品領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用性發(fā)展。