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合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类:1稳定a相、提高相转变温度的元素为a稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。
其中铝是钛合金主要合金元素,它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。
2稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素,又可分同晶型和共析型二种。
前者有钼、铌、钒等;后者有铬、锰、铜、铁、硅等。
3对相变温度影响不大的元素为中性元素,有锆、锡等。
氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。
氧和氮在a相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。
通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.%和0.%以下。
氢在a相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物,使合金变脆。
通常钛合金中氢含量控制在0.015%以下。
氢在钛中的溶解是可逆的,可以用真空退火除去。
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。
世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。
钛合金的密度一般在4.51g立方厘米左右,仅为钢的60%,纯钛的强度才接近普通钢的强度,一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。
因此钛合金的比强度(强度密度)远大于其他金属结构材料,,可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。
地球上飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。
而且,钛合金使用温度比铝合金高几百度,在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450~500范围内仍有很高的比强度,而铝合金在150c时比强度明显下降。
钛合金的工作温度可达500c,铝合金则在200c以下。
不仅仅如此,钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作,其抗蚀性远优于不锈钢;对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强;对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。
但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。
钛合金在低温和超低温下,仍能保持其力学性能。
低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如ta7,在-253c下还能保持一定的塑性。
因此,钛合金也是一种重要的低温结构材料。
如此多的优点,很多人曾经认为,钛合金制造的飞船。
会是在宇宙之中存活最久的,但是现在看光洁如新的强子级钛合金外壳,李安才知道,外星科技,那是真心的牛逼啊!
钛合金,也是有着很多的缺点的。
钛合金零部件尽管具有如此优越的性能,但距钛及其合金普遍应用在汽车工业中还有很大的距离,原因包括价格昂贵、成形性不好及焊接性能差等问题。
随着近年来钛合金近净成形技术及电子束焊、等离子弧焊、激光焊等现代焊接技术的发展,钛合金的成形及焊接问题已不再是制约钛合金应用的关键因素,阻碍钛合金普遍应用于汽车工业的最主要原因还是成本过高。
无论是金属最初的冶炼还是后续的加工。
钛合金的价格都远远高于其他金属。
汽车工业能够接受的钛制零件成本,用连杆钛材8~13美元kg,气阀用钛材13~20美元kg,弹簧、发动机排气系统及紧固件用钛材希望在8美元kg以下。
而目前用钛材料生产的零件成本比这些价格高了很多,钛板材的生产成本大多数高于33美元kg,是铝板材的6~15倍,钢板材的45~83倍。