鈦是一種新型金屬、鈦的性能與所含碳、氮、氫、氧等雜質(zhì)含量有關(guān)、純的碘化鈦雜質(zhì)含量不超過0.1%、但其強(qiáng)度低、塑性高。99.5%工業(yè)純鈦的性能為:密度ρ=4.5g/cm3、熔點(diǎn)為172矽鈦合金耐磨地坪5℃、導(dǎo)熱系數(shù)λ=15.24W/(m.K)、抗拉強(qiáng)度σb=539MPa、伸長率δ=25%、斷面收縮率ψ=25%、彈性模量E=1.078×105MPa、硬度HB195。
(1)強(qiáng)度高-鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右、僅為鋼的60%、純鈦的強(qiáng)度才接近普通鋼的強(qiáng)度、一些高強(qiáng)度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料、見表7-1、可制出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件。目前飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。
(2)熱強(qiáng)度高-使用溫度比鋁合金高幾百度、在中等溫度下仍能保持所要求的強(qiáng)度,可在450~500℃的溫度下長期工作這兩類鈦合金在150℃~500℃范圍內(nèi)仍有很高的比強(qiáng)度、而鋁合金在150℃時(shí)比強(qiáng)度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達(dá)500℃、鋁合金則在200℃以下。
(3)抗蝕性好-鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作、其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼;對(duì)點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng);對(duì)堿、化物、的有機(jī)物品、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。但鈦對(duì)具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。
4)低溫性能好 鈦合金在低溫和超低溫下、仍能保持其力學(xué)性能。低溫性能好,間隙元素極低的鈦合金,如TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性。因此、鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。
(5)化學(xué)活性大- 鈦的化學(xué)活性大、與大氣中O、N、H、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。含碳量大于0.2%時(shí)、會(huì)在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC;溫度較高時(shí)、與N作用也會(huì)形成TiN硬質(zhì)表層;在600℃以上時(shí)、鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層;氫含量上升、也會(huì)形成脆化層。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達(dá)0.1~0.15 mm、硬化程度為20%~30%。鈦的化學(xué)親和性也大、易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。
(6)導(dǎo)熱系數(shù)小、彈性模量小鈦的導(dǎo)熱系數(shù)λ=15.24W/(m.K)鈦合金制品約為鎳的1/4、鐵的1/5、鋁的1/14、而各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約下降50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2、故其剛性差、易變形、不宜制作細(xì)長桿和薄壁件、切削時(shí)加工表面的回彈量很大、約為不銹鋼的2~3倍、造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結(jié)磨損。
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