發布日期：2019-8-22 14:59:40
按照鈦材料的分類,對其主要特征說明如下。
1.2.2.1、工業純鈦(純鈦、CP鈦)
在日本國內,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,所以使用工業性含義。因為其為高純度鈦,所以稱其為工業純鈦( Commercially Pure Titanium)。純鈦強度方面,含有雜質,主要取決于0和Fe的數量,在JS標準中,由O、Fe含量少的軟的1種開始到O、Fe含量多的硬的4種,規定4種類。美國ASTM標準亦同樣有4個種類的純鈦,進行標準化。當要求具有耐腐蝕性和加工性時,要選擇JS1種那樣軟的材料,當要求高強度和較高強度時,則選擇O、Fe含有量高的軟高強度材料。日本國內,最一般的純鈦是強度與加工性并存較優的JS兩種材料,應用在大幅度范圍內。這種材料的抗拉強度實際值約為380MPa,與低碳鋼強度相媲美。
絕對純的鈦雖說是沒有,但純鈦及在以后所講到的耐腐蝕性合金,作為鋼復合型(包層型)材料,使用范圍很廣。以鋼材強度和薄層純鈦軋成耐腐蝕性鈦合金是一種承擔各自功能的復合材料。
選定鈦時,除知曉上述力學性能之外,還有重要的一面,即需知道其物理性質特征。在表1-3中,將純鈦物理性質與其他通用金屬進行比較,值得注視的各項物理性質如下所述。
(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)脹系數方面,約為不銹鋼的一半,是鋁合金的1/3,對溫度變化而引起的尺寸及形狀變化小。
(3)熱導率與不銹鋼相當,與鋁合金及鎂合金相比極小,用密度x質量熱容來表示其體積熱容量,為低。即升溫容易、熱傳導不利。
(4)電導率低,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,形成不動態薄膜(穩定氧化膜),在提供氧的氧化性酸(硝酸等)、含氯離子環境中,它和鉑(白金)具備相等以上的優越耐腐蝕性。但在還原性酸(鹽酸、硫酸、磷酸等)環境下,就發生全面腐蝕,還有在存有氯離子的水溶液中,凸緣面縫隙間,會產生縫隙腐蝕。在這種環境中,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單獨添加合金,如若采用代替高價的P單獨添加時,則要開發廉價的M,NRu、Co、Cr等復合微量添加的廉價型的耐腐蝕性合金。添加微量元素可形成氧化薄膜,促進改善耐腐蝕性。
在強度方面其與純鈦相同,依據0和Fe進行控制,其加工性、焊接性與純鈦相同。耐腐蝕性鈦合金大多數由日本國內加工廠開發,日本是以純鈦為基礎,反映出作為耐腐蝕材料的需求主體。開發的耐腐蝕性鈦合金大多數均在JS和ASTM標準中,作為通用材料得到公眾認可。
1.2.2.3、改善強度及加工性的鈦合金
這類鈦合金是指為改善強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構而決定。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,為呈現密排六方晶格的結晶組織。鈦所添加的合金元素,為使這兩個相穩定化以元素進行區別,A1、0、N、C可使a相穩定,Mo、V、Nb、Fe、Cr、Ni可使β相穩定。Sn、Zr分類在中性型元素,a、B無論哪一個相,多數是固溶。這樣為使相穩定而添加合金元素,根據常溫中的相,即為了調整金相組織,設計出具備目的性要求的合金。這些合金根據
其結晶組織而分為:(1)a合金;(2)aB合金;(3)B合金。在圖1-5中示出添加元素對特性的影響,在每個合金分類中,一并表示出具有代表性的合金。其每個合金的代表性特征,以A1作為a穩定劑,它具備焊接性、延展性優越的高溫特性,而且在極低的溫度中也能呈現高度的延展性和韌性。在歐美作為鈦合金主流開發之一,作為有耐熱性要求的飛機發動機材料而大量開發a合金,最近在日本國內,作為汽車、兩輪車消聲器材料,重視具有高溫特性的a合金,在進行開發的同時進行標準化工作。
關于B合金的特征,呈現出在常溫下,體心立方晶格β組具有固溶處理狀態優越的加工性,且富有熱處理敏感性,還可以從固溶時效處理(亦稱固溶時效硬化處理)達到高強度化,獲得合金中的最高強度。在日本設計出多種合金系列,作為高爾夫球棍上的球頭材料,已經得到實用。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度化,其加工性、焊接性都很好,從飛機到民用品在廣大領域中使用。或者以比這種性能更高的合金作為目標,積極地去開發,對廉價的A、Fe、O、N等金屬元素,同樣可開發廉價型合金。aB合金,因為它是兩相組織,在組織微細化、兩相組織分率當化的同時,變形條件最適當化,可引起晶界滑移成為變形主體的超塑性現象。即發生這種現象時,當進行拉伸試驗時其延伸值為從百分之數百到百分之數千,說明復雜形狀變形容易。這種現象進行有效應用,可在加工方法上得到積極采用,在開發優質超塑性合金的同時進行標準化。
1.2.2.4、高純鈦
形成薄膜用的陰極真空噴鍍材料,其產量在增加,4N(99.99%)4N5(99.995%)、5N、6N的等級屬于一般的。原料是CP鈦,以相同工藝生產的海綿鈦,在選用原材料上要嚴格控制管理才能確保生產出高品位的成品。
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,對功能性鈦合金進行分類,其代表型合金為：
①在液體氦(He)溫度下,具有優良超導基本特性的NbT系列超導合金。
②在變形以后的轉變溫度以上進行加熱,能具備回復原形功能的Ni系列形狀記憶合金。
③在下個年代能占領輕量耐熱材料位置的TA系金屬間化合物。
④低彈性模量與高強度兩項并舉,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,可以研發成功、投入生產。現只對超彈性合金進行簡單解說,可以同時達到超低彈性模量(約40GPa)、超強度(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,不產生加工硬化現象,這種夢想般的合金,作為汽車部件彈簧及眼鏡框架等民用品領域進行應用性發展。