发布日期：2019-8-22 14:59:40
按照钛材料的分类,对其主要特征说明如下。
1.2.2.1、工业纯钛(纯钛、CP钛)
在日本国内,它是一般通用性种类的使用材料,通称为纯钛为它含有少量的0、N、C、Fe、H杂质,所以使用工业性含义。因为其为高纯度钛,所以称其为工业纯钛( Commercially Pure Titanium)。纯钛强度方面,含有杂质,主要取决于0和Fe的数量,在JS标准中,由O、Fe含量少的软的1种开始到O、Fe含量多的硬的4种,规定4种类。美国ASTM标准亦同样有4个种类的纯钛,进行标准化。当要求具有耐腐蚀性和加工性时,要选择JS1种那样软的材料,当要求高强度和较高强度时,则选择O、Fe含有量高的软高强度材料。日本国内,最一般的纯钛是强度与加工性并存较优的JS两种材料,应用在大幅度范围内。这种材料的抗拉强度实际值约为380MPa,与低碳钢强度相媲美。
绝对纯的钛虽说是没有,但纯钛及在以后所讲到的耐腐蚀性合金,作为钢复合型(包层型)材料,使用范围很广。以钢材强度和薄层纯钛轧成耐腐蚀性钛合金是一种承担各自功能的复合材料。
选定钛时,除知晓上述力学性能之外,还有重要的一面,即需知道其物理性质特征。在表1-3中,将纯钛物理性质与其他通用金属进行比较,值得注视的各项物理性质如下所述。
(1)在密度方面,它与铝合金、镁合金相比稍大,大约是钢的60%,铜的一半。
(2)在线[膨)胀系数方面,约为不锈钢的一半,是铝合金的1/3,对温度变化而引起的尺寸及形状变化小。
(3)热导率与不锈钢相当,与铝合金及镁合金相比极小,用密度x质量热容来表示其体积热容量,为低。即升温容易、热传导不利。
(4)电导率低,与铜相比,其电阻率将近高30倍,与其他金属相比,它和不锈钢同列,导电不利。
(5)纵弹性模量为钢铁材料的一半,易于挠曲。
除这些代表性的物理特性而外,具有非磁性,短辐射能半衰期，储氢性能，可成色性等特征。
表1-3通用金属的物理特性
1.2.2.2、耐腐蚀性钛合金
耐腐蚀性钛合金是指添加微量有效元素生成的耐腐蚀性钛合金。
钛材料耐腐蚀性是由于在表面上,形成不动态薄膜(稳定氧化膜),在提供氧的氧化性酸(硝酸等)、含氯离子环境中,它和铂(白金)具备相等以上的优越耐腐蚀性。但在还原性酸(盐酸、硫酸、磷酸等)环境下,就发生全面腐蚀,还有在存有氯离子的水溶液中,凸缘面缝隙间,会产生缝隙腐蚀。在这种环境中,能提高耐腐蚀性的有元素是铂族元素P、P和Ru等,微量的Pd单独添加合金,如若采用代替高价的P单独添加时,则要开发廉价的M,NRu、Co、Cr等复合微量添加的廉价型的耐腐蚀性合金。添加微量元素可形成氧化薄膜,促进改善耐腐蚀性。
在强度方面其与纯钛相同,依据0和Fe进行控制,其加工性、焊接性与纯钛相同。耐腐蚀性钛合金大多数由日本国内加工厂开发,日本是以纯钛为基础,反映出作为耐腐蚀材料的需求主体。开发的耐腐蚀性钛合金大多数均在JS和ASTM标准中,作为通用材料得到公众认可。
1.2.2.3、改善强度及加工性的钛合金
这类钛合金是指为改善强度及加工性而添加合金元素生成的钛合金。
属于此分类的钛合金,狭义称为钛合金。钛材的性能以相变的晶格结构而决定。钛与钢铁同样引起同素异晶、纯钛在高温的β相称为体心立方晶格,相变以下,则称为a相,为呈现密排六方晶格的结晶组织。钛所添加的合金元素,为使这两个相稳定化以元素进行区别,A1、0、N、C可使a相稳定,Mo、V、Nb、Fe、Cr、Ni可使β相稳定。Sn、Zr分类在中性型元素,a、B无论哪一个相,多数是固溶。这样为使相稳定而添加合金元素,根据常温中的相,即为了调整金相组织,设计出具备目的性要求的合金。这些合金根据
其结晶组织而分为:(1)a合金;(2)aB合金;(3)B合金。在图1-5中示出添加元素对特性的影响,在每个合金分类中,一并表示出具有代表性的合金。其每个合金的代表性特征,以A1作为a稳定剂,它具备焊接性、延展性优越的高温特性,而且在极低的温度中也能呈现高度的延展性和韧性。在欧美作为钛合金主流开发之一,作为有耐热性要求的飞机发动机材料而大量开发a合金,最近在日本国内,作为汽车、两轮车消声器材料,重视具有高温特性的a合金,在进行开发的同时进行标准化工作。
关于B合金的特征,呈现出在常温下,体心立方晶格β组具有固溶处理状态优越的加工性,且富有热处理敏感性,还可以从固溶时效处理(亦称固溶时效硬化处理)达到高强度化,获得合金中的最高强度。在日本设计出多种合金系列,作为高尔夫球棍上的球头材料,已经得到实用。还有在β合金中,为使耐腐蚀性提高含10%M以上,含有大量合金成分的系列,有望成为非氧化环境中的耐腐蚀性合金。
a-B合金为上述的a合金与B合金的特征进行很好的组合而形成的合金,其代表例为T6A4V合金。谈到钛合金以此合金作为榜样,这种合金占有钛合金需要量的70%。它具备了延展性和韧性而高强度化,其加工性、焊接性都很好,从飞机到民用品在广大领域中使用。或者以比这种性能更高的合金作为目标,积极地去开发,对廉价的A、Fe、O、N等金属元素,同样可开发廉价型合金。aB合金,因为它是两相组织,在组织微细化、两相组织分率当化的同时,变形条件最适当化,可引起晶界滑移成为变形主体的超塑性现象。即发生这种现象时,当进行拉伸试验时其延伸值为从百分之数百到百分之数千,说明复杂形状变形容易。这种现象进行有效应用,可在加工方法上得到积极采用,在开发优质超塑性合金的同时进行标准化。
1.2.2.4、高纯钛
形成薄膜用的阴极真空喷镀材料,其产量在增加,4N(99.99%)4N5(99.995%)、5N、6N的等级属于一般的。原料是CP钛,以相同工艺生产的海绵钛,在选用原材料上要严格控制管理才能确保生产出高品位的成品。
1.2.2.5、功能性钛合金
在钛合金上,所附加的特异功能是非常适用的合金,对功能性钛合金进行分类,其代表型合金为：
①在液体氦(He)温度下,具有优良超导基本特性的NbT系列超导合金。
②在变形以后的转变温度以上进行加热,能具备回复原形功能的Ni系列形状记忆合金。
③在下个年代能占领轻量耐热材料位置的TA系金属间化合物。
④低弹性模量与高强度两项并举,具有巨大弹性变形功能的超弹性合金[T2(Nb、Ta、V)+(Zr、H)+0]合金等,可以研发成功、投入生产。现只对超弹性合金进行简单解说,可以同时达到超低弹性模量(约40GPa)、超强度(大于2000MPa)、2.5%以上巨大弹性变形性能,还可以在99.9%以上冷加工过程中,不产生加工硬化现象,这种梦想般的合金,作为汽车部件弹簧及眼镜框架等民用品领域进行应用性发展。