鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬,鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用於各個領域。上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性,相繼對其進行研究開發,並得到了實際應用。
第一個實用的鈦合金是1954年美國研制成功的Ti-6Al-4V合金,由於它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好,而成為鈦合金工業中的合金,該合金使用量已佔全部鈦合金的75%∼85%。其他許多鈦合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。
20世紀50∼60年代,主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金,70年代開發出一批耐蝕鈦合金,80年代以來,耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展。耐熱鈦合金的使用溫度已從50年代的400℃提高到90年代的600∼650℃。A2(Ti3Al)和r(TiAl)基合金的出現,使鈦在發動機的使用部位正由發動機的冷端(風扇和壓氣機)向發動機的熱端(渦輪)方向推進。結構鈦合金向高強、高塑、高強高韌、高模量和高損傷容限方向發展。
另外,20世紀70年代以來,還出現了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形狀記憶合金,並在工程上獲得日益廣泛的應用。
上已研制出的鈦合金有數百種,的合金有20∼30種,如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。
據相關統計數據,2012年我國化工行業用鈦量達2.5萬噸,比2011年有所減少。這是自2009年以來,我國化工用鈦市場出現負增長。近些年來,化工行業一直是鈦加工材大的用戶,其用量在鈦材總用量的佔比一直保持在50%以上,2011年佔比高達55%。但隨著經濟陷入低迷期,化工行業不但新建項目明顯減少,同時還將面臨產業結構調整,部分產品新建產能受到控制,落後產能也將逐步淘汰的境地。受此影響,其對鈦加工材用量的萎縮也變得順理成章。在此之前,便有業內人士預測化工行業用鈦量在2013~2015年間達到峰值。以當前市場表現看來,2012年整體經濟的疲軟有可能使得化工用鈦的衰退期提前。
編輯
鈦合金是以鈦為基礎加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體:882℃以下為密排六方結構α鈦,882℃以上為體心立方的β鈦。
合金元素根據它們對相變溫度的影響可分為三類:
穩定α相、提高相轉變溫度的元素為α穩定元素,有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素,它對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。
穩定β相、降低相變溫度的元素為β穩定元素,又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等;後者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。
對相變溫度影響不大的元素為中性元素,有鋯、錫等。
氧、氮、碳和氫是鈦合金的主要雜質。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對鈦合金有顯著強化效果,但卻使塑性下降。通常規定鈦中氧和氮的含量分別在0.15∼0.2%和0.04∼0.05%以下。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過多的氫會產生氫化物,使合金變脆。通常鈦合金中氫含量控制在 0.015%以下。氫在鈦中的溶解是可逆的,可以用真空退火除去。