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介紹

      TA1、TA2都稱(chēng)為工業(yè)純鈦，區(qū)別在于后者鐵和氧的含量要高一些，因此TA2的強(qiáng)度比TA1要高。

      GB/T 3625-2007（換熱器及冷凝器用鈦及鈦合金管）規(guī)定：

      TA1抗拉大于等于240，屈服140-310，延伸率TA1大于等于24%，工藝性能要求TA1擴(kuò)口不小于22%。

      TA2抗拉大于等于400，屈服275-450，延伸率TA2大于等于20%，工藝性能要求TA2擴(kuò)口不小于20%。

      目前基本上都是用TA2，因?yàn)門(mén)A2強(qiáng)度比較高，設(shè)計(jì)的時(shí)候壁厚可以薄一些，一方面增強(qiáng)了換熱效果，另一方面可以節(jié)約一些成本。 

      鈦制管板換熱器常采用材料為工業(yè)純鈦TA1、TA2其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見(jiàn)下表

TA1化學(xué)成分（%）

TA2及其合金化學(xué)成分（%）

TA1力學(xué)性能

TA2及其合金力學(xué)性能

鈦合金用途

      鈦合金具有強(qiáng)度高而密度又小，機(jī)械性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還有抗磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開(kāi)始的。

      航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以平均每年約 8％的增長(zhǎng)速度發(fā)展。目前世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬(wàn)余噸,鈦合 號(hào)近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦（TA1、TA2和TA3）。   

      鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為 、 和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用，用于制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。

      鈦有許多明顯優(yōu)越的特性：密度�。�4.5kg/m3）、熔點(diǎn)高（1660℃）、耐腐蝕性強(qiáng)、比強(qiáng)度高、塑性好，還可以過(guò)合金化及熱處理的辦法制造出力學(xué)性能高的各種合金,是較為理想的 工程結(jié)構(gòu)材料。

簡(jiǎn)介

      TC4又名GR5，我們又會(huì)叫它6Al4V，這是用途最廣的一種鈦合金，通常我們使用的鈦合金就是指它。它擁有良好的強(qiáng)度和延伸率。

熱處理

      mpa，TC4材料固溶強(qiáng)化處理后，強(qiáng)度增加不大，也就到1100MPa，退火狀態(tài)下強(qiáng)度一般在900MPa

熱膨脹系數(shù)

      TC4鈦合金具有優(yōu)良的耐蝕性、小的密度、高的比強(qiáng)度及較好的韌性和焊接性等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、石油化工、造船、汽車(chē)，醫(yī)藥等部門(mén)都得到成功的應(yīng)用。

力學(xué)性能

      抗拉強(qiáng)度σb/MPa≥895,規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力σr0.2/MPa≥825,伸長(zhǎng)率δ5(%)≥10,斷面收縮率ψ(%)≥25

密度

      4.5（g/cm3）工作溫度 100-550（℃）

化學(xué)成分

      TC4含鈦(Ti)余量,鐵(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氫(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,鋁(Al)5.5-6.8,釩(V)3.5-4.5

各材質(zhì)鈦合金性能用途

工業(yè)純鈦 TA1、TA2、TA3

      沖壓性能優(yōu)良�？蛇M(jìn)行各種形式的焊接,焊接性能良好,焊接接頭可達(dá)基體金屬?gòu)?qiáng)度的90%。易于鋸和砂輪切割,機(jī)械加工性能良好。耐蝕性能優(yōu)良 

      用于350℃以下、受力小的零件及沖壓成各種復(fù)雜形狀的零件。如火電站凝汽器;船用海水腐蝕的管道系統(tǒng)、閥門(mén)、泵;化工熱交換器、泵體、蒸餾塔;海水淡化系統(tǒng)、鍍鉑陽(yáng)極;飛機(jī)的骨架、蒙皮、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、橫梁等。

TA6
      具有良好的焊接性能,有較高的蠕變強(qiáng)度,但工藝可塑性較低,可熱狀態(tài)下變形,合金在承受軸向負(fù)荷時(shí),對(duì)切口沒(méi)有 性,切削性能尚好 

      400℃以下工作的零件及焊接件 

TA7
      沖壓性能差,熱塑性尚好。可進(jìn)行各種形式的焊接,性能良好,焊接接頭強(qiáng)度和塑性可與基體金屬相等。機(jī)械加工性能與工業(yè)純鈦相同。耐蝕性良好,高溫?zé)岱�(wěn)定性良好

      做500℃以下長(zhǎng)期工作的結(jié)構(gòu)件,可做各種模鍛件 

TA8
      熱塑性良好�？蛇M(jìn)行各種形式焊接,焊接性良好。機(jī)加工性與工業(yè)純鈦相同�？寡趸粤己�

      500℃以下長(zhǎng)期工作零件�？梢灾圃彀l(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤(pán)和葉片 

TC1
      沖壓性良好。可進(jìn)行各種形式焊接,焊接性良好。機(jī)加工性與工業(yè)純鈦相同�？寡趸粤己� 

      做400℃以下工作的零件。適于各種板材，沖壓和焊接零件 

TC2
      在350℃下,100h的持久強(qiáng)度在400MPa以上,熱加工有良的塑性。加熱到350-400℃,沒(méi)有發(fā)脆傾向,因此,可用其焊接在高溫下工作的零件 

      做500℃以下工作的零件、焊接件、模鍛件和彎曲加工的零件等 

TC4
      沖壓性差,熱塑性良好。可進(jìn)行各種形式的焊接,焊接接頭強(qiáng)度可達(dá)基體金屬?gòu)?qiáng)度90%。機(jī)械加工性能尚好,需要用硬質(zhì)合金,大走刀量、慢速,充分冷卻。耐蝕性能良好,熱穩(wěn)定性好。是應(yīng)用最廣的鈦合金之一 

      做400℃以下長(zhǎng)期工作的零件 

TC5
      在350以下穩(wěn)定,在更高的溫度下塑性下降。在熱狀態(tài)下可進(jìn)行鍛造、壓等變形 

      在350℃以下工作的零件 

TC9

      熱塑性尚好。機(jī)加工性與T合金相同�？刮g性高。熱穩(wěn)定性尚好 

      400℃以下長(zhǎng)期工作的零件�？芍圃靿簹鈾C(jī)盤(pán)和葉片 

TC10
      沖壓性差,熱塑性良好�？蛇M(jìn)行各種形式的焊接,焊接接頭強(qiáng)度可達(dá)基體金屬?gòu)?qiáng)度90%。機(jī)械加工性能與T合金相同 。耐蝕性能好。熱穩(wěn)定性較好,熱處理效果顯著,淬透性好 

      做450℃以下長(zhǎng)期工作

介紹

發(fā)展歷史

      鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。世界上許多 都認(rèn)識(shí)到鈦合金材料的重要性，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，并得到了實(shí)際應(yīng)用。

       個(gè)實(shí)用的鈦合金是1954年美國(guó)研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐熱性、強(qiáng)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(yè)中好的合金，該合金使用量已占全部鈦合金的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(jì)50～60年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)用的高溫鈦合金和機(jī)體用的結(jié)構(gòu)鈦合金，70年代開(kāi)發(fā)出一批耐蝕鈦合金，80年代以來(lái)，耐蝕鈦合金和高強(qiáng)鈦合金得到進(jìn)一步發(fā)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(xiàn)，使鈦在發(fā)動(dòng)機(jī)的使用部位正由發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端（風(fēng)扇和壓氣機(jī)）向發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端（渦輪）方向推進(jìn)。結(jié)構(gòu)鈦合金向高強(qiáng)、高塑、高強(qiáng)高韌、高模量和高損傷容限方向發(fā)展。

另外，20世紀(jì)70年代以來(lái)，還出現(xiàn)了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形狀記憶合金，并在工程上獲得日益廣泛的應(yīng)用。

      世界上已研制出的鈦合金有數(shù)百種，最著名的合金有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。

      據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2012年我國(guó)化工行業(yè)用鈦量達(dá)2.5萬(wàn)噸，比2011年有所減少。這是自2009年以來(lái)，我國(guó)化工用鈦市場(chǎng)首次出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。近些年來(lái)，化工行業(yè)一直是鈦加工材最大的用戶(hù)，其用量在鈦材總用量的占比一直保持在50%以上，2011年占比高達(dá)55%。但隨著經(jīng)濟(jì)陷入低迷期，化工行業(yè)不但新建項(xiàng)目明顯減少，同時(shí)還將面臨產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，部分產(chǎn)品新建產(chǎn)能受到控制，落后產(chǎn)能也將逐步淘汰的境地。受此影響，其對(duì)鈦加工材用量的萎縮也變得順理成章。在此之前，便有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)化工行業(yè)用鈦量在2013~2015年間達(dá)到峰值。以當(dāng)前市場(chǎng)表現(xiàn)看來(lái)，2012年整體經(jīng)濟(jì)的疲軟有可能使得化工用鈦的衰退期提前。

分類(lèi)

      鈦是同素異構(gòu)體，熔點(diǎn)為1668℃，在低于882℃時(shí)呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為α鈦；在882℃以上呈體心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為β鈦。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪�，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金（titanium alloys）。室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類(lèi)：α合金,(α+β)合金和β合金。中國(guó)分別以TA、TC、TB表示。

α鈦合金

      它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實(shí)際應(yīng)用溫度下，均是α相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強(qiáng)。在500℃～600℃的溫度下，仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度不高。

β鈦合金

      它是β相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強(qiáng)度，淬火、時(shí)效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá)1372～1666 MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。

α+β鈦合金

      它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合金強(qiáng)化。熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高50%～100%；高溫強(qiáng)度高，可在400℃～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。

      三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性 ，α+β鈦合金次之，β鈦合金最差。α鈦合金代號(hào)為T(mén)A，β鈦合金代號(hào)為T(mén)B，α+β鈦合金代號(hào)為T(mén)C。

      鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金（鈦-鉬，鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等。典型合金的成分和性能見(jiàn)表。

      熱處理 鈦合金通過(guò)調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認(rèn)為細(xì)小等軸組織具有較好的塑性、熱穩(wěn)定性和疲勞強(qiáng)度；針狀組織具有較高的持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。

性能

      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)，最純的碘化鈦雜質(zhì)含量不超過(guò)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/立方厘米，熔點(diǎn)為1725℃，導(dǎo)熱系數(shù)λ=15.24W/(m.K)，抗拉強(qiáng)度σb=539MPa，伸長(zhǎng)率δ=25%，斷面收縮率ψ=25%，彈性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。

強(qiáng)度高

      鈦合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，僅為鋼的60%，純鈦的密度才接近普通鋼的密度，一些高強(qiáng)度鈦合金超過(guò)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，可制出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)輕的零部件。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。