3、钛及钛合金、钛及钛合金 钛属于难熔稀有金属，熔点1672。同时也是三大轻金属（Al，Mg，Ti）结构材料之一。 1790年发现钛元素，世界上建立钛产业（1948年不到60年历史，中国建立钛产业（1958年）不足50年历史。工业上采用镁或钠从金红石和钛铁矿中还原四氯化钛。这样的金属钛呈疏松多孔的海绵状，称为海绵钛。再经自耗熔炼变成金属钛后再加工或铸造。金红石钛铁矿 我国的钛资源十分丰富，居世界首位。全世界钛资源总量近2109t，其中表内矿我国占一半多，约56%。我国已有20个省市自治区探明有钛矿，主要是四川攀西地区和河北承德地区的钒钛磁铁矿，云南、广东、广西、海南等省的钛铁矿砂矿以及湖北、河南、江西、江苏、山西、陕西等省的金红石岩矿，其中攀枝花的储量最大，占全国钛铁矿岩矿总储量的96%，该矿钙、镁杂质含量高，增加了选冶的技术难度，攀西地区的钒钛磁铁矿的综合利用是我国冶金业的一项重大课题。目前正在进行盐酸浸出法生产人造金红石技术攻关，欲把攀西地区建设成我国钛工业的原料基地，在目前的技术经济条件下，我国可经济地回收的钛资源约为108t，金红石矿仅为数千万吨。攀枝花钛矿 钛的珍贵性在于比重小，强度高。钛比铁强韧的多，比重却仅为铁的一半多点，而且不会生锈；钛比铝的比重大不足2倍，但是强度是铝的3倍，而且耐热性远高于铝。钛合金的性能更加优良，钛合金的比强度（强度/密度）是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，镁合金的1.6倍。比强度是目前工业金属中最高的。钛合金在540的比强度高于钢，这种优点首先应用于航空发动机。钛合金又能抗住200低温而不破坏。钛合金是现代超音速飞机、火箭、导弹和航天飞机等不可缺少的材料。 美国F14A和F15A飞机用钛及其它材料的比重：钛合金2525.8；铝合金3537.5；钢175.5；复合材料1.2；其它30.2%。 钛合金作为耐热和耐蚀材料，在许多情况下可以替代镁合金和铝合金，也可代替不锈钢。应用于化工、石油、发电、冶金等部门。 纯钛在常压下有2种同素异晶结构：882.5以下是密排六方晶格Ti；以上是体心立方晶格Ti。合金元素的作用是提高或者降低/转变温度，即稳定相或稳定相。Al、Ca等元素主要是稳定相，显著提高纯钛的高温机械性能。 钛在含氧环境中生成薄而坚固的氧化物薄膜，氧化膜与基体结合牢固，破坏后能够自愈，耐氧化溶液和氯化物溶液的腐蚀，最突出的是耐工业腐蚀气氛及海水腐蚀。在海洋环境中腐蚀速率9.0310-5mm/年；钛合金具有良好的耐应力腐蚀的能力，还具有耐淡水和海水的腐蚀疲劳性能。在静止海水中数年仍非常光亮。钛合金在海水中的腐蚀性能优于不锈钢。 钛及合金在工业生产和飞机业中应用有30多年历史，目前飞机和发动机制造部门仍是使用大户。逐渐民用化，尤其是在海洋工程中的应用。影响钛合金使用的主要问题是价格昂贵，这是目前研究和开发的关键。 钛合金一般在800以下均为相，不能热处理强化。强化方法是加工硬化和合金元素的固溶强化。工业纯钛室温拉伸强度在3570kg/mm2（Mpa）具有很高的工艺塑性（延伸率30），适合冷态下加工成型为各种板材结构件和冲压件（飞机上受力不大的部件）。焊接性能好。典型牌号是TC1。 钛合金，可以通过淬火和时效实现强化。工业上使用的钛合金大多数是（）双相的。它们兼备二者的优点：优良的塑性、容易锻造、压延和冲压，并可以淬火时效强化。最常用的是TC4（Ti6Al4V）等。一般钛合金使用最多的是退火工艺。近几年钛合金的热处理强化应用日益广泛，钛合金的淬火时效强化主要取决于合金中稳定相的元素的量。 尽管钛的性能优良（低密度、高强度、耐腐蚀、无毒性等），可广泛用于海、陆、空及生物领域，被称为“全能金属”，但它价格贵，产量小，实际应用范围至今仍比较窄，社会各界对它很陌生，将它视为一种稀罕神秘之物。然而，近年来，由于钛逐渐由航空航天等高科技领域进入到一般工业领域和日常生活领域，如钛用做炊具、自行车、手表、眼镜架等，钛同普通百姓生活的关系日益密切，了解钛的人迅速增加。杭州大剧院、北京大剧一些标志性建筑采用钛做屋顶、幕墙，使钛的知名度大增。近年来，随着中国第一支钛业股票股价的大幅攀升，社会各界对钛产业的兴趣更是空前高涨，投资钛产业的冲动激增，新兴钛企业不断涌现。中国钛产业和钛科技呈现出一派欣欣向荣的景象。海绵钛和钛材产量连创历史新高。2005年，中国钛材年产量首次突破104 t，中国占世界钛产业的比例迅速上升。总体来看，目前中国的钛产业犹如20世纪50年代的美国钛产业，正在迅速崛起。 我国钛合金的研究主要包括高温钛合金、高强钛合金、耐蚀钛合金、船用钛合金、低温钛合金、生物医用钛合金、形状记忆钛合金及钛基复合材料等。钛合金的研究有近钛合金的研究有近50年的历史，年的历史，我国研究的钛合金大约有我国研究的钛合金大约有60多种，已投入工业应用的钛及钛合金牌号有多种，已投入工业应用的钛及钛合金牌号有40多个多个，其中型钛及钛合金牌号有22个，+型两相钛合金12个，及近钛合金9个。工业中最常用的工业纯钛是TA2，TA3，钛合金是TC4，TC11，TA9，TA10等。这些合金，大部分为仿制俄、美、英、日等发达国家的钛合金，少部分为近10年来自主开发的钛合金。西北有色金属研究院西北有色金属研究院自主研发的Ti-31，Ti-75，CT20，Ti-40，TC21等合金在舰船、航空航天领域已获得重要工程应用。在高温钛合金高温钛合金方面，我国已实现工程化应用的成熟钛合金是TC4（400），TC6（450），TC11（500），Ti-53311s（航天用550），7715D（航天用600）等，而航空发动机用的550，600钛合金及阻燃钛合金等仍处于工程试验阶段。在高强钛合金高强钛合金方面，我国可以生产1 100 MPa（如TB6）和1 200 MPa（如TA8）级航空用钛合金。在船用钛合金船用钛合金方面，我国已实现合金系列化，可以生产低强（320490 MPa）、中强（590785 MPa）、高强（6901150 MPa）3个屈服强度等级的13种钛合金，满足水面舰艇和水下潜艇不同部件的用材需求。新型钛合金的研究与开发，为我国新型战机、新型航天器、先进舰艇、新型核反应堆的研制提供了关键性材料，为国家的高科技发展和国防建设做出了重要贡献。钛合金锻造模拟钛合金板、棒、线材钛合金生产 我国的钛材在20世纪70年代之前主要用于军事领域，从1972年开始了民用推广工作，近年来，钛在化工、冶金、电力、电镀、食品、医疗器械及医药行业，日常用品等民生领域的应用得到了稳步的发展，尤其是在高尔夫球头及眼镜架等方面的用量迅猛增加。我国钛消费的领域以化工为主，其次是航空航天，体育休闲等领域，民用市场占85%以上，钛材产量已不能满足国内需求，2003年进口钛加工材3800t，其中板、带材2265t，管材712t，去除出口的110t，净进口达2700t，可见我国的钛消费市场已达104t，目前我国不能生产钛焊管用钛带卷，薄壁焊管的产量也很低，使钛材在化工、电力、船舶等行业所用的换热管均需依赖进口，另外在建材和汽车部件钛的应用几乎是空白。各种钛合金零件钛合金与我们的生活