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鈦的十大特性和三種特殊功能

1 .1  鈦的十大特性 

1.密度小、強度高、比強度大

鈦的密度是4.51g/cm3,為鋼的57%,只是鋼的一半多一點,鈦比鋁重不到兩倍,強度比鋁大三倍。比強度(即強度/密度之比)對不同材料進行對比時,鈦合金的比強度是常用工業合金中最大的。見表2-1,鈦合金的比強度是不銹鋼的3.5倍;鋁合金的1.3倍;鎂合金的1.7倍,所以是宇航工業必不可少的結構材料。

   2-1  鈦與其他金屬密度和比強度的比較

金屬

鈦(合金)

鋁(合金)

鎂(合金)

高強度鋼

密度

4.5

7.87

2.7

1.74

7.8

比強度

29


2l

16

23

2 .耐蝕性能優

鈦的鈍性取決于氧化膜的存在,它在氧化性介質中的耐蝕性比在還原介質中要好得多,在還原性介質中能發生高速率腐蝕。鈦在一些腐蝕性介質中不被腐蝕,如海水、濕氯氣、亞氯酸鹽及次氯酸鹽溶液、硝酸、鉻酸、金屬氯化物、硫化物以及有機酸等。可是在與鈦反應產生氫的介質(例如鹽酸和硫酸)中,鈦通常具有較大的腐蝕率。但如果在酸中加入少量的氧化劑會使鈦形成一層鈍化膜。所以在強硫酸-硝酸或鹽酸一硝酸的混合液里,甚至在含游離氯的鹽酸中,鈦都是耐腐蝕的。鈦的保護性氧化膜經常是當金屬碰到水時形成的,即使少量的水或以水蒸氣存在也能形成。如果把鈦暴露于完全沒有水的強氧化性環境里,就能發生快速氧化并產生劇烈的、常常出現自燃反應。鈦與含過量氧化氮的發煙硝酸以及鈦與干氯氣的反應就發生過這類行為。然而為要預防發生這類狀態下的反應,必需有一定量的水份。 

   3 .耐熱性能好

   通常鋁在150,不銹鋼在310即失去了原有性能,而鈦合金在500左右仍保持良好的機械性能。當飛機速度達到音速的27倍時,飛機結構表面溫度達到230,鋁合金和鎂合金已不能使用,而鈦合金則能滿足要求。鈦的耐熱性能好,它用于航空發動機壓氣機的盤和葉片以及飛機后機身的蒙皮。

4 .低溫性能好

某些鈦合金(Ti5A125SnELl)的強度隨溫度的降低而提高,但塑性降低的不多,在低溫下仍有較好的延性及韌性,適宜在超低溫下使用。可以用于液氫,液氧火箭發動機上,或在載人飛船上作超低溫容器和貯箱使用。 

5 .無磁

鈦無磁性,它用于潛艇殼體,不會引起水雷的爆炸。

6 .導熱系數小 

鈦與其它金屬的導熱系數比較見表2-2

      2-2  鈦與其他金屬的導熱系數比較

金屬

純鈦

鈦合金

普通鋼

不銹鋼

鋁合金

鎂合金

導熱系數

/W·(m·K)-1

17

7.5

63

16

121

159

385

  鈦的導熱率小,僅為鋼的15,鋁的113,銅的125。導熱性不好是鈦的一個缺點,但在某些場合下可以利用鈦的這一特征。

7 .彈性模量低

鈦與其它金屬的縱彈性模量比較見表2-3 

2-3  鈦與其它金屬的縱彈性模量比較

金屬

純鈦

鈦合金

普通鋼

不銹鋼

鋁合金

鎂合金

縱彈性模量/GPa

106.3

113.2

205.8

1999

71.5

44.8

107.8 

鈦的彈性模量僅為鋼的55%,作為結構材料使用時,彈性模量低是個缺點

   8 . 拉強度與屈服強度很接近

Ti6A14V鈦合金拉強度為960Mpa,屈服強度為892Mpa,兩者這間差只有58 Mpa。見表2-4

     2-4鈦與其它金屬在抗拉強度與屈服強度之間差的比較

   

鈦合金

不銹鋼

鋁合金


Ti-6A1-4V

18-8


抗拉強度Mpa

960

608

470

屈服強度 Mpa

892

255

294

    9 .鈦在高溫下容易被氧化

    鈦同氫氧的結合力強,要注意防止氧化和吸氫。鈦材焊接要在氬氣保護下進行,防止污染。鈦管與薄板要在真空下熱處理,鈦鍛件的熱處理時要控制微氧化性氣氛。

   10 .抗阻尼性能低  

    用鈦及其它金屬材料(銅、鋼)制成形狀和大小完全一樣的鐘,用同等的力把每個鐘敲一下就會發現,用鈦作的鐘振蕩起來聲音持續的時間長,即通過敲擊給予鐘的能量不容易消失,我們說鈦的阻尼性能低。

 

 1.2 鈦的三種特殊功能

   1. 形狀記憶功能

指的是Ti-50Ni(原子)合金,在—定的溫度條件下,能夠恢復它原來形狀的本領,稱這種材料為形狀記憶合金。

2.超導功能

指的是NbTi合金,當溫度下降到接近絕對零度時,NbTi合金制成的導線,會失去電阻,任意大的電流通過,導線都不會發熱,沒有能耗, NbTi被稱為超導材料。 

3 . 貯氫功能

指的是Ti-50Fe(原子)合金,具有大量吸收氫氣的本領。利用TiFe的這一特征,可把氫安全的貯存起來,即貯存氫不一定使用鋼制高壓氣瓶。在一定條件下還可以讓貯TiFe把氫放出來,被稱貯能材料。

 


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點擊次數:  更新時間:2017-10-20 16:32:34  【打印此頁】  【關閉
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