鈦的十大特性及功能
鈦的十大特性及功能
鈦是元素周期表中原子序數(shù)為22的元素,第四周期的副族元素,即ⅣB旗,這族元素除鈦以外還有鋯、鉻。其共同特點是熔點高,在常溫下在其表面形成穩(wěn)定的氧化膜。
?。?)密度小、強(qiáng)度高、比強(qiáng)度大
鈦的密度是4.51g/cm3,為鋼的 57%,鈦比鋁重不到兩倍,強(qiáng)度比鋁大三倍。鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度之比值)是常用工業(yè)合金中最大的(見表 2-1),鈦合金的比強(qiáng)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(yè)必不可少的結(jié)構(gòu)材料。
表2-1鈦與其他金屬密度和比強(qiáng)度的比較
(2)耐蝕性能優(yōu)異
鈦的鈍性取決于氧化膜的存在,它在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性比在還原介質(zhì)中要好得多。在還原性介質(zhì)中會發(fā)生高速率腐蝕。鈦在一些腐蝕性介質(zhì)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(jī)酸等??墒窃谂c鈦反應(yīng)產(chǎn)生氫的介質(zhì)(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表面形成一層鈍化膜。所以在強(qiáng)硫酸-硝酸或鹽酸-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(hù)性氧化膜經(jīng)常是當(dāng)金屬碰到水時形成的,即使少量的水或水蒸氣中也能形成。如果把鈦暴露于完全沒有水的強(qiáng)氧化性環(huán)境里,就會發(fā)生快速氧化并產(chǎn)生劇烈反應(yīng),甚至常出現(xiàn)自燃。鈦與含過量氧化氮的發(fā)煙硝酸以及鈦與干氯氣的反應(yīng)就發(fā)生過這類現(xiàn)象。所以要預(yù)防發(fā)生這類反應(yīng),必須有一定量的水分。
?。?)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℃左右仍保持良好的力學(xué)性能。當(dāng)飛機(jī)速度達(dá)到音速的 2.7 倍時,飛機(jī)結(jié)構(gòu)表面溫度達(dá)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(fā)動機(jī)壓氣機(jī)的盤和葉片以及飛機(jī)后機(jī)身的蒙皮。
?。?)低溫性能好
某些鈦合金(如 Ti-5AI-2.5SnELI)的強(qiáng)度隨溫度的降低而提高,但塑性降低得不多,在低溫下仍有較好的延展性及韌性,適宜在超低溫下使用??梢杂酶梢簹湟貉趸鸺l(fā)動機(jī)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。
?。?)熱導(dǎo)率小
鈦與其他的金屬熱導(dǎo)率比較見表 2-2。
表2-2鈦與其他金屬的熱導(dǎo)率比較
鈦的熱導(dǎo)率小,僅為鋼的 1/5,鋁的 1/13,銅的 1/25。導(dǎo)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。
?。?)彈性模量低
鈦與其他金屬的彈性模量比較見表 2-3。
表2-3鈦與其他金屬的彈性模量比較

鈦的彈性模量僅為鋼的 55%,作為結(jié)構(gòu)材料使用時,彈性模量低是個缺點。
?。?)抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度很接近
Ti-6AI-4V鈦合金抗拉強(qiáng)度為 960MPa,屈服強(qiáng)度為 892MPa,兩者之間差只有 58MPa,見表2-4。
表2-4鈦與其他金屬抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的比較
(9)鈦在高溫下容易被氧化
鈦同氫氧的結(jié)合力強(qiáng),要注意防止氧化和吸氫。鈦材焊接要在氬氣保護(hù)下進(jìn)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。
?。?0)抗阻尼性能低
用鈦及其他金屬材料(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(fā)現(xiàn),用鈦做的鐘振蕩起來聲音持續(xù)的時間長,即通過敲擊給予鐘的能量不容易消失,所以,我們說鈦的阻尼性能低。
來源:搜鈦網(wǎng)
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