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钛及钛合金应用简介

钛之所以是继铁,铝之后成为正在崛起的第三金属,主要是由于其密度（4.5g/ cm3）小,比强度高,有良好的中温强度和低温韧性（良好的力学性能）,耐腐蚀,无磁性,较易成型加工等特点。作为主要的结构材料和耐腐蚀材料,在航空,航天,舰船,兵器,化工,氯碱,PHE（板式换热器）,石化,冶金,电力,轻工建筑,医药,海洋工程,汽车,体育用品和日常生活器具等领域获得了广泛的应用。

数据表明,在日本和欧洲,传统的应用领域,如化工,石油,医疗等呈现逐年增长的态势。欧洲近年来PHE(板式换热器)用钛量一直占最大的份额。近几年来氯碱工业用钛量增长也比较快。钛在汽车工业中的应用也越来越受到欧洲汽车制造商的青睐。

当前,降低燃油消耗,减少有害废弃物排放已经成为汽车行业技术进步的主要动力和方向之一。研究表明,轻量化是实现节省燃料,减少污染的有效措施。汽车的质量每降低10％,燃料消耗可节省8％－10％,废气排放可减少10％。为此,世界各国都在研究汽车轻量化问题。汽车轻量化的首选途径就是用高比强度的轻质材料（如铝,镁,钛等）替代传统的汽车材料（如钢铁）。

汽车用钛的优缺点

钛在汽车上的应用始于20世纪50年代,即钛工业刚刚诞生不久。由于技术和价格方面的原因,钛在汽车上的应用一直没有引起产业界的重视。随着汽车节能和环保标准的提高,近年才逐渐成为国际材料界与汽车界共同关注的热门话题。

钛材具有多种优异性能,是多种不同类型的汽车部件的首选用材,其主要优势和应用如下：

1, 密度低 仅为钢的60％,不仅可以减轻整车重量,对高速的运动部件,可减少运动惯量；

2, 比强度高 在各种金属材料中,钛的比强度几乎是最高的,可作承重部件；

3, 弹性模量小 仅为钢的50%,且抗疲劳强度大,适合做弹簧；

4, 耐热性好 可在200～650℃下长时间工作,适合做高温部件；

5, 热胀系数小 是不锈钢,铝材的50%,适合做发动机气门等部件；

6, 耐蚀性能好 耐蚀性优于铝,镁等不锈钢,可抗大气,雨水,防冻路面湿气及含硫化氢高温废气的腐蚀,适合做尾喷管等工况环境教恶劣的部件；

7, 抗冻性好 在零下100℃的环境中也不会产生低温脆性；

8, 成形性好 可通过冲压,热锻,粉末冶金,精密铸造等方法制造各种形状的零部件；

9, 装饰性好 通过氧化处理,可形成色彩鲜艳的各种装饰材料。

汽车用途除Ti-6Al-4V合金等外,TiAl基金属间化合物及强化钛材则具有更高的耐热性,刚性和耐磨性。

在汽车零件中用钛可代替的铁基零件有：发动机系统的连杆,挡圈,曲轴,变速箱,转向齿条和小齿轮,气门及进气阀,排气阀,制动压力管道密封圈,轮圈螺杆,吊弹簧等。底盘系统的弹簧,消音器,排气装置；车体系统的包括车轮的衬套及轴承,各种半轴,紧固件等。

汽车使用钛的优点在于：减轻质量,降低燃料消耗；改善动力传输效果,降低噪音；减少震动,减轻部件荷载；提高车的持久性及保护环境。

其缺点是：一般情况下,汽车所使用的钛的耐磨性不好,弹性低于钢,难以进行机械加工。但是,耐磨性可通过涂层或强化进行改善,弹性可采用补强来提高,机加工若采用近净形成技术或用其他的加工条件,则可把缺点降到最低。而真正妨碍钛广泛应用是钛的高成本,这是由钛的原材料,熔炼,加工工艺的复杂决定的。

进入20世纪90年代以来,随着钛冶炼,熔铸和加工技术的改进,特别是冷床炉技术的使用和钛粉末冶金技术进步,很多低成本钛合金研制成功。同时,随着社会的进步,人们对汽车提出了减重,节能,减震,降低废气排放和提高性能的要求,因此,钛在汽车中的应用迎来了良好的发展机遇。美,日,欧都已制定了未来若干年汽车用钛的发展规划,目前最大的问题是成本,一旦钛在汽车工业中得到广泛应用,则钛的用量将远远超过目前航空航天业中的用量,当前汽车制造商批量使用钛制零部件标志着世界钛工业今后将逐步摆脱航空业的束缚,向更广阔的应用领域拓展。

有色金属价格的持续高位运行,给钛的发展带来巨大机会。铜价持续在70000元\t,不锈钢的重要合金元素镍和钼的价格更是成倍增长,而海绵钛的价格在2006年底从20万元\t下落至目前9万元\t后,铜管,不锈钢管,和钛管的体积价格比已经相当。而钛的耐腐蚀性能远优于铜和不锈钢,这就给钛需求爆发式增长提供了机会。