㈠ 簡單介紹鈦合金鋼
導語:合金產品是我們生活中必不可少的一種產品,小到我們日常使用的廚具、各種生活用品,大到高樓大廈、摩天大樓的建造,都離不開合金產品。科技在進步,合金產品也在不斷地更新著,鈦合金產品作為最具發展潛力的合金產品在我們的生活中扮演著非常重要的角色。下面的這篇文章來為大家講解關於鈦合金的知識,為大家介紹一種重要的鈦合金產品——鈦合金鋼。
鈦合金鋼的簡介
鈦合金鋼是鈦合金產品的一種重要類型。要為大家講解鈦合金鋼,就不得不為大家介紹一下鈦合金產品。鈦合金是一種新型合金,它是以金屬鈦為基礎,加入鋁、碳、氧、氮、鉬等元素形成的具有高強度、高硬度以及一定的記憶性的合金。而鈦合金鋼屬於鈦合金分類中的α+β型雙相鈦合金,此類鈦合金的可塑性最高,而且無論是硬度還是強度,都是非常不錯的。正因為鈦合金鋼有著這樣的特點,因此鈦合金鋼在生活中的使用日益廣泛。
鈦合金鋼的特點
那麼,鈦合金鋼到底具有什麼優勢才會使它有著如此重要的使用價值呢?下面就為大家來介紹鈦合金鋼的主要特點。
首先,鈦合金鋼最大的特點在於它有著非常非常好的強度。在工業生產領域中,對於材料的強度要求是非常嚴格的,而鈦合金鋼則有非常高的強度,能夠滿足工業生產的要求。這樣無論是進行拉伸,還是作為器械的骨架,都能最大程度上的滿足要求。除此之外呢,鈦合金鋼的可塑性還是比較好的,能夠進行復雜繁瑣的加工。可能會有許多朋友會覺得強度較高的鈦合金鋼的硬度也是非常高的,其實不然,鈦合金鋼並不非常堅硬,能夠進行切割、拉伸等一系列的加工,能夠滿足各種工業生產的要求。
另外,鈦合金鋼還具有極強的耐腐蝕能力。能夠有效地抑制氧化,在海水中也能夠耐腐蝕,這就是為什麼我們看到的海上石油平台常常是以鈦合金材料搭建的原因。其實,鈦合金鋼對於酸鹼、氯化物都有著極強的耐腐蝕能力,因此,它被廣泛應用於化學、醫療設備中。
鈦合金鋼還有形狀記憶功能。在經過變形之後,再次對鈦合金鋼進行加熱,就可以使鈦合金鋼恢復為原狀。
鈦合金鋼的應用
鈦合金鋼憑借其高強度、可塑性好、耐腐蝕的特點,被廣泛應用於化學、冶金、航空航天、醫療設備以及我們的日常使用中,為我們的生活提供了諸多的便利。在鈦合金的不斷發展中,鈦合金鋼必然能夠發揮出更大的作用,成為我們生活中更加依賴的新型材料。
㈡ 鈦合金的成分
鈦合金是以鈦為基礎加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體:882℃以下為密排六方結構α鈦,882℃以上為體心立方的β鈦。
合金元素根據它們對相變溫度的影響可分為三類:
①穩定α相、提高相轉變溫度的元素為α穩定元素,有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素,它對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。
②穩定β相、降低相變溫度的元素為β穩定元素,又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等;後者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。
③對相變溫度影響不大的元素為中性元素,有鋯、錫等。
(2)鈦合金屬於什麼類型的擴展閱讀
鈦合金的性能:
1、熱強度高
使用溫度比鋁合金高幾網路,在中等溫度下仍能保持所要求的強度,可在450~500℃的溫度下長期工作這兩類鈦合金在150℃~500℃范圍內仍有很高的比強度,而鋁合金在150℃時比強度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達500℃,鋁合金則在200℃以下。
2、抗蝕性好
鈦合金在潮濕的大氣和海水介質中工作,其抗蝕性遠優於不銹鋼;對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強;對鹼、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優良的抗腐蝕能力。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質的抗蝕性差。
㈢ TC4是什麼材料
鈦合金tc4材料的組成為ti-6al-4v,屬於(α+β)型鈦合金,具有良好的綜合力學機械性能。比強度大。tc4的強度sb=1.012gpa,密度g=4.4*103,比強度sb/g=23.5,而合金鋼的比強度sb/g小於18。
鈦合金熱導率低。
鈦合金的熱導率為鐵的1/5、鋁的1/10,tc4的熱導率l=7.955w/m·k。
㈣ tc4,tc21是什麼鋼材,是鈦鋼嗎
鈦合金,是鈦鋼。
鈦合金TC4材料的組成為-6Al-4V,屬於(α+β)型鈦合金,具有良好的綜合力學機械性能。比強度大。TC4的強度sb=1.012GPa,密度g=4.51g/cm3,比強度sb/g=23.5,而合金鋼的比強度sb/g小於18。
TC21,鈦合金是由西北有色金屬研究院研製的一種新型高強、高韌、高損失容限鈦合金,它屬於Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Cr-Nb(-Ni-Si)系兩相鈦合金,具有良好的強度、塑性、斷裂韌性和較低的裂紋擴展速率。
(4)鈦合金屬於什麼類型的擴展閱讀:
鈦合金具有強度高而密度又小,機械性能好,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。還有抗磨性差,生產工藝復雜。
鈦的工業化生產是1948年開始的。航空工業發展的需要,使鈦工業以平均每年約 8%的增長速度發展。世界鈦合金加工材年產量已達4萬余噸,鈦合金牌號近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業純鈦(TA1、TA2和TA3)。
鈦合金主要用於製作飛機發動機壓氣機部件,其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。60年代中期,鈦及其合金已在一般工業中應用,用於製作電解工業的電極,發電站的冷凝器,石油精煉和海水淡化的加熱器以及環境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結構材料。
㈤ TC4是什麼材料大多用在什麼地方
鈦合金TC4材料的組成為Ti-6Al-4V,屬於(α+β)型鈦合金,具有良好的綜合力學機械性能。
TC4的強度sb=1.012GPa,密度g=4.51g/cm3,比強度sb/g=23.5,而合金鋼的比強度sb/g小於18。 鈦合金熱導率低。 鈦合金的熱導率為鐵的1/5、鋁的1/10,TC4的熱導率l=7.955W/m·K。
應用於航空、航天、汽車、造船、能源等行業。
(5)鈦合金屬於什麼類型的擴展閱讀:
TC4鈦合金是應用最廣泛的鈦合金之一,它的強度高,耐蝕性好,但國內外無縫鈦管市場上很難見到TC4材質的無縫鈦管。TC4鈦材主要以板材為主,市場上的TC4管材以熱擠壓或斜穿孔等方法生產的高強度厚壁管為主。
造成這種現狀的主要原因是TC4鈦合金的強度高,冷軋成形難度大。為解決TC4無縫管冷軋成形的關鍵技術,校企聯合進行了系列研究。如採用直接冷軋成形工藝生產高強度鈦合金管材,不僅大大降低生產成本,同時可滿足對鈦合金高性能應用場合的要求。
參考資料來源:網路-TC4
㈥ 鈦合金的種類
鈦合金是一種重要的結構金屬,其強度高、耐蝕性好、耐熱性也高。主要用於製作飛機、發動機、壓氣機等部件。其實,現在鈦合金也漸漸地被用來製成民生用品,造福人們的生活了,門窗對密封、採光、通風、隔音等都有很大的關系。而目前鈦合金門窗以裝飾效果好、性能優異等特點在眾多門窗材質中脫穎而稿知明出,在現代家居中廣泛採用。
一、鈦合金的種類
室溫下,鈦合金有三種基體組織,鈦可分為以下三類:α合金,(α+β)合金和β合金。在中國分別以TA、TC、TB表示。
1、α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際應用溫度下,均是α相,組織穩定,耐磨性高於純鈦,抗氧化能力強。在500℃~600℃的溫度下,仍保持其強度和抗蠕變性能,但不能進行熱處理強化,室溫強度不高。
2、β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度,淬火、時效後合金得到進一步強化,室溫強度可達1372~1666MPa;但熱穩定性較差,不宜在高溫下使用。
3、α+β合金
它是雙相合金,具有良好的綜合性能,組織穩定性好,有良好的韌性、塑性和高溫變形性能,能較好地進行熱壓力加工,能進行淬火、時效使合金強化。熱處理後的強度約比退火狀態提高50%~100%;高溫強度高,可在400℃~500℃的溫度下長期工作,其熱穩定性次於α合金。
二、鈦合金推拉門特點
1.鈦合金推拉門所使用的鈦合金擁有非常突出的性能特點,在許多領域中得到廣泛使用,尤其是航天行業中。作為新型的結構材料,不僅具有很強的承載力,而且使用溫度范圍,不亞於鋁鋼材質。憑借高強度,良好的耐酸鹼和抗低溫特性,在建材生產中不斷使用。
2.鈦合金材質算是易擠壓的型材,因而橫截面大小非常精確,另外加工性很高。在推拉門的製造上,全部選用各項性能良好的密封材料,例如採用橡膠類或是硅酮類的密封膠進行固定。
3.鈦合金推拉門和木門相比較,更具有環保優勢,木門在生產過程中往往需要使用油漆塗刷處理,容易產生一定的甲醛污染,在使用時,可能會損傷人體。但鈦合金推拉門所使用的材料均是環保材料,無毒無味,無需擔心有害物質的產生。另外相對於木門易燃、不耐火的特性來說,鈦合金推拉門具有大大的阻燃效果,具有一定的防火性能。
4.廚衛空間是我們每天都需要使用到的地方,也是存在水汽最多的空間,如果使用木門產品,難免會出現受潮霉變、變形等問題。但使用鈦合金推拉門的話,不僅防潮性能大大提高,而且不受天氣的影響,即使是梅雨季節的江南也可以使用,並且這類材質的推拉門使用年限長達幾猛友十年之久。
5.廚衛空間也是整個房子產生噪音最多的地方,無論是沖水淋浴,還是烹飪炒菜,都具有一定干擾作用。但如果使用鈦合金推拉門,由於內部的網狀結構,將聲音進行有效的阻隔,相比其他廚衛門,在隔音方面效果更加突出。
門窗在家庭裝修中是很重要的材料,既有開閉通道、劃分格局的功能,也有很強的裝飾功能,因此在選購時考慮的方面就不止一點,對於不同材質和類型的居室門我們都應該有所了解。上文介紹的有關使用鈦合金推拉門的好處大家都了解到了鍵告嗎?
㈦ 鈦的基礎知識及鈦合金的分類
◎ 一種金屬元素,灰色,能在氮氣中燃燒,熔點高。鈍鈦和以鈦為主的合金是新型的結構材料,主要用於航天工業和航海工業。
從發現鈦元素到製得純品,歷時一百多年。而鈦真正得到利用,認識其本來的真面目,則是20世紀40年代以後的事情了。
地理表面十公里厚的地層中,含鈦達千分之六,比銅多61倍。隨便從地下抓起一把泥土,其中都含有千分之幾的鈦,世界上儲量超過一千萬噸的鈦礦並不稀罕。
海灘上有成億噸的砂石,鈦和鋯這兩種比砂石重的礦物,就混雜在砂石中,經過海水千百萬年晝夜不停地淘洗,把比較重的鈦鐵礦和鋯英砂礦沖在一起,在漫長的海岸邊,形成了一片一片的鈦礦層和鋯礦層。這種礦層是一種黑色的砂子,通常有幾厘米到幾十厘米厚。
鈦沒有磁性,用鈦建造的核潛艇不必擔心磁性水雷的攻擊。
1947年,人們才開始在工廠里冶煉鈦。當年,產量只有2噸。1955年產量激增到2萬噸。1972年,年產量達到了 20萬噸。鈦的硬度與鋼鐵差不多,而它的重量幾乎只有同體積的鋼鐵的一半,鈦雖然稍稍比鋁重一點,它的硬度卻比鋁大2倍。現在,在宇宙火箭和導彈中,就大量用鈦代替鋼鐵。據統計, 目前世界上每年用於宇宙航行的鈦,已達一千噸以上。極細的鈦粉,還是火箭的好燃料,所以鈦被譽為宇宙金屬,空間金屬。
鈦的耐熱性很好,熔點高達1725℃。在常溫下,鈦可以安然無恙地躺在各種強酸強鹼的溶液中。就連最兇猛的酸——王水,也不能腐蝕它。鈦不怕海水,有人曾把一塊鈦沉到海底,五年以後取上來一看,上面粘了許多小動物與海底植物,卻一點也沒有生銹,依舊亮閃閃的。
現在,人們開始用鈦來製造潛艇一——鈦潛艇。由於鈦非常結實,能承受很高的壓力,這種潛艇可以在深達4500米的深海中航行。
發展歷程
鈦元素發現於1789年,1908年挪威和美國開始用硫酸法生產鈦白,1910年在試驗室中第一次用鈉法製得海綿鈦,1948年美國杜邦公司才用鎂法成噸生產海綿鈦---這標志著海綿鈦即鈦工業化生產的開始。
中國鈦工業起步於20世紀50年代。1954,北京有色金屬研究總院開始進行海綿鈦制備工藝研究,1956年國家把鈦當作戰略金屬列入了12年發展規劃,1958年在撫順鋁廠實現了海綿鈦工業試驗,成立了中國第一個海綿鈦生產車間,同時在沈陽有色金屬加工廠成立了中國第一個鈦加工材生產試驗車間。
20世紀60-70年代,在國家的統一規劃下,先後建設了以遵義鈦廠為代表的10餘家海綿鈦生產單位,建設了以寶雞有色金屬加工廠為代表的數家鈦材加工單位,同時也形成了以北京有色金屬研究總院為代表的科研力量,成為繼美國、前蘇聯和日本之後的第四個具有完整鈦工業體系的國家。
1980年前後,我國海綿鈦產量達到2800噸,然而由於當時大多數人對鈦金屬認識不足,鈦材的高價格也限制了鈦的應用,鈦加工材的產量僅200噸左右,我國鈦工業陷入困境。在這種情況下,由當時國務院副總理方毅同志倡導,朱鎔基和袁寶華同志支持,於1982年7月成立了跨部委的全國鈦應用推廣領導小組,專門協調鈦工業的發展事宜,促成了20世紀80年代至90年代初期我國海綿鈦和鈦加工材產銷兩旺、鈦工業快速平穩發展的良好局面。
綜上所述,我國鈦工業大致經歷了三個發展期:即20世紀50年代的開創期,60-70年代的建設期和80-90年代的初步發展期。在新世紀,得益於國民經濟的持續、快速發展,我國鈦工業也進入了一個快速成長期。
鈦耐腐蝕,所以在化學工業上常常要用到它。過去,化學反應器中裝熱硝酸的部件都用不銹鋼。不銹鋼也怕那強烈的腐蝕劑——熱硝酸,每隔半年,這種部件就要統統換掉。現在,用鈦來製造這些部件,雖然成本比不銹鋼部件貴一些,但是它可以連續不斷地使用五年,計算起來反而合算得多。
在電化學中,鈦是單向閥型金屬,電位很負,通常無法用鈦作為陽極進行分解。
鈦的最大缺點是難於提煉。主要是因為鈦在高溫下化合能力極強,可以與氧、碳、氮以及其他許多元素化合。因此,不論在冶煉或者鑄造的時候,人們都小心地防止這些元素「侵襲」鈦。在冶煉鈦的時候,空氣與水當然是嚴格禁止接近的,甚至連冶金上常用的氧化鋁坩堝也禁止使用,因為鈦會從氧化鋁里奪取氧。現在,人們利用鎂與四氯化鈦在惰性氣體——氦氣或氬氣中相作用,來提煉鈦。
人們利用鈦在高溫下化合能力極強的特點,在煉鋼的時候,氮很容易溶解在鋼水裡, 當鋼錠冷卻的時候,鋼錠中就形成氣泡,影響鋼的質量。所以煉鋼工人往鋼水裡加進金屬鈦,使它與氮化合,變成爐渣一—氮化鈦,浮在鋼水表面,這樣鋼錠就比較純凈了。
當超音速飛機飛行時,它的機翼的溫度可以達到500℃。如用比較耐熱的鋁合金製造機翼,一到二三網路也會吃不消,必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來代替鋁合金而鈦恰好能夠滿足這些要求。鈦還能經得住零下一百多度的考驗,在這種低溫下,鈦仍舊有很好的韌性而不發脆。
利用鈦和鋯對空氣的強大吸收力,可以除去空氣,造成真空。比方,利用鈦製成的真空泵,可以把空氣抽到只剩下十萬萬萬分之一。
鈦的氧化物——二氧化鈦,是雪白的粉末,是最好的白色顏料,俗稱鈦白。以前,人們開采鈦礦,主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白的粘附力強,不易起化學變化,永遠是雪白的。特別可貴的是鈦白無毒。它的熔點很高,被用來製造耐火玻璃,釉料,琺琅、陶土、耐高溫的實驗器皿等。
二氧化鈦是世界上最白的東西, 1克二氧化鈦可以把 450多平方厘米的面積塗得雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍,因此是調制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦,一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙里,使紙變白並且不透明,效果比其他物質大10倍,因此,鈔票紙和美術品用紙就要加二氧化鈦。此外,為了使塑料的顏色變淺,使人造絲光澤柔和,有時也要添加二氧化鈦。在橡膠工業上,二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。
四氯化鈦是種有趣的液體,它有股刺鼻的氣味,在濕空氣中便會大冒白煙——它水解了,變成白色的二氧化鈦的水凝膠。在軍事上,人們便利用四氯化鈦的這股怪脾氣,作為人造煙霧劑。特別是在海洋上,水氣多,一放四氯化鈦,濃煙就象一道白色的長城,擋住了敵人的視線。在農業上,人們利用四氟化鈦來防霜。
鈦酸鋇晶體有這樣的特性:當它受壓力而改變形狀的時候,會產生電流,一通電又會改變形狀。於是,人們把鈦酸鋇放在超聲波中,它受壓便產生電流,由它所產生的電流的大小可以測知超聲波的強弱。相反,用高頻電流通過它,則可以產生超聲波。現在,幾乎所有的超聲波儀器中,都要用到鈦酸鋇。除此之外,鈦酸鋇還有許多用途。例如:鐵路工人把它放在鐵軌下面,來測量火車通過時候的壓力;醫生用它製成脈搏記錄器。用鈦酸鋇做的水底探測器,是銳利的水下眼睛,它不只能夠看到魚群,而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。
冶煉鈦時,要經過復雜的步驟。把鈦鐵礦變成四氯化鈦,再放到密封的不銹鋼罐中,充以氬氣,使它們與金屬鎂反應,就得到「海綿鈦」。這種多孔的「海綿鈦」是不能直接使用的,還必須把它們在電爐中熔化成液體,才能鑄成鈦錠。但製造這種電爐又談何容易!除了電爐的空氣必須抽干凈外,更傷腦筋的是,簡直找不到盛裝液態鈦的坩堝,因為一般耐火材料部含有氧化物,而其中的氧就會被液態鈦奪走。後來,人們終於發明了一種「水冷銅坩堝」的電爐。這種電爐只有中央一部分區域很熱,其餘部分都是冷的,鈦在電爐中熔化後,流到用水冷卻的銅坩堝壁上,馬上凝成鈦錠。用這種方法已經能夠生產幾噸重的鈦塊,但它的成本就可想而知了。
元素名稱:鈦
元素原子量:47.87
元素在海水中的含量:(ppm)
0.00048
元素在太陽中的含量:(ppm)
4
元素類型:金屬
核內質子數:22
核外電子數:22
核電核數:22
質子質量:3.6806E-26
質子相對質量:22.154
原子體積:(立方厘米/摩爾)
10.64
地殼中含量:(ppm)
5600
以下為增加內容:
氧化態:
Main Ti+4
Other Ti-1, Ti0, Ti+2, Ti+3
所屬周期:4
所屬族數:IVB
摩爾質量:48
氫化物:TiH4
氧化物:TiO
最高價氧化物化學式:TiO2
密度:4.54g/cm3
熔點:1660.℃
沸點:3287.0 ℃
電離能 (kJ /mol)
M - M+ 658
M+ - M2+ 1310
M2+ - M3+ 2652
M3+ - M4+ 4175
M4+ - M5+ 9573
M5+ - M6+ 11516
M6+ - M7+ 13590
M7+ - M8+ 16260
M8+ - M9+ 18640
M9+ - M10+ 20830
外圍電子排布:2 8 8 4
核外電子排布:2,8,10,2
晶體結構:晶胞為六方晶胞。
晶胞參數:
a = 295.08 pm
b = 295.08 pm
c = 468.55 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°
莫氏硬度:6
聲音在其中的傳播速率:(m/S)5090
顏色和狀態:銀灰色金屬
原子半徑:2
常見化合價:+2,+3,+4
發現人:格列高爾 發現年代:1791年
發現過程:
鈦是英國化學家格雷戈爾(Gregor R W ,1762—1817。)在1791年研究鈦鐵礦和金紅石時發現的。四年後,1795年,德國化學家克拉普羅特(Klaproth M H ,1743—1817。)在分析匈牙利產的紅色金紅石時也發現了這種元素。他主張採取為鈾(1789年由克拉普羅特發現的)命名的方法,引用希臘神話中太旦神族「Titans」的名字給這種新元素起名叫「Titanium」。中文按其譯音定名為鈦。
格雷戈爾和克拉普羅特當時所發現的鈦是粉末狀的二氧化鈦,而不是金屬鈦。因為鈦的氧化物極其穩定,而且金屬鈦能與氧、氮、氫、碳等直接激烈地化合,所以單質鈦很難製取。直到1910年才被美國化學家亨特(Hunter M A )第一次製得純度達99.9%的金屬鈦。
元素描述:
具有金屬光澤,有延展性。密度4.5克/厘米3。熔點1660±10℃。沸點3287℃。化合價+2、+3和+4。電離能為6.82電子伏特。鈦的主要特點是密度小,機械強度大,容易加工。鈦的塑性主要依賴於純度。鈦越純,塑性越大。有良好的抗腐蝕性能,不受大氣和海水的影響。在常溫下,不會被稀鹽酸、稀硫酸、硝酸或稀鹼溶液所腐蝕;只有氫氟酸、熱的濃鹽酸、濃硫酸等才可對它作用。
元素來源:
鈦屬於稀有金屬,在地殼中的豐度占第七位,有0.42%。用於冶煉鈦的礦物主要有鈦鐵礦(FeTiO3)、金紅石(TiO2)和鈣鈦礦等。礦石經處理得到易揮發的四氯化鈦,再用鎂還原而製得純鈦。
元素用途:
鈦和鈦的合金大量用於航空工業,有"空間金屬"之稱;另外,在造船工業、化學工業、製造機械部件、電訊器材、硬質合金等方面有著日益廣泛的應用。
元素輔助資料:
鈦的主要礦石是金紅石TiO2和鈦鐵礦FeTiO3,它的發現也正是從這兩種礦石的分析而來。早在1791年英國英格蘭西南端康沃爾(Cornwall)郡門拉陳(Menacan)教區的牧師格累高爾,也是一位科學家,分析出產在他教區內的一種黑色礦砂,也就是今天成為鈦鐵礦的礦石時發現了一種新的金屬物質並命名為menacenite。三年後,1795年,克拉普羅特分析了匈牙利布伊尼克(Boinik)地區出產的金紅石,認識到它是一種新金屬的氧化物,具有抵抗酸、鹼溶液的特性,借用希臘神話中大地的第一代兒子們泰坦神族Titans,命名這個金屬為titanium,元素符號定為Ti。兩年後,克拉普羅特證實格累高爾發現的menacenite就是鈦。
鈦對於酸、鹼具有較強的耐腐蝕性,已成為化工生產中重要的材料。
鈦一般被認為是稀有金屬,其實它在地殼中的含量相當大,比一般的常用的金屬鋅、銅、錫等都大,甚至比氯、磷都大。
鈦的冶煉
鈦在1791年被發現,而第一次製得純凈的鈦卻是在1910年,中間經歷了一百餘年。原因在於:鈦在高溫下性質十分活潑,很易和氧、氮、碳等元素化合,要提煉出純鈦需要十分苛刻的條件。
工業上常用硫酸分解鈦鐵礦的方法製取二氧化鈦,再由二氧化鈦製取金屬鈦。濃硫酸處理磨碎的鈦鐵礦(精礦),發生下面的化學反應:
FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O
FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O
FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O
Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O
為了除去雜質Fe2(SO4)3,加入鐵屑,Fe3+ 還原為Fe2+,然後將溶液冷卻至273K以下,使得FeSO4·7H2O(綠礬)作為副產品結晶析出。
Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏鈦酸沉澱,反應是:
Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4
TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4
鍛燒偏鈦酸即製得二氧化鈦:
H2TiO3 == TiO2+H2O
工業上制金屬鈦採用金屬熱還原法還原四氯化鈦。將TiO2(或天然的金紅石)和炭粉混合加熱至1000~1100K,進行氯化處理,並使生成的TiCl4,蒸氣冷凝。
TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO-
在1070K 用熔融的鎂在氬氣中還原TiCl4可得多孔的海綿鈦:
TiCl4+2Mg=2MgC12+Ti
這種海綿鈦經過粉碎、放入真空電弧爐里熔煉,最後製成各種鈦材。
鈦及鈦合金的特性、用途
純鈦是銀白色的金屬,它具有許多優良性能。鈦的密度為4.54g/cm3,比鋼輕43% ,比久負盛名的輕金屬鎂稍重一些。機械強度卻與鋼相差不多,比鋁大兩倍,比鎂大五倍。鈦耐高溫,熔點1942K,比黃金高近1000K ,比鋼高近500K。
鈦屬於化學性質比較活潑的金屬。加熱時能與O2、N2、H2、S和鹵素等非金屬作用。但在常溫下,鈦表面易生成一層極薄的緻密的氧化物保護膜,可以抵抗強酸甚至王水的作用,表現出強的抗腐蝕性。因此,一般金屬在酸、鹼、鹽的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無恙。
液態鈦幾乎能溶解所有的金屬,因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中製得的鈦鋼堅韌而富有彈性。鈦與金屬Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金屬間化合物。
鈦合金製成飛機比其它金屬製成同樣重的飛機多載旅客100多人。製成的潛艇,既能抗海水腐蝕,又能抗深層壓力,其下潛深度比不銹鋼潛艇增加80% 。同時,鈦無磁性,不會被水雷發現,具有很好的反監護作用。
鈦具有「親生物「』性。在人體內,能抵抗分泌物的腐蝕且無毒,對任何殺菌方法都適應。因此被廣泛用於制醫療器械,制人造髖關節、膝關節、肩關節、脅關節、頭蓋骨,主動心瓣、骨骼固定夾。當新的肌肉纖維環包在這些「鈦骨」上時,這些鈦骨就開始維系著人體的正常活動。
鈦在人體中分布廣泛,正常人體中的含量為每70kg體重不超過15mg,其作用尚不清楚。但鈦能刺激吞噬細胞,使免疫力增強這一作用已被證實。
鈦的化合物及用途
重要的鈦化合物有:二氧化鈦(TiO2)、四氯化鈦(TiCl4)、偏鈦酸鋇(BaTiO3)。
純凈的二氧化鈦是白色粉末,是優良的白色顏料,商品名稱「鈦白」。它兼有鉛白(PbCO3)的遮蓋性能和鋅白(ZnO)的持久性能。因此,人們常把鈦白加在油漆中,製成高級白色油漆;在造紙工業中作為填充劑加在紙槳中;紡織工業
中作為人造纖維的消光劑;在玻璃、陶瓷、搪瓷工業上作為添加劑,改善其性能;在許多化學反應中用作催化劑。在化學工業日益發展的今天,二氧化鈦及鈦系化合物作為精細化工產品,有著很高的附加價值,前景十分誘人。
四氯化鈦是一種無色液體;熔點250K、沸點409K,有制激性氣味。它在水中或潮濕的空氣中都極易水解,冒出大量的白煙。
TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl
因此TiCl4在軍事上作為人造煙霧劑,猶其是用在海洋戰爭中。在農業上,人們用TiCl4形成的濃霧地面,減少夜間地面熱量的散失,保護蔬菜和農作物不受嚴寒、霜凍的危害。
將TiO2和BaCO3一起熔融製得偏鈦酸鋇:
TiO2+BaCO3 == BaTiO3十CO2-
人工製得的BaTiO3具有高的介電常數,由它製成的電容器有較大的容量,更重要的是BaTiO3具有顯著的「壓電性能」,其晶體受壓會產生電流,一通電,又會改變形狀。人們把它置於超聲波中,它受壓便產生電流,通過測量電流強弱可測出超聲波強弱。幾乎所有的超聲波儀器中都要用到它。隨著鈦酸鹽的開發利用,它愈來愈廣泛地用來製造非線性元件、介質放大器、電子計算機記憶元件、微型電容器、電鍍材料、航空材料、強磁、半導體材料、光學儀器、試劑等。
鈦、鈦合金及鈦化合物的優良性能促使人類迫切需要它們。然而,生產成本之高,使應用受到限制。我們相信在不久的將來,隨著鈦的冶煉技術不斷改進和提高,鈦、鈦合金及鈦的化合物的應用將會得到更大的發展。
鈦產品:
鈦及鈦合金是極其重要的輕質結構材料,在航空、航天、車輛工程、生物醫學工程等領域具有非常重要的應用價值和廣闊的應用前景。
類型:典化鈦,工業純鈦, α 型鈦, β 型鈦, α +β型鈦
主 要 特 性:
工業純鈦:工業純鈦的雜質含量較化學純鈦要多,因此其強度、硬度也稍高,其力學性能及化學性能與不銹鋼相近,比起鈦合金純鈦強度較好,在抗氧化性方面優於奧氏體不銹鋼,但耐熱性較差,TA1、TA2、TA3依次雜質含量增高,機械強度、硬度依次增強,但塑性韌性依次下降。
β 型鈦:β型鈦合金屬可熱處理強化,合金強度高、焊接性、壓力加工性良好,但性能不穩定,且熔煉工藝復雜。
A、β鈦板:0.5-4.0mm
B、眼鏡板(純鈦):0.8-8.0mm
C、標板(純鈦):1 x 2m 厚度:0.5-20mm
D、電鍍及其它行業用板(純鈦):0.1-50mm
用途:電子、化工、鍾表、眼鏡、首飾、體育用品、機械設備、電鍍設備、環保設備、高爾夫球及精密加工等行業。
鈦管規格:φ6-φ120mm 壁厚:0.3-3.0mm
鈦管用途:環保設備、冷卻管、鈦發熱管、電鍍設備、戒指及各種精密電器用管等行業。
A、β鈦絲規格:φ0.8-φ6.0mm
B、眼鏡鈦絲規格:φ1.0-φ6.0mm專用鈦絲
C、鈦絲規格:φ0.2-φ8.0mm掛具專用
鈦絲用途:軍工、醫用、體育用品、眼鏡、耳環、頭飾、電鍍掛具、焊絲等行業。
A、方棒規格:方條:8-12mm
B、磨光圓棒:φ4-φ60mm
C、毛棒、黑皮棒:φ6-φ120mm
鈦棒用途:主要用於機械設備、電鍍設備、醫用、各種精密機件等行業。
㈧ 鈦合金都有哪些分類類型
鈦是同素異構體,熔點為1668℃,在低於882℃時呈密排六方晶格結構,稱為α鈦;在882℃以上呈體心立方晶格結構,稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點,添加適當的合金元素,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(titaniumalloys)。室溫下,鈦合金有三種基體組織,鈦合金也就分為以下三類:α合金,(α+β)合金和β合金。中國分別以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際應用溫度下,均是α相,組織穩定,耐磨性高於純鈦,抗氧化能力強。在500℃~600℃的溫度下,仍保持其強度和抗蠕變性能,但不能進行熱處理強化,室溫強度不高。
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度,淬火、時效後合金得到進一步強化,室溫強度可達1372~1666MPa;但熱穩定性較差,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,組織穩定性好,有良好的韌性、塑性和高溫變形性能,能較好地進行熱壓力加工,能進行淬火、時效使合金強化。熱處理後的強度約比退火狀態提高50%~100%;高溫強度高,可在400℃~500℃的溫度下長期工作,其熱穩定性次於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最好,α+β鈦合金次之,β鈦合金最差。α鈦合金代號為TA,β鈦合金代號為TB,α+β鈦合金代號為TC。
鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強合金、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表。
熱處理鈦合金通過調整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認為細小等軸組織具有較好的塑性、熱穩定性和疲勞強度;針狀組織具有較高的持久強度、蠕變強度和斷裂韌性;等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。