钛的特性及其应用

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1、钦的特性及其应用1前言钛是一种稀有的战略资源，广泛应用于国防、航天、航空和国民经济的许多领域。人们长期的试验和工业生产实践证明，钦及钦合金是被公认的替代钢、不锈钢、铜及其合金、铅、镍、锌、石墨、岩石等金属与非金属材料、有效解决设备腐蚀问题的理想的金属结构材料。采用钛设备的主要原因有三点：一是钛具有金属结构材料的优良性能，二是钛在许多工艺介质中具有优异的耐腐蚀性能，三是应用钛可以获得明显的技术进步和经济效益。攀枝花是中国的钒钛之都，攀西地区钒钛资源的远景储量超100亿吨，占世界的45%，占中国的93%,居全球之首，其中钛资源储量

2、为8.7亿吨，占世界钛储量的35.2%,占全国钛资源储量的90.5%,储量位列世界第一。攀钢集团是全球唯一拥冇从矿石处理到钛材生产完整钛产业链的企业，宣传钛的特性、推广钛产品对国家和企业的发展均具有重大的意义。2钛的特性及应用纯钛是银白色的金属，在金属分类中被划归为稀有轻金属。钛在元素周期表中属IVB族元素，原子序数为22,原子量为47.9,原子半径为0.145nm。钦的熔点为1660±10°C,其有两种同素异构体，相变点为890〜920°C,在转变温度以下为密排六方的a-Ti，在转变温度以上直到熔点之间为体心立方的3-Ti。

3、钛在化学、物理和机械性能方面有其自己的特点。与其他金属相比,钛的密度小、比强度高，弹性模量低（常温时为103.4GPa）,屈强比高，导热系数小（为0.1507」），热膨胀系数低，无磁性、无毒，耐高、低温，耐腐蚀、与氧的亲和力极强。概括起来，钛主要有如下十大性能和三大功能。2.1钛的十大性能2.1.1密度小，比强度高金属钛的密度为4.51g/cm3，在常用金属中，只有A1为2.6g/cm3，比钛轻，而低碳钢为7.86g/cm3,0Crl8Ni9Ti、lCrl8Ni9Ti等不锈钢为7.9g/cm3，铜为8.96g/cm3,線为8.

4、9g/cm3,都比钛重。可以看出，在相同公称尺寸条件下，使用钛材制造的设备重量约为铜的50%,钢的57%,所以钛是一种轻型金属材料。工业设备大量采用的纯钛牌号为TA2、TA1,钛合金牌号为TA10（Ti-0.3Mo-0.8Ni），冇特殊要求的设备采用了TC4（Ti-6A1-4V）,它们的比强度（抗拉强度/密度）分别为117.5（TA2中值）、107.5（TA10最低值）、198.4（TC4最低值），分别是低碳钢的2.3倍、2.1倍和3.8倍，是不锈钢的1.8倍、1.6倍和3倍。所以钛乂是一种轻型高强度的金属结构材料。正因为钛的

5、比强度高，j在航空、宇航、导弹、兵器等尖端技术发展中被大量采用。在一般工业中，如高速旋转的发电机护环，蒸汽涡轮机的大叶片、高档自行车、跳高用的撑杆等都使用了钛及钛合金。近几年被称为高尔夫新式“神奇武器’一头大体轻的钛制球杆大量进人美、日、欧洲市场，尽管一根高质量的钛制球杆售价高达500美元，每年仍然售出数百根。1996年的高尔夫球杆订单中，钦制球杆占了2/3,总价值约10亿美元。2.1.2弹性模量低钛的弹性模量在常温下为106.4GPa，是钢的57%,这说明钛抗正应变的能力低于钢。所以钛在承受外压力、压杆稳定和挠度变形等条件下

6、使用受到限制，不宜做刚性结构件。但是，在钛长管束换热器上，采用折流板设计，克服了刚性差的缺点，即使在发生振动条件下也有良好的使用效果。钛的弹性模量随着温度的升高而下降，600°0时下降为69.66卩3。在环境温度高于300°C条件下使用时，钛的弹性模量有较大幅度下降。所以，在较高温度下选用钛设备时，在设计上取环境温度上限的E值为宜。2.1.3导热系数小金属钛的传热机制主要是电子导热，其次是晶格导热。实际测试的结果为：钦的导热系数为15.07W/(m•K),是低碳钢的1/5，铜的1/25，与不锈钢相近。钛的导热性差，可以在不需要

7、导热好的条件下使用。如果要求容器内温度稳定，不受外界温度影响，就应使用钛制外壳；钦制岩钉既轻导热性又差，是登山运动员选择的理想材料。；钛金属的导热性虽然差，但却制造Y钛制列管式换热器、板式换热器、盘管换热器、蛇管换热器等设备，替代导热性好的铜设备、钢设备并显示出更佳的换热效果，原因主要有以下六点：(1)钦在许多化学介质中具有优异的耐腐蚀性能，使用钛设备运行稳定，寿命长并强化了生产，这就补偿了其导热性差的缺点；(2＞钛的屈强比高于铜和钢，在设计上可以把钛材、钛管减薄使用，这有利于热传导，因此，获得比钢、铜设备要好的换热效果;(3

8、)钛设备在较高温度下使用时，由于钛的导热性差，在壳壁中容易形成高的温度梯度，导致设备产生较大的热应力或热疲劳应力，但是钦的线膨胀系数仅为低碳钢的2/3,不足不锈钢的50%,这样低的线膨胀系数对上述缺点有所补偿；(4)钦在化学介质屮抗污染能力强，其表面不易结垢或垢层较薄，这就使