有色金属材料（钛及其合金、镍及其合金、铜及其合金、锆、钽等）基础知识.doc

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1、有色金属材料（钛及其合金、镍及其合金、铜及其合金、锆、钽等）基础知识第一部分：钛及其合金1、钛材简介元素钛是1793年发现的，是元素周期表中第四周期的第Ⅳ副族元素（同一副族不同周期的元素还有锆和铪，它们的许多性质相近），原子数为22，英文Titanium，意为意大利神化中的大力神，用Ti来表示，钛及其合金有α、β两种晶格，前者为密排六方，后者为体心立方，钛及其合金中的α态晶格为TA系列，TA0-TA10(无TA8),常用牌号为TA0、TA1、TA2、TA3、TA9（Ti-0.15Pd）、TA10（Ti-0.3Mo-0.8Ni）;钛及其合金中

2、的β态晶格为TB系列,TB2-TB4,一般化工中不常使用;α+β态的为TC系列,TC1-TC12(无TC5、TC7、TC8)，常用牌号为TC4.直到二十世纪五十年代初期才投入工业生产，向市场提供商品海绵钛和轧制金属钛.经过半个世纪的对钛的熔炼、加工、组织、性能及应用的研究，现在已经成为仅次于铁、铝的第三种金属材料，广泛地应用于国民经济的各个领域中，军事工业（含航空和宇航）需要量占50%，一般化工占13%，发电设备占7.5%,石油化工、海水淡化等占29.5%。钛的主要优点为:1).储量及其丰富,在金属中仅次于Al、Fe、Mg，占第4位，资源量

3、为七亿七千万吨，约为1/4的铁，20倍的铬，30倍的镍，60倍的铜，600倍的钼。2）钛及其合金的比重轻，一般在4.505（商品级比重为4.51）左右,只有β型钛合金稍高一些(4.8以上).在金属中只比铝镁及其合金的比重大。3）具有优良的耐蚀性能，容易钝化，氧化膜抗氯离子破坏能力强。工业纯钛和一些钛合金对海水、海洋大气、湿氯气、氯化物、次氯酸、硫化物、硫酸盐、大多数氧化性酸和有机化合物等都是耐腐蚀的。4）良好的综合机械性能。室温抗拉强度一般在410-1400Mpa范围内。比强度（强度与重量的比值）比高强度钢高得多，且有适当的塑性和韧性。5）

4、良好的耐高温或低温性能，一些钛合金在550℃的高温下长期使用仍有较高的持久强度和抗蠕变性能。工业纯钛和一些钛合金在低温下（如-196℃和-253℃）仍具有良好的塑性和韧性。6）工业纯钛和大多数钛合金具有良好的铸造、锻造、焊接、切削加工和压力加工等工艺性能。7）可取得良好的经济效益2、钛的化学、物理、机械性能的特点1）、钛是一种化学性质非常活泼的金属，在较高温度下可与许多元素和化合物发生反应，特别是与空气中的N、O、H等气体发生反应，使其性能变坏（提高强度、降低塑性、降低韧性）。钛的物理性能、加工工艺性能决定于其化学性能，这是在钛的熔炼、加工

5、、制造和使用过程中必须认真对待的。（a）钛的熔炼：钛在自然界中以TiO2（即金红石）形式存在，第一步：TiO2+Cl2+C=TiCl4+CO2（气态）即把O形成气态，否则会与Ti形成可逆反应；第二步：TiCl4+2Mg=Ti（即蜂窝状的海绵钛）+2MgCl2；第三步：将海绵钛作成电极放置在真空自耗电弧炉中熔炼成比重为4.51的金属钛铸件.(b)钛与氢的关系:极强的吸氢能力：常温下α钛中可达到0.18%(重量比,下同)的氢,250℃时,钛开始剧烈吸氢,319℃时,氢含量达到1.6%,可以利用钛来贮存氢.大量吸氢后导致氢脆(又叫氢腐蚀)形成钛氢

6、粉末,所以设备介质中含氢不能用钛制造.(c)、钛与氧的关系：常温下氧化，200-300℃形成致密的氧化膜，400℃反应加快，600℃与氧剧烈反应，钛在常温液态氧3.5Kg/Cm2中燃烧,钛的着火很难扑灭,不能用水只能隔绝空气.。根据下表判定钛的焊接质量。也可以利用此原理制作永不褪色的钛金版画温度℃100-200200-350350-500500-600600-700700-800800以上颜色银白色金黄色普鲁士蓝蔚蓝色紫色灰白色灰色化学成分TiTiO——TiO1-9TiO2TiO2合格判定合格合格可合格可不合格不合格(d)、钛与氮、碳的关系

7、：400℃与N发生反应，600℃与N发生剧烈反应，100℃与C发生反应。可以利用氮化化处理来提高钛材表面的耐磨性和在盐酸硫酸中的耐腐蚀性。(e)、钛与卤族元素的关系：钛能与F、Cl、Br、I所有的卤族元素发生反应，常温下钛就能与F发生反应，150℃反应较激烈，生成TiF4；300℃以上时钛与氯反应激烈，生成TiCl4，但由于钛在含有一定水分的湿氯气中具有保持钝态的显著特点，所以在此工况条件下钛与氯不发生反应；250-360℃时钛与溴发生反应，生成TiBr4；170℃时钛与碘反应生成TiI4。因此钛广泛使用于氯碱工业中，而其他卤族元素中一般不

8、能使用。（f）、钛与S、P的关系：450℃以上钛与P发生反应形成Ti2P，高温时钛与熔化硫和气体硫发生反应，熔化的钛与气体硫之间的反应特别激烈，生成脆性的TiS2（g）、钛与铁元