鈦的特性及其應(yīng)用

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1、欽的特性及其應(yīng)用1前言鈦是一種稀有的戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于國防、航天、航空和國民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域。人們長(zhǎng)期的試驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐證明，欽及欽合金是被公認(rèn)的替代鋼、不銹鋼、銅及其合金、鉛、鎳、鋅、石墨、巖石等金屬與非金屬材料、有效解決設(shè)備腐蝕問題的理想的金屬結(jié)構(gòu)材料。采用鈦設(shè)備的主要原因有三點(diǎn)：一是鈦具有金屬結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)良性能，二是鈦在許多工藝介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，三是應(yīng)用鈦可以獲得明顯的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益。攀枝花是中國的釩鈦之都，攀西地區(qū)釩鈦資源的遠(yuǎn)景儲(chǔ)量超100億噸，占世界的45%，占中國的93%,居全球之首，其中鈦資源儲(chǔ)量

2、為8.7億噸，占世界鈦儲(chǔ)量的35.2%,占全國鈦資源儲(chǔ)量的90.5%,儲(chǔ)量位列世界第一。攀鋼集團(tuán)是全球唯一擁冇從礦石處理到鈦材生產(chǎn)完整鈦產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，宣傳鈦的特性、推廣鈦產(chǎn)品對(duì)國家和企業(yè)的發(fā)展均具有重大的意義。2鈦的特性及應(yīng)用純鈦是銀白色的金屬，在金屬分類中被劃歸為稀有輕金屬。鈦在元素周期表中屬IVB族元素，原子序數(shù)為22,原子量為47.9,原子半徑為0.145nm。欽的熔點(diǎn)為1660±10°C,其有兩種同素異構(gòu)體，相變點(diǎn)為890?920°C,在轉(zhuǎn)變溫度以下為密排六方的a-Ti，在轉(zhuǎn)變溫度以上直到熔點(diǎn)之間為體心立方的3-Ti。

3、鈦在化學(xué)、物理和機(jī)械性能方面有其自己的特點(diǎn)。與其他金屬相比,鈦的密度小、比強(qiáng)度高，彈性模量低（常溫時(shí)為103.4GPa）,屈強(qiáng)比高，導(dǎo)熱系數(shù)小（為0.1507」），熱膨脹系數(shù)低，無磁性、無毒，耐高、低溫，耐腐蝕、與氧的親和力極強(qiáng)。概括起來，鈦主要有如下十大性能和三大功能。2.1鈦的十大性能2.1.1密度小，比強(qiáng)度高金屬鈦的密度為4.51g/cm3，在常用金屬中，只有A1為2.6g/cm3，比鈦輕，而低碳鋼為7.86g/cm3,0Crl8Ni9Ti、lCrl8Ni9Ti等不銹鋼為7.9g/cm3，銅為8.96g/cm3,線為8.

4、9g/cm3,都比鈦重。可以看出，在相同公稱尺寸條件下，使用鈦材制造的設(shè)備重量約為銅的50%,鋼的57%,所以鈦是一種輕型金屬材料。工業(yè)設(shè)備大量采用的純鈦牌號(hào)為TA2、TA1,鈦合金牌號(hào)為TA10（Ti-0.3Mo-0.8Ni），冇特殊要求的設(shè)備采用了TC4（Ti-6A1-4V）,它們的比強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度/密度）分別為117.5（TA2中值）、107.5（TA10最低值）、198.4（TC4最低值），分別是低碳鋼的2.3倍、2.1倍和3.8倍，是不銹鋼的1.8倍、1.6倍和3倍。所以鈦乂是一種輕型高強(qiáng)度的金屬結(jié)構(gòu)材料。正因?yàn)殁伒?/p>

5、比強(qiáng)度高，j在航空、宇航、導(dǎo)彈、兵器等尖端技術(shù)發(fā)展中被大量采用。在一般工業(yè)中，如高速旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)，蒸汽渦輪機(jī)的大葉片、高檔自行車、跳高用的撐桿等都使用了鈦及鈦合金。近幾年被稱為高爾夫新式“神奇武器’一頭大體輕的鈦制球桿大量進(jìn)人美、日、歐洲市場(chǎng)，盡管一根高質(zhì)量的鈦制球桿售價(jià)高達(dá)500美元，每年仍然售出數(shù)百根。1996年的高爾夫球桿訂單中，欽制球桿占了2/3,總價(jià)值約10億美元。2.1.2彈性模量低鈦的彈性模量在常溫下為106.4GPa，是鋼的57%,這說明鈦抗正應(yīng)變的能力低于鋼。所以鈦在承受外壓力、壓桿穩(wěn)定和撓度變形等條件下

6、使用受到限制，不宜做剛性結(jié)構(gòu)件。但是，在鈦長(zhǎng)管束換熱器上，采用折流板設(shè)計(jì)，克服了剛性差的缺點(diǎn)，即使在發(fā)生振動(dòng)條件下也有良好的使用效果。鈦的彈性模量隨著溫度的升高而下降，600°0時(shí)下降為69.66卩3。在環(huán)境溫度高于300°C條件下使用時(shí)，鈦的彈性模量有較大幅度下降。所以，在較高溫度下選用鈦設(shè)備時(shí)，在設(shè)計(jì)上取環(huán)境溫度上限的E值為宜。2.1.3導(dǎo)熱系數(shù)小金屬鈦的傳熱機(jī)制主要是電子導(dǎo)熱，其次是晶格導(dǎo)熱。實(shí)際測(cè)試的結(jié)果為：欽的導(dǎo)熱系數(shù)為15.07W/(m?K),是低碳鋼的1/5，銅的1/25，與不銹鋼相近。鈦的導(dǎo)熱性差，可以在不需要

7、導(dǎo)熱好的條件下使用。如果要求容器內(nèi)溫度穩(wěn)定，不受外界溫度影響，就應(yīng)使用鈦制外殼；欽制巖釘既輕導(dǎo)熱性又差，是登山運(yùn)動(dòng)員選擇的理想材料。；鈦金屬的導(dǎo)熱性雖然差，但卻制造Y鈦制列管式換熱器、板式換熱器、盤管換熱器、蛇管換熱器等設(shè)備，替代導(dǎo)熱性好的銅設(shè)備、鋼設(shè)備并顯示出更佳的換熱效果，原因主要有以下六點(diǎn)：(1)欽在許多化學(xué)介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，使用鈦設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)并強(qiáng)化了生產(chǎn)，這就補(bǔ)償了其導(dǎo)熱性差的缺點(diǎn)；(2＞鈦的屈強(qiáng)比高于銅和鋼，在設(shè)計(jì)上可以把鈦材、鈦管減薄使用，這有利于熱傳導(dǎo)，因此，獲得比鋼、銅設(shè)備要好的換熱效果;(3

8、)鈦設(shè)備在較高溫度下使用時(shí)，由于鈦的導(dǎo)熱性差，在殼壁中容易形成高的溫度梯度，導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力或熱疲勞應(yīng)力，但是欽的線膨脹系數(shù)僅為低碳鋼的2/3,不足不銹鋼的50%,這樣低的線膨脹系數(shù)對(duì)上述缺點(diǎn)有所補(bǔ)償；(4)欽在化學(xué)介質(zhì)屮抗污染能力強(qiáng)，其表面不易結(jié)垢或垢層較薄，這就使