鈦是一種新型金屬,鈦的性能與所含碳、氮、氫、氧等雜質(zhì)含量有關,最純的碘化鈦雜質(zhì)含量不超過 0.1 %但其強度低、塑性高。99.5 %工業(yè)純鈦的性能為: 密度ρ=4.5g/cm3,熔點為 172 矽鈦合金耐磨地坪 5℃導熱系數(shù) λ=15.24W/(m.K) ,抗拉強度 σb=539MPa,伸長率 δ=25%,斷面收縮率 ψ=25%,彈性模量E=1.078×105MPa,硬度 HB195。
(1) 強度高
鈦合金的密度一般在 4.5g/cm3 左右,僅為鋼的 60%,純鈦的強度才接近普通鋼的強度, 一些高強度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強度。因此鈦合金的比強度 ( 強度/ 密度) 遠大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料,見表 7-1,可制出單位強度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件。目前飛機的發(fā)動機構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。
(2) 熱強度高
使用溫度比鋁合金高幾百度, 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(nèi)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。
(3) 抗蝕性好
鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作,其抗蝕性遠優(yōu)于不銹鋼;對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強;對堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。
(4)低溫性能好
鈦合金在低溫和超低溫下,仍能保持其力學性能。低溫性能好 , 間隙元素極低的鈦合金 如 TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性。因此,鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。
(5) 化學活性大
鈦的化學活性大,與大氣中 O、N、H、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產(chǎn)生強烈的化學反應。含碳量大于 0.2 %時,會在鈦合金中形成硬質(zhì) TiC;溫度較高時,與 N作用也會形成 TiN 硬質(zhì)表層;在600℃以上時,鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層;氫含量上升,也會形成脆化層。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達 0.1 ~0.15 mm,硬化程度為 20%~30%。鈦的化學親和性也大,易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。
(6) 導熱系數(shù)小、彈性模量小
鈦的導熱系數(shù) λ=15.24W/(m.K)鈦合金制品約為鎳的 1/4 ,鐵的 1/5 ,鋁的 1/14 ,而各種鈦合金的導熱系數(shù)比鈦的導熱系數(shù)約下降 50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的 1/2 ,故其剛性差、易變形,不宜制作細長桿和薄壁件,切削時加工表面的回彈量很大,約為不銹鋼的 2~3 倍,造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結(jié)磨損。