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鈦金屬材料的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域
2020-09-02
鈦是英國(guó)科學(xué)家格內(nèi)戈?duì)栍?791年首先從鈦鐵礦石中發(fā)現(xiàn)的，1795年德國(guó)化學(xué)家克拉普洛特也從金紅石中發(fā)現(xiàn)了這一元素，并命名為“鈦”。由于鈦的化學(xué)活性高，在它被發(fā)現(xiàn)的120年后的1910年才首次提煉出金屬鈦，1940年用鎂還原法制得了海綿鈦，從此奠定了鈦的工業(yè)生產(chǎn)方法的基礎(chǔ)。 鈦在地殼中的儲(chǔ)量非常豐富，它僅次于鐵、鋁、鎂，居第四位，比常用金屬銅、鎳、鉛、鋅的總和還多十幾倍。工業(yè)上用來(lái)生產(chǎn)鈦的礦石有金紅石、鈦鐵礦和鈦磁鐵礦。金屬鈦具有很多優(yōu)良的性能：鈦的比重為4.5g／cm3，僅為普通結(jié)構(gòu)鋼的56％，而強(qiáng)度與普通結(jié)構(gòu)鋼相當(dāng)或更高，在金屬結(jié)構(gòu)材料中，鈦的比強(qiáng)度是最高的。鈦的熔點(diǎn)為1668℃，比鐵、鎳稍高，比鋁、鎂的熔點(diǎn)高1000℃以上。因此，作為輕金屬結(jié)構(gòu)材料，鈦合金具有比鋁、鎂合金好得多的熱強(qiáng)性，最高使用溫度可達(dá)600℃。 鈦在氧化性氣氛中極易在表面與氧形成一層堅(jiān)固的氧化物薄膜，是其在氧化性酸、堿、鹽介質(zhì)，特別是在濕氯氣和海水中，具有優(yōu)異的抗腐蝕性能。 鈦具有同素異構(gòu)的結(jié)晶構(gòu)造，885℃以上為密排六方晶格的β相，以下為體心立方晶格的α相。因此，加入不同的合金元素后，鈦合金可分成α－、β－和α＋β三類。鈦的同素異構(gòu)性使其在加入不同合金元素時(shí)能得到性能截然不同的合金和具有大的熱處理效應(yīng)。鈦的膨脹系數(shù)為8.2×10－6／℃，較一般結(jié)構(gòu)金屬小，在急冷急熱時(shí)應(yīng)力小，適于在溫度變化的環(huán)境中使用。鈦具有好的韌性和抗疲勞性能，焊接性能也很好。鈦的低溫性能好，在－196℃下，也不呈現(xiàn)低溫脆性，這些性能都非常適合結(jié)構(gòu)運(yùn)用。 鈦的導(dǎo)熱系數(shù)小、無(wú)磁，某些鈦合金還具有超導(dǎo)性能、記憶性能和貯氫性能等功能。由于鈦所具有的一系列優(yōu)良性能，資源又很豐富，鈦的工業(yè)生產(chǎn)問(wèn)世后，立即受到世界普遍高度重視。1947年美國(guó)率先實(shí)現(xiàn)海綿鈦生產(chǎn)工業(yè)化，當(dāng)年生產(chǎn)2噸海綿鈦，1957年就發(fā)展到15000多噸。日本在1952年、前蘇聯(lián)在1954年均相繼開(kāi)始了海綿鈦的生產(chǎn)。中國(guó)也于1958年開(kāi)始了海綿鈦的試生產(chǎn)，現(xiàn)在已形成了完整的鈦工業(yè)體系。當(dāng)前，世界上有鈦工業(yè)的國(guó)家主要是美國(guó)、獨(dú)聯(lián)體、日本、英國(guó)、中國(guó)和德國(guó)。 鈦的應(yīng)用首先是從軍工和航空工業(yè)開(kāi)始的。早在1951年美國(guó)就將鈦材用于飛機(jī)上，到1961年美國(guó)用于飛機(jī)制造的鈦材達(dá)3940噸，占鈦材總用量的77％，如果加上導(dǎo)彈和空間技術(shù)用鈦，占鈦材用量的95％。前蘇聯(lián)、英國(guó)的鈦材也主要用在軍事和航空工業(yè)。進(jìn)入70年代后，鈦的優(yōu)良性能逐步在民用工業(yè)中得到普遍認(rèn)識(shí)，鈦在冶金、化工、電力等民用工業(yè)上的應(yīng)用逐年增加，用量也穩(wěn)步增長(zhǎng)。現(xiàn)在，美國(guó)非宇航用鈦已超過(guò)30％，獨(dú)聯(lián)體為50％，日本由于歷史原因，鈦材幾乎全部用于民用工業(yè)。 中國(guó)是一個(gè)鈦資源十分豐富的國(guó)家，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前已形成從鈦礦、海綿鈦、鈦冶煉和鈦材生產(chǎn)、鈦設(shè)備制造的整體工業(yè)體系。中國(guó)的鈦工業(yè)同樣是為航空而興起的，我國(guó)在上世紀(jì)80年代確定了大力推廣鈦材民用的方針，國(guó)家又適時(shí)地采取了扶持的政策，鈦工業(yè)才走上了穩(wěn)定發(fā)展的道路。但是，目前中國(guó)鈦工業(yè)的規(guī)模和鈦材的產(chǎn)量與世界發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距，在民用工業(yè)上鈦的用量也還較小，其原因是鈦金屬材料的優(yōu)越性還沒(méi)有被廣泛認(rèn)識(shí)，再加上鈦材料昂貴的價(jià)格使很多企業(yè)不能承受，直接影響了鈦材料的推廣使用。要使中國(guó)的鈦工業(yè)得到高速發(fā)展，必須大力宣傳和推廣使用鈦金屬材料，使鈦金屬材料的優(yōu)越性和使用鈦材料可帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益廣為人知。 |